共生固氮体系协同微生物群落在黄土高原石油污染土壤中的修复作用及机理研究

Crude oil contamination is the global problem. Few remediation of crude oil contaminated soil was carried out in the arid region of Loess Plateau, northwest of China, in this region the ecosystem is very fragile and erosion is very serious. The current methods including physilogical and chemical could not recover the function of soil absolutely, sometimes these methods could result in secondary pollution. To obtain the multifunctional and high efficient system to remove crude oil from soil, the leguminous plants and rhizobia together with microbial community were applied firstly in crude oil contaminated soil.This system can supply nutrition of nitrogen to the contaminated soil and activate microbial community in enhancing degradation of crude oil.In this study, the characters of our creened system will be determined by analysis of the microbial community through the methods of T-RFLP, PCR-DGGE, real-time PCR, which is important to reveal the relationship between system of legume-rhizobia and degradation of oil, meanwhile the expression of genes to degrade petroleum hydrocarbons was detected. During the whole periods of bioremediation, analysis of microbial community, biodiversity of functional genes, activity of metabolism and feature of metabolism were also detected in different time. It will help us to understand the relationship among plants, bacteria and pollutants, and to enhance the remove of pollutants from soil. Therefore, this study is important because it can provide potential methods of remediation and sources of plants and bacteria which can be applied in crude oil contaminated soil in the Loess Plateau region, the northwest of China.

石油污染是一个全球性问题，在我国生态环境脆弱、水土流失严重的西北黄土高原地区，石油污染土壤的修复研究涉及很少，现有的物理、化学及生物修复技术难以彻底恢复土壤生态功能。本项目将联合干旱地区豆科植物共生固氮体系和高效降解石油的微生物群落，构建高效的"豆科植物-根瘤菌-功能微生物群落"修复体系，对石油污染土壤进行生物强化修复，克服污染土壤氮素缺乏限制，激活和强化微生物污染降解。同时，采用T-RFLP、DGGE、real-time PCR等分子生态学方法研究修复过程中功能微生物群落的动态变化，分析豆科植物-根瘤菌共生体系与石油烃降解的关系，监测石油烃降解基因的表达；比较不同时期不同处理中微生物群落的结构、基因多样性、代谢活性以及代谢特征的变化，力图阐明植物-微生物-污染物的相互关系、控制因素和协同修复机理，筛选具有高效修复功能的植物和菌种资源，为西北黄土高原干旱地区的石油污染治理提供新的方法途径。

石油污染是一个全球性问题，在我国生态环境脆弱、水土流失严重的西北黄土高原地区，石油污染土壤的修复尤为重要。本项目围绕石油污染土壤微生物地理分布规律、群落结构、降解体系构建等问题，相继开展了干旱地区石油污染土壤微生物群落构建与生物多样性研究，稀有和丰富微生物的生物地理分布和生态地位研究，土壤微生物响应石油污染物的群落构建和演替规律研究，微生物群落响应不同污染物的时间动态模式研究，旱区豆科植物调查与根瘤菌资源分离鉴定，不同土壤石油污染对刺槐-根瘤菌共生体系构建的影响，菲降解共生固氮体系的构建与特性研究，有机污染物降解菌群的豆科植物根际富集及其降解特性研究等。结果表明，土壤pH、总石油烃等能显著影响微生物群落结构，微生物群落相似度表现出显著的距离−衰减关系，微生物群落构建受空间距离和环境因子的共同驱动，其中，稀有和丰富微生物具有不同的分布模式，丰富微生物受土壤因子驱动，代谢功能活性更高，处在核心的生态地位，而稀有微生物更多的代谢功能多样性，受地理因子驱动。同时，发现不同地区的土壤，经长时间的石油污染，会形成相似的微生物类群，群落中稀有微生物没有处于核心的生态地位，但对于生态系统功能和多样性的维持起重要的生态作用。不同的有机污染物决定微生物群落的演替方向，且持续污染可加快微生物群落演替速率。项目通过对土著豆科植物共生体系的调查，分离获得120多株根瘤菌，利用3株根瘤菌与豆科植物构建的修复体系对菲与直链烷烃C18的降解率均有不同程度的提高，进一步研究还发现，土壤在石油污染后，与刺槐可以共生的根瘤菌种群变化很小，但根瘤菌含有的结瘤基因nodC与未污染土壤中根瘤菌的明显不同。通过豆科植物原位降解菌群驯化过程，发现小冠花、豇豆等豆科植物根际富集的菌群对菲的降解率显著高于非根际菌群，降解率达到70%以上。本研究的开展为石油类物质污染土壤的修复提供了新的思路和技术。