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1、多环芳烃植物根际降解的生物调控机理研究 孟梁1 ，朱永官1 2 1 中国科学院生态环境研究中心2 中国科学院城市环境研究所 1 实验背景 植物一微生物联合修复技术凭借其效果好，费用低，无二次污染等优势，成为了当前治理 多环芳烃土壤污染最为有效的手段之一。目前的研究表明，土壤根际环境是植物微生物发生 相互作用，促进多环芳烃降解的主要场所，因此对这一环境中的相关因素进行研究，有助于 了解植物微生物相互作刚促进多环芳烃降解的机理，从而为优化这一修复技术提供更多的理 论依据。 在根际环境中，降解多环芳烃的功能微生物，植物的根表脱落物和水溶性根系分泌物以 及植物和微生物分泌的生物表面活性荆类物质是植物微
2、生物相互作用促进多环芳烃降解的三 个土要冈素，也是目前在机理研究方面的主要关注对象，特别对前两者的研究在近几年取得 了火量的成果。其中含有降解多环芳烃功能基因的微生物是根际环境中去除十壤多环芳烃的 最主要和最直接的贡献者，在植物微生物且作体系中，功能微生物对多环芳烃的降解量r 旨到 了多环芳烃生物总去除量的9 0 以上。这主要是由于这些微生物体内具有单、双加氧酶基冈及 其它相关下游基冈，能够将多环芳烃作为底物进行代谢，当生长条件合适时，这种代谢能力 会非常明显地体现出米，从而能够人量玄除土壤中的多环芳烃。植物在该互作体系中的作用 主要是向根际微生物提供生长所需的碳源。虽然功能微生物能够降解士壤
3、中的多环芳烃，但 这种能力只有在外界条 ：，I ：合适时，才能较为明显地体现出来，而被多环芳烃污染的土壤多为 养分低，毒性人，对微生物的生长具有一定的抑制作用，使其无法最人限度地降解多环芳烃。 但在污染士壤中种植植物后，其根系能向根际环境释放大量的水溶性分泌物( 1 0 0 惚g 干土d ， 主要为糖类和有机酸类物质) 和根系脱落物( 含木质素和纤维素的根表残体) ，这些物质能够 为微生物提供碳源，使其生物量增加，相应地也使功能基因表达量增加，从而提高微生物对 多环芳烃的降解能力。植物和微生物分泌的生物表面活性剂类物质是最近才开始关注的根际 环境促进土壤多环芳烃降解的因素。由于多环芳烃的高疏水
4、性，使其无法进入土壤水相，但 另一方面，植物和微生物在根际环境中的作用主要发生在土壤水相，因此，当多环芳烃无法 存在丁土壤水溶液中时，功能微生物降解多环芳烃的能力将不能体现。生物表面活性剂作为 一种对环境友好的表面活性剂，能够对多环芳烃产生增溶作用，将其从土壤颗粒表面洗脱进 入土壤水溶液中，从而增加了其丁微生物的接触机会，提高了微生物对其的降解能力。 2 实验介绍 弄清脂溶性根系分泌物对促进微生物降解多环芳烃的贡献程度( 与根表脱落物，水溶性 根系分泌物等根系其它成分相比) 对了解植物促进微生物降解多环芳烃的机理具有十分重要 的意义。针对该问题，我们提出了本实验的研究目的：通过向多环芳烃污染土
5、壤中添加各种 根系成分，来比较它们对微生物降解多环芳烃所产生的影响，从而判断出根系脂溶性物质在 4 5 其中起的作用。本实验选取了芹菜根的水溶性根系分泌物，脂溶性根系分泌物和根残体来代 表根系的主要成分，测定了土壤中多环芳烃的残留量，土壤中微生物酶活性和微生物降解多 环芳烃功能基因表达量。已得到的实验结果为：添加水溶性分泌物能明显增加土壤微生物酶 活性，但土壤中多环芳烃浓度并没有显著下降：添加脂溶性根系分泌物对提高土壤微生物酶 活性的作用不是很大，但土壤中多环芳烃含量有一定下降：同时添加水溶性和脂溶性分泌物 的土壤，微生物酶活性有显著增加，同时土壤多环芳烃含量也有明显下降；根残体对微生物 酶活
6、性和土壤多环芳烃含量均没有很明显的作用。这说明脂溶性根系分泌物对促进微生物降 解土壤多环芳烃起着相当重要的作用，但其到底是通过增加多环芳烃的水溶性还是促进多环 芳烃降解菌的生长米发挥作用，还需要通过测定多环芳烃功能基因的表达量等相关实验来进 行判断。 3 存在问题 虽然上述实验证明植物根系分泌的脂溶性物质在植物微生物联合修复多环芳烃土壤中起 着相当重要的作用，但上仍然存在着一些问题有待解决。比如，由于十壤微生物也还含有脂 类物质，因此无法通过测定十壤中脂类物质的含量米确定微生物利用根系脂溶性分泌物的情 况，下一步的实验可以通过添加同位素标记的根系脂溶性物质及测定微生物代谢脂肪酸功能 基因表达量来确定微生物利川根系脂溶性分泌物的情况；植物向土壤分泌的脂溶性物质的量 难以确定，从而无法断定土壤中脂溶性物质浓度是否已达到了其临界胶束浓度而对多环芳烃 产生增溶作用，因此F 一步实验应该确定一个较为合适的十壤中根系脂溶性分泌物的浓度， 并与其临界胶束浓度进行比较，以确定其是否产生了增溶作用。在解决了这些问题后，我们 就能够较为全面地了解植物脂溶性分泌物促进微生物降解土壤多环芳烃的机理，从而为建立 更为高效的植物微生物联合修复多环芳烃污染土壤技术提供理论基础。 关键词：多环芳烃，根际，生物表面活性剂，功能基因
