老棉田有机氯污染特征及DDT降解菌的分离与特性研究

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有机氯农药(Organochlorine pesticides,OCPs)在历史上曾一度成为产量最高,用量最大的农药品种,尽管其已被禁止生产和使用多年,但有机氯农药带来的污染和危害一直影响至今,但对于面广、量大的农田土壤来说尚未有十分有效可行的修复措施。因此本研究针对特定的土地利用类型开展有机氯污染现状调查,并对其来源进行解析;并以难降解、残留量大的有机氯农药滴滴涕(Dichlorodiphenyl Trichloroethane,DDT)为研究对象,富集筛选DDT降解菌,利用高通量测序技术对富集过程中微生物的群落变化进行监测。最后,利用分离得到的DDT降解菌和实验室前期分离的产表面活性剂菌SB进行盆栽修复实验,并对其根际微生物群落进行分析,同时,在云南文山布置田间修复实验。研究结果如下:  (1)通过对老棉花种植区表层土样品分析发现,六六六(Hexachloro-cyclohexane,HCH)、七氯、氯丹、DDT及其代谢产物(DDTs)检出率最高,16种有机氯农药(OCPs)总含量为0.09-1.39 mg kg-1。分析发现,p,p-DDE在历史棉花田和非老棉田中的残留量存在显著性差异,这主要是由于历史上DDT的大量使用及其长时间的降解造成的。源分析表明该地区HCH主要来源为林丹,且存在新的输入,而DDTs残留主要来源于DDT及三氯杀螨醇的混合使用,且主要是历史残留引起。  (2)在无机盐培养基中,接入长期受DDT污染的土壤,在循环富集装置中经过7周的富集培养,富集装置中微生物对DDTs的降解效率稳定在90%左右。从富集装置中分离得到24个菌株,降解效率在0-77%之间,低于富集装置中微生物群落的降解效率。通过高通量测序发现,在富集过程中微生物群落多样性减少,传统分离培养技术得到的菌株与群落中的优势属存在差异,且降解效率最高的菌株不是优势属。这说明传统分离技术不能全面反映微生物群落结构。分离得到的菌株D3降解效率最高,并鉴定为Streptomyces sp.(链霉菌属),其7d能够降解77%的DDT,另外D3还能够降解PCB77、PCNB,降解效率分别为75%和30%。  (3)通过盆栽实验,发现不同处理DDTs的去除效率在40%-70%之间。在种植植物的处理中紫花苜蓿(67%)和黑麦草(69%)效果较好,接菌处理组中D3+SB处理效果最好,去除率为69%。另外,接种SB后高羊茅处理组的修复效果由59%上升至66%,有显著提高。这说明在土壤中产表面活性剂菌能够使土壤中难溶的DDTs增溶,因此易被微生物利用而降解。微生物群落分析结果表明,各修复处理的土壤中变形菌门、酸杆菌门和放线菌门在各处理中占据优势地位,接种的菌株D3和SB在土壤中能够存活。在接种SB+D3的处理中,假单胞菌属和链霉菌属的相对丰度分别为0.13%和0.2%,高于接种单一菌种的处理组,这说明二者之间存在协同作用。在只接菌的处理中,链霉菌属、假单胞菌属的相对丰度变化是一致的,且随着二者丰度的升高,DDTs的去除效率也有所提高,说明在土壤生物修复过程中SB和D3都发挥着重要作用。  (4)田间实验表明以DDTs降解菌Streptomyces sp.为核心的D3菌剂能够有效去除土壤中的DDTs,其去除效率达到88%,高于未施加菌剂的对照组(去除率58%)。Biolog分析发现接菌处理组土壤中微生物活性显著高于未接种菌剂的处理。这说明接种含降解菌Streptomyces sp.的菌剂除了能显著降解DDTs外,也能提高土壤微生物群落活性。
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