白腐真菌耦合纳米氧化铁强化修复河道底泥邻苯二甲酸酯污染及其机理研究

Sediment in Xiangjiang river has been contaminated with phthalate acid esters (PAEs). White rot fungi inocula enhanced bioremediation is an important method for remediation of organic pollutant wetland. However, the wide application of bioremediation is commonly inhibited by their stability and effectiveness. Combination with iron oxides is a valid approach to maintain the stable and efficient performance. In this project, we aimed at the key issue of endocrine-disrupting phthalate acid esters (PAEs) contamination in Xiangjiang river (Changsha), supporting by the microbial coupled with iron oxides conventional technology. Firstly, optimization of composing system of white rot fungi and iron oxide nanomaterials and application process of combined remediation will be investigated. Then, relative contribution of sediment microbes, white-rot fungi and iron oxide nanomaterials were investigated, in order to further explore the joint remediation behavior and enhanced mechanism of the novel method composed by white-rot fungi coupling with iron oxide nanomaterials. Finally, we will establish an integrated biological effect evaluation system based on transfer-transformation behavior of PAEs, microbial effect and plant effect, to evaluate the feasibility of combined remediation technology. The project will provide theoretical basis for effective control and remediation of PAEs contamination in river sediment, which benefit to the polluted sediment remediation and the ecosystem improvement.

湘江流域底泥邻苯二甲酸酯污染严重。接种白腐真菌强化生物修复技术是污染底泥修复的重要方法，但是其应用性能受到体系效率和稳定性的制约。微生物与氧化铁联用是维持稳定高效修复性能的有效途径。本项目针对湘江长沙段邻苯二甲酸酯污染关键问题，以微生物修复技术为支撑，拟构建白腐真菌耦合纳米氧化铁强化修复体系。项目将首先对白腐真菌耦合纳米氧化铁体系的构成和应用过程进行优化调控；然后考察底泥土著微生物、白腐真菌与纳米氧化铁对邻苯二甲酸酯修复的相对贡献及作用过程，重点探讨白腐真菌耦合纳米氧化铁新方法对邻苯二甲酸酯的联合修复行为与强化作用机理；最后项目将结合邻苯二甲酸酯类污染物迁移转化行为、微生物效应以及植物效应等生物效应分析，全面探讨联合修复体系对邻苯二甲酸酯污染底泥的修复效应，以实现修复底泥资源化再利用。项目有望为湘江河道底泥难降解有机物污染修复提供理论依据与实践参考，有助于改善河道底泥生态环境。

该项目针对湘江长沙段邻苯二甲酸酯污染关键问题，构建了白腐真菌耦合纳米氧化铁强化修复体系。项目首先对白腐真菌耦合纳米氧化铁体系的构成和应用过程进行优化调控，考察了底泥土著微生物、白腐真菌与纳米氧化铁对有机污染物修复的相对贡献及作用过程，重点探讨了白腐真菌耦合纳米氧化铁新方法对壬基酚、邻苯二甲酸酯等有机污染物的联合修复行为与强化作用机理。主要研究成果：（1）研究发现接种黄孢原毛平革菌可以增强降解酶活性并强化底泥中有机污染物的生物修复。由于黄孢原毛平革菌木质素降解酶系对底物诱导的独立性，使其能对极低浓度的有机污染物完全降解，接种白腐真菌能有效强化有机污染物的生物降解效率，在河湖污染底泥修复中具有良好的应用前景。（2）项目研究了铁氧化物对难降解有机污染物在水-底泥界面的影响规律，并初步探讨了参与铁循环和有机物降解的底泥微生物菌群及其功能预测。研究发现纳米氧化铁可以加速有机污染物从水相向底泥相的沉积过程，并可显著促进底泥中难降解有机物的生物降解，且铁氧化物具有较好的生物相容性，通过Fe(III)和Fe(II)的之间的循环转化促进有机污染物的降解，结合16S高通量测序和PICRUSt分析发现纳米氧化铁添加促进了与生物降解、代谢蛋白和铁运输和调节蛋白相关的基因的表达。（3）全面探讨了纳米氧化铁-白腐真菌联合修复体系在湘江难降解有机物污染修复中的应用前景及强化作用机理。一方面，白腐真菌由于其独特的胞外木质素降解酶（木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶）以及生物相容性，使其对有机物具有高效、广谱的降解能力，接种白腐真菌可以有效增强底泥的生物修复效应；此外，耦合纳米氧化铁有效增强了底泥中优势降解菌群及铁还原微生物的丰度并促进沉积物中铁还原过程，强化了难降解有机物的修复效果。该项目研究表明，耦合强化修复技术有望用于沉积物中邻苯二甲酸酯代表的为内分泌干扰物的修复技术具有十分积极的科学意义，也进一步验证了该生物联合技术在环境修复领域的优势和潜力。