不同污染强度下PAHs降解基因在土壤-根表-植物系统中的分布

[目的]本文旨在解析植物-微生物联合修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的分子机制,并为在PAHs污染区生产安全的农产品提供技术支持和理论依据。[方法]以紫花苜蓿为供试植物,以菲和芘作为供试PAHs,以PAHs降解菌株Sphingobium sp.RS2为供试菌株,在根箱装置中进行温室盆栽试验,通过高效液相色谱技术和实时荧光定量PCR技术,研究不同PAHs污染浓度对种植紫花苜蓿的土壤-根表-植物系统中PAHs降解基因丰度和分布的影响。[结果]高浓度PAHs污染对紫花苜蓿的生长有抑制作用,而接种功能菌株RS2可以促进紫花苜蓿的生长。与未接种RS2的对照组相比,接种RS2的处理组紫花苜蓿生物量平均增加约22.4%。根际土壤中PAHs残留量显著低于非根际土壤。随PAHs污染浓度增加,降解基因丰度也增加。根表部位降解基因丰度最高,各层室土壤次之,植物根部和茎叶部丰度最低;在同一采样区域中,phe基因丰度显著高于nahAc和nidA基因。菲、芘残留量与nahAc基因丰度呈显著正相关。[结论]在土壤-根表-植物系统中,PAHs降解基因的丰度受PAHs浓度的影响,且根表环境中PAHs降解基因丰度最高,是PAHs代谢最为旺盛的区域。根表的PAHs代谢在去除土壤PAHs污染以及减低植物PAHs污染风险中起着不可替代的作用。

根系分泌物对土壤中多环芳烃降解及相关微生物的影响

根系分泌物可有效降解有机污染物,目前尚不清楚根系分泌物对土壤中多环芳烃(PAH)降解效果、降解基因及相关功能菌丰度的影响。本研究采用盆栽试验,探索不同浓度(10、20、40、80 mg/kg)人工根系分泌物、水稻根系分泌物对PAH(NAP、PHE、PYR)降解率、降解基因(nidA、nahAc、phe)丰度和细菌群落结构的影响。结果表明,添加10~80 mg/kg的人工和水稻根系分泌物处理皆可在一定程度提高土壤中NAP、PHE、PYR的降解率,且降解率随着根系分泌物浓度的增加呈先增加后降低趋势,整体以40 mg/kg效果较佳。qRT-PCR和16S rRNA高通量测序表明,与CK处理相比,根系分泌物处理下微生物群落丰度发生明显变化,且不同时间、不同浓度皆可影响群落结构特征。相关性分析结果表明,PAH降解效率、降解基因丰度、PAH功能菌三者间皆具有很强的相关性;人工根系分泌物处理下PAH降解率与nidA基因、诺卡氏菌属(Nocardioides)和分枝杆菌属(Mycobacterium)呈极显著正相关(P<0.01),水稻根系分泌物处理下PAH降解率与nahAc基因、假单胞菌属(Pseudomonas)呈极显著正相关。综上,人工根系分泌物及水稻根系分泌物皆可促进土壤中PAH的生物降解。

好氧细菌对多环芳烃降解机制的研究进展

多环芳烃(PAHs)是指两个或两个以上的苯环以线性排列、弯接或簇聚方式构成的一类碳氢化合物。这类化合物广泛分布于环境中,具有潜在的致畸性、致癌性和遗传毒性。在自然环境中,好氧细菌对PAHs的生物降解是一种很重要的方式,凸显其在清除环境PAHs污染物中具有广阔的应用前景。在过去二十多年中,科学家们已经从基因水平上对好氧细菌降解PAHs的机制进行了深入的研究,其中包括PAHs降解基因的多样性、与PAHs降解有关的基因以及细菌群体PAHs遗传适应机制等。在此,就好氧细菌对多环芳烃降解机制的研究进展进行了综述和讨论。