吲哚乙酸强化植物修复PAHs污染土壤的机制及生物调控研究

PAHs污染土壤可以通过农产品对人类健康造成威胁，以植物为主体的修复措施是修复有机污染土壤的有效途径。由于部分PAHs辛醇比高、具一定毒性，植物修复存在局限。吲哚乙酸能提高植物抗性，促进植物生长，前期研究得到外加IAA能提高PAHs污染的植物修复效果，但其作用的相关机制尚不清楚。因此，本研究拟从植物生长状态、植物吸收性能、植物根系分泌物对PAHs生物可利用性的影响以及土壤微生物包括降解性微生物数量结构变化等方面揭示外源IAA影响植物修复作用的机制。同时针对土壤中IAA的来源以及影响因素，筛选获得产IAA菌以及食细菌线虫，将其加入PAHs污染土壤，模拟构建一个缩微生态系统，在悉生培养体系和自然土壤培养体系下，研究土壤动物、微生物对植物修复PAHs污染土壤的调控作用以及土壤动物、微生物、植物之间的相互作用关系，为实际修复提供理论指导。

多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）辛醇比高，具一定毒性，植物修复存在局限。吲哚乙酸（indole-3-acetic acid，IAA）能提高植物抗性，促进生长，因此本研究拟外加IAA 联合植物，验证能否强化植物修复，并揭示机制。此外，筛选产IAA 菌联合植物，进行PAHs 污染土壤的修复研究。.设置以下研究：1. 盆栽条件下，研究不同浓度IAA联合黑麦草对荧蒽（Fluoranthene，Flu）的去除。得到黑麦草添加2.4mg/kg的IAA，土壤中Flu的去除显著高于单独种植黑麦草的处理。IAA的添加显著提高黑麦草中Flu的含量，促进Flu从根部向地上部的转运。尽管IAA的添加也提高了土壤微生物特别是真菌的数量，但相关性研究表明植物吸收是土壤Flu去除的主要因素。2. 在水培条件下研究IAA添加对黑麦草吸收Flu的影响，得到1mg/LIAA促进黑麦草的生长，提高根系丙二醛含量，提高抗逆性，促进对Flu的吸收，导致水体中Flu的去除。3. 利用原位污染土壤，选择黑麦草和紫花苜蓿，研究IAA强化植物修复的效果。得到土壤中总PAHs含量逐渐减少，植物可以促进多环芳烃的去除，IAA的添加强化植物修复效果。紫花苜蓿对PAHs的去除效果明显高于黑麦草，不同植物改变土壤中微生物数量、活性，导致土壤PAHs残留不同。4. 获得3株产IAA菌株，分别为蜡状芽孢杆菌ZZ13（Bacillus Cereus），枯草芽孢杆菌ZZ18（Bacillus subtilis），菌株为耐盐节杆菌ZZ21 (Arthrobacter pascens)和1株PAHs降解菌为蜡状芽孢杆菌Z21（Bacillus Cereus）。通过条件优化，ZZ13，ZZ18，ZZ21产IAA能力最强可达95.28mg/L； 80.15mg/L和92.31mg/L；Z21对25mg/L的Flu7d降解率最高可达74.79%。5. 将ZZ21和Z21单独或者复合接种黑麦草，修复200mg/kg的Flu污染土壤，得到两种功能菌均能强化植物修复效果，且复合添加修复效果最好，60d时Flu去除率达到75.98%。其机制在于黑麦草的生物量提高，植物体内的Flu含量的增加，以及微生物活性和结构的改变。总之，IAA能够强化植物对PAHs的修复，植物吸收和微生物转化是重要因素。