拟茎点霉与水稻联合体系对水稻体内菲的降解特性及机制研究

Polycyclic aromatic hydrocarbons are a class of persistent organic pollutants that are known to be highly toxic and difficult to degrade. They can enter the plant from soil, thereby affecting the food chain, posing an immense risk to human health and the ecosystem. Previous studies have shown that the co-culture system of Phomopsis sp. and rice plants could effectively reduce the polycyclic aromatic hydrocarbons (Phenanthrene) in rice. The study attempts to explore the degradative efficacy and mechanism on phenanthrene in rice plant under co-culture system of Phomopsis sp. and rice plant by the way of integrating the biochemistry, molecular biology and comparative proteomics. The migration of Phomopsis sp. in rice and the physiologic and biochemical characteristics of rice will be detected. The study will track the degradation of phenanthrene in rice plant, analyse the intermediates and degradation-related enzyme activity, find the key degradation-related genes to compare the gene expression level. We will also explore the intrinsic relation between the degradation of phenanthrene in rice and the physiologic and biochemical characteristics of rice plant. This study will reveal the degradation mechanism and ecological significance of co-culture system on phenanthrene in rice to enrich the theory of joint-degradation on organic pollutants in plants with broad-spectrum endophytic fungi and plants.

多环芳烃由于其毒性强、不易降解、降解周期长而成为一种持久性的环境污染物，它能够从土壤进入植物体，从而影响食物链，危害整个生态系统，甚至危及人体健康。申请者前期研究显示，广谱内生真菌拟茎点霉B3与水稻联合体系能够有效降低水稻体内多环芳烃- - -菲的含量。本研究拟综合运用生物化学、分子生物学和比较蛋白质组学的方法，在拟茎点霉B3与水稻（含菲）建立联合体系后，研究其进入水稻体内后的迁移规律及对水稻生理生化特性的影响；并对联合体系内菲的降解进行跟踪，分析中间降解产物及降解相关酶活变化，推测其降解途径；筛选关键降解酶基因，分析其表达量变化；剖析联合体系对水稻体内菲的降解与水稻生理生化特性变化的内在联系。本项目将揭示拟茎点霉B3与水稻联合体系对水稻体内菲的降解机制，深入探讨其生态学意义，为广谱内生真菌与植物联合体系对植物体内有机污染物的降解修复研究奠定理论基础。

菲作为最简单的多环芳烃，由于其强毒性、难降解及降解周期长而成为一种持久性的环境污染物，它能够从土壤进入植物体，从而影响食物链，危害整个生态系统，甚至危及人体健康。前期研究显示，广谱内生真菌拟茎点霉B3能够在体外对培养液中的菲进行有效降解，而且其可与水稻（Oryza sativa L.）建立的联合共生体系。本研究从内生真菌B3体外降解菲和与水稻建立联合体系降解菲的角度阐述其对菲降解的机理。研究结果显示：广谱内生真菌拟茎点霉B3在体外纯培养条件下能以菲作为唯一碳源生长，且对培养液中菲的降解率高达77.38%。B3菌对菲的可能降解途径表明：菲环上的9,10位首先氧化成为9,10-环氧化菲，一种途径是此环氧化物经还原生成顺式-9,10-二氢二醇菲，继而脱氢生成9,10-二醇菲，再氧化为9,10-菲醌；另一种途径是此环氧化物开环产生9-羟基菲，进而氧化成9,10-菲醌。再经过邻位裂解形成联苯二甲酸进入到三羧酸循环。菌体对菲降解过程中，四种降解代谢酶活性表现出级联诱导效应。此外，在拟茎点霉B3与含菲水稻联合共生情况下，接种B3组水稻地上部分菲降解率88.34%，高出空白对照组24.77%；根部菲的降解率98.27%，高出空白对照组10.26%。拟茎点霉B3与水稻建立联合体系后，能够对水稻体内含有的菲进行有效降解。以上结果表明拟茎点霉B3可以与水稻建立的联合体系，并对其体内的菲进行有效降解。经过室外的小区验证实验表明：在拟茎点霉B3与水稻建立联合体系后，不仅水稻体外土壤中的菲含量随水稻生长显著减少，而且其水稻叶部和根部菲含量也显著低于对照处理。在研期间，已经发表论文3篇，其中SCI论文2篇，申请发明专利1项，培养研究生2人。本项目研究成果对于植物体内外有机污染物的有效去除具有重要的参考价值和应用前景。