水稻土PCBs厌氧-好氧序批式降解及其微生物作用机制

典型持久性有机污染物PCBs在全球范围内广泛迁移，面积广大的水稻土是其重要的受纳体。高氯代PCBs在环境中极难降解，须还原脱氯为低氯代PCBs后方可进行好氧矿化。水稻土干湿交替特殊耕作制度形成还原氧化条件的反复更替，使得PCBs在水稻土中厌氧脱氯-好氧降解的序批式自然加速消减成为可能。本项目通过野外采样与室内模拟相结合，揭示水稻土淹水落干过程不同氧化还原条件微域高氯PCBs脱氯-低氯PCBs降解的规律，借助传统微生物学方法结合PLFA、PCR-DGGE、FISH、real-time PCR等基于非培养的分子生态学技术，研究PCBs脱氯菌群与降解菌群在水稻土微域交替活跃与PCBs厌氧-好氧序批式降解的关系，从根泌物特异诱导、运动性与趋化性、抗逆性等方面，初步阐明水稻土PCBs序批式脱氯-降解的微生物作用机制，为PCBs在全球水稻田中的自然快速消减与PCBs污染场地的人工湿地修复提供理论依据。

我国东南沿海地区大面积水稻土受到多氯联苯（PCBs）的污染。高氯代PCBs在环境中很难降解，须还原脱氯为低氯代PCBs后才能进行好氧矿化。水稻土干湿交替特殊耕作制度使得PCBs厌氧脱氯-好氧降解自然加速消减成为可能。本项目研究水稻土淹水落干过程不同氧化还原条件微域高氯PCBs脱氯-低氯PCBs降解的规律，研究PCBs脱氯菌群与降解菌群在水稻土微域交替活跃与PCBs降解的关系，试图初步阐明水稻土PCBs脱氯-降解的微生物作用机制。本项目研究结果表明，水稻土深层区域在淹水种植期表现出明显的高氯PCBs脱氯特征，出现脱氯产物低氯代PCBs的积累，其中根际深层微域生物脱氯较快；土壤落干过程促使深层微域中积累的低氯代PCBs得以进一步消减。水稻土PCBs厌氧-好氧降解微域内，出现厌氧、好氧微生物种群的演替，明确了PCBs好氧降解菌群和厌氧脱氯菌群丰度的时空变化，降解功能基因的表达量与PCBs消减量呈现显著正相关关系。分析了PCBs胁迫条件下特异性水稻根泌物的种类，发现一些醌、萜类化合物被诱导分泌，可能作为共代谢底物等促进根际微域的PCBs生物降解。考察干湿交替处理及水稻根泌物处理下土壤微生物趋化与运动基因和PCBs降解功能基因的表达情况，发现水稻根泌物可明显诱导PCBs好氧降解功能基因的表达，同时可促进根际微生物的趋化和运动活性，从而提高根际微域的PCBs生物降解活性。本项目研究成果为PCBs在全球水稻田等湿地环境中的自然快速消减，以及PCBs污染场地的人工湿地修复提供了理论依据。