瀋陽生態所揭示植物修復多環芳烴-重金屬複合汙染土壤的根際作用機制

2021-01-09 全國能源信息平臺

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多環芳烴（PAHs）汙染土壤是一個普遍存在的環境問題，對人類生命和生態系統構成了嚴重威脅。通常，多環芳烴與重金屬可通過汙水灌溉、固體廢物處理、交通運輸以及工業活動等途徑進入到土壤中，通過積累而形成複合汙染。多環芳烴和重金屬具有致癌性、致突變性和致畸性，並且可在土壤中持久留存。近幾十年來，我國土壤中多環芳烴和重金屬的複合汙染問題迅速加劇，因此引起了人們的廣泛關注。

植物修復技術具有成本低、無二次汙染、應用範圍廣等優點，是人們公認的一種利用植物降解、同化、代謝或解毒重金屬和有機汙染的低成本高效技術。植物根際某些具有特殊功能的微生物會參與土壤汙染物的降解過程，對根際汙染物的降解具有重要影響。不同類型汙染物共存可能會影響植物的修復潛力，因為汙染物的存在會對植物與其根際微生物間複雜的相互作用產生影響。深入了解植物與微生物的相互作用，將為提高植物修復的效率提供依據。

中國科學院瀋陽應用生態研究所汙染生態與環境生態工程研究中心的劉睿團隊通過在生長室中進行盆栽試驗，研究了修復植物火鳳凰（一種羊茅）對多環芳烴-鎘（PAH-Cd）複合汙染土壤的修復效果和根際調控機制。研究測定了植物生物量、PAH和Cd的去除率、土壤酶活性和土壤細菌群落。種植150天後，低PAH複合汙染土壤（104.79~144.87 mg·kg-1）中4種PAHs和Cd的去除率分別為64.57%和40.93%，高PAH複合汙染土壤（169.17~197.44 mg·kg-1）中4種PAHs和Cd的去除率分別為68.29%和25.40%。種植了火鳳凰的土壤中多酚氧化酶（PPO）活性降低，而脫氫酶（DHO）活性變化與低PAH土壤中PAHs和Cd的去除率具有顯著的正相關關係 [r=0.862（P<0.006）和0.913（P<0.002）]。同時，使用16S rRNA的高通量454 Gs-FLX焦磷酸測序技術檢測到細菌群落的連續變化，這些變化在PAH濃度低的複合汙染土壤中尤為明顯。火鳳凰可以促進分枝桿菌Mycobacterium、Dokdonella、Gordonia 和Kaistobacter的生長，它們在PAHs降解或Cd耗散中起重要作用。結果表明，火鳳凰能有效地激發土壤酶和細菌群落，增強PAH-Cd複合汙染土壤的植物修復潛力。

該成果以「Fire Phoenix facilitates phytoremediation of PAH-Cd co-contaminated soil through promotion of beneficial rhizosphere bacterial communities」為題發表於期刊Environment International 。在讀博士研究生代元元為第一作者，劉睿研究員為通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金的支持。

圖1.本研究技術路線示意圖

圖2.汙染土壤群落細菌DNA序列的屬級分類

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