多氯联苯的紫花苜蓿根际土壤降解及高效降解菌株筛选

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多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)是一类在自然环境中物理、化学性质稳定的典型持久性有机污染物(Persistent organic pollutants,POPs),具有疏水亲脂性使其可通过食物链富集,对生物具有致癌、致畸、致突变的“三致效应”以及内分泌干扰作用,已被联合国环境规划署列为首批需要削减和控制的12种持久性有机污染物之一。土壤PCBs污染严重影响农产品安全,威胁生态平衡和人类的生命安全。研究土壤中PCBs的降解机制对于保障农产品安全,指导植物修复实践以及控制和治理土壤污染都具有重要的科学意义。  本研究基于自主研发的四通道色谱净化装置,建立并优化了适用于根际微域中少量土壤样品的PCBs快速检测方法;采用三室根箱法,探讨了紫花苜蓿-根瘤菌共生体系根际土壤中PCB77的消减行为,以及消减过程中根际微生物的响应;此外,从电子垃圾拆解地PCBs污染土壤中筛选、分离和鉴定出一株高效PCBs降解菌株DP-5,并研究了该菌株的最适降解条件。研究结果如下:  (1)为快速准确检测土壤中21种低浓度PCBs的含量,建立了以丙酮-正己烷(1∶1,体积比)为萃取剂超声提取,自主研发的四通道色谱净化装置对提取液进行分离和净化的前处理方法。采用氮吹法将前处理的样品浓缩至50μL以下,以PCB54作为内标,利用气相色谱-63Ni微电子捕获检测器(GC-ECD)进行定量测定。结果表明,土壤中21种PCBs的回收率为68.6%-102%,相对标准偏差为2.2%-9.9%,方法检测限为1.21-4.67μg/kg。采用该方法对长江三角洲地区经长期植物修复后的PCBs污染土壤和无污染的农田土壤进行检测,结果显示,修复后的土壤PCBs总量为99.9±4.0μg/kg,无污染农田土壤PCBs总量为69.0±2.2μg/kg。  (2)采用三室根箱法,研究了紫花苜蓿-根瘤菌共生体系根际土壤中PCB77的消减动态以及土壤微生物生态恢复水平。随着培养时间的增加,根际土壤中PCB77的含量呈显著下降趋势(P<0.05),消减率存在根区>近根区>远根区的规律。盆栽培养105天后,根区、近根区和远根区土壤中PCB77的消减率分别达到90.9%、80.5%和31.7%,根区和近根区由共生体系作用影响的消减率分别为86.6%和71.5%。污染土壤经共生体系根际修复后土壤微生物群落和功能多样性显著提高。  (3)采用实时荧光定量PCR方法、Biolog-ECO微平板法和DGGE方法对根际细菌数量、微生物多样性以及微生物群落结构进行了研究。结果显示,土壤中PCB77的消减率与微生物群落功能多样性呈现出较好的正相关关系,共生体系根际作用能够显著增加根际土壤中微生物数量、提高微生物活性、改变土壤微生物群落结构,从而促进根际土壤中PCB77快速消减。植物促进土壤微生物对PCB77降解的根际修复过程是共生体系根际土壤中PCB77的消减主要机制。  (4)从电子垃圾拆解地污染土壤中筛选出一株能够以PCB28作为唯一碳源的高效降解菌株,命名为DP-5,该菌株为革兰氏阴性菌,通过形态鉴定、生理生化鉴定和分子鉴定,确定该菌属于无色杆菌属(Achromobacter sp.)。PCB28初始浓度为25.0mg/L的溶液体系培养下,120h PCB28的降解率为95.7%,降解反应过程符合一级不可逆动力学模型。液体培养基pH、PCB28初始浓度和DP-5菌含量对溶液体系中PCB28的降解效率有明显的影响。DP-5菌在溶液体系中对PCB28降解的最适条件为:pH值为6.5,DP-5菌含量为109CFU/mL,PCB28初始浓度低于25.0mg/L。
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