土壤中根瘤菌-豆科植物共生体系对多氯联苯还原脱氯的耦合机制研究

多氯联苯（PCBs）是国际上共同关注的优控持久性有机污染物之一。电子废弃物高风险区PCBs污染土壤的修复已成为国家环保部门亟需解决的重要环境科学技术问题。豆科植物-根瘤菌共生是自然界普遍存在的生物学现象。课题组前期研究发现豆科植物紫花苜蓿根际土壤PCBs消减与接种根瘤菌后植物根部共生固氮有关，根瘤内固氮核心区是否存在PCBs还原脱氯过程，其与共生固氮过程的耦合机制如何？尚需深入研究。本项目拟采用室内盆栽试验，结合14C-PCBs同位素与gfp基因双标记示踪法、非损伤微测技术、GC-MS及分子生物技术，深入研究豆科植物-根瘤菌共生体根瘤中PCBs的分布特征、固氮酶活性与PCBs代谢关系，探讨共生体根瘤中Cl-、NH4+、H+离子流、H2释放以及氢化酶活性和还原脱氯酶基因的动态变化，以揭示豆科植物-根瘤菌共生体中PCBs还原脱氯与共生固氮的耦合机制，为多氯联苯污染土壤的生物修复提供科学依据。

以紫花苜蓿-根瘤菌共生体为材料，研究了紫花苜蓿-根瘤菌共生体不同组织（根瘤、根及地上部）对土壤中多氯联苯的积累、分布及其化学形态特征。结果表明，多氯联苯在紫花苜蓿根、根瘤和茎叶部均有不同程度的积累，其含量为根瘤＞根＞茎叶。紫花苜蓿根中多氯联苯可分为根表弱吸着态、根表强吸着态和根内吸收态等3种形态，根系中富集的PCBs约78%为根表强吸着态，被植物组织紧密吸附；仅2%左右可以进入根系内部被根吸收（即根内吸收态），且全部为2氯代的PCB8，低氯代PCBs组分更易被植物吸收转运。绿色荧光蛋白gfp基因标记以及同位素标记技术分析结果表明，根瘤菌对共生体根瘤的侵染动态与根瘤的生长发育及其固氮功能的发挥相一致。在根瘤的发育过程中，根瘤菌不断从根瘤的分生区向核心区和成熟区侵染，根瘤菌则主要分布于根瘤中心部位的固氮核心区。利用免疫组织化学技术分析也发现PCB28处理15天后，PCB28主要分布于根瘤皮层和固氮核心区中。这一结果明确了共生体根瘤中PCBs和类菌体的分布及其共定位，为探讨共生体中PCBs还原脱氯降解与共生固定关系提供物质基础。