植物—微生物联合修复

2.5土壤PAHs降解菌数量动态变化
土壤中酶活性的变化可以反映土壤中微 生物降解有机污染物的能力。本研究得到 结果，土壤中脱氢酶活性和PAHs降解菌数 量越高，PAHs的降解率越高。 植物-微生物联合修复与根际脱氢酶活 性和PAHs降解菌数量有关，接种微生物提 高紫花苜蓿生物量，增加根际微生物活性， 提高根际脱氢酶活性和PAHs降解菌数量， 可以增强污染土壤PAHs的修复能力。
植物—微生物联合修复
环境工程 0210180 谢鸿飞
一、植物—微生物联合修复技术
1.1作用原理 植物-微生物联合修复技术是生物修复研究的 新领域，由于其具有利用太阳能作驱动力；能量 消耗和费用少；对环境的破坏小；可使用于大面 积的污染治理等优点而受到广泛的关注。 植物-微生物联合修复技术是利用土壤-植物微生物组成的复合体系来共同降解污染物，清除 环境污染物的一种环境污染治理技术。
2.3土壤中PAHs分环含量和降解率
原土壤中 环数 2环 3环 4环 5环 6环
占本底值 PAHs总量
0%
5.2% 54.9% 30.0% 9.7%
种植紫花苜蓿90天后，不同处理土壤中PAHs的分环含 量。同一环数不同处理土壤PAHs含量为： CK＞AM＞DB＞DB+AM
土壤中不同环数PAHs的降解率
3讨论
研究表明，紫花苜蓿通过根际效应可以有效 刺激土壤根际土著微生物活性和数量的增加，从 而有效促进土壤PAHs降解，不过这种修复过程还 是相对缓慢的。 接种菌根真菌能够促进土壤中PAHs的降解， 菌根真菌能增加PAHs的生物可利用性，提高吸收 率与矿化率。 PAHs专性降解菌表现出强化修复PAHs污染 土壤的作用。本研究表明PAHs专性降解菌能明显 促进紫花苜蓿对土壤中PAHs的降解。
1.3 植物—微生物联合修复技术的主要机制
植物加强微生物修复有机污染物土壤主 要包括3种机制： • 植物直接吸收有机污染物并在植物组织中 累积或代谢 • 植物释放的各种分泌物或酶类促进了有机 污染物的生物降解 • 植物增强根际区的微生物的矿化作用
植物对有机污染物的直接吸收
植物根对有机污染物的吸收与有机物的相对 亲脂性有关。 植物可从土壤中直接吸收有机物，然后将无 毒的代谢中间体贮存在植物组织中，这是植物去 除环境中亲水性中等的有机污染物的一个重要机 制。
三 植物-微生物联合修复未来发 展趋势
植物与微生物联合修复技术在污染土壤 修复过程地位重要，潜在发展前景良好， 市场效能高。但在理论体系、修复机制和 修复技术上还有许多不完善的地方。 植物－微生物－有机污染物之间复杂的 耦合作用导致难以阐明污染土壤植物－微 生物联合修复过程降解机理。
谢谢！
植物分泌物或酶类去除有机污染物
植物根能释放出多种有利于有机污染物降解 的化学物质，包括单体有机化合物（氨基酸、脂 肪酸、酮酸、单糖类）和高分子化合物（多糖、 聚乳酸以及粘液等）。这些物质增加了根际土壤 中有机质的含量，可以改变根际土壤对有机污染 物的吸附能力，促进与腐殖酸的共聚作用，使根 际环境成为微生物作用的活跃区域，这样就间接 促进了有机污染物的根际微生物降解。
1.3实验设计与实施
试验处理： ①只种植紫花苜蓿（CK）； ②种植紫花苜蓿，接种菌根真菌（AM）； ③种植紫花苜蓿，接种PAHs专性降解菌 （DB）； ④种植紫花苜蓿，接种PAHs专性降解菌和菌 根真菌（DB+AM）。
试验共4个处理，每个处理5次重复。每盆播 种20粒紫花苜蓿种子，出苗10天后间苗，每盆留 10株。盆栽试验在温室中进行。在培养过程中的 第30、60、90天时分别取样。 每盆用小型不锈钢土钻随机采取3点，组成混 合土样。将所采集的土壤样品分成两份，一份土 样于4℃保存，以供脱氢酶活性和PAHs降解菌数 量的测定分析用，另一份土样风干，过20目筛， 供PAHs含量分析用。
4结论
• 接种菌根真菌和PAHs专性降解菌可以促进紫花苜 蓿生长，增加紫花苜蓿生物量。 • 接种菌根真菌，增加了紫花苜蓿根际土壤微生物 数量和活性，促进了土壤PAHs的降解；接种 PAHs专性降解菌，增加了土壤微生物数量，促进 了土壤PAHs的降解；双接种菌根真菌、PAHs专 性降解菌明显促进土壤PAHs降解，两种菌剂与紫 花苜蓿根际协同修复作用明显。 • 随着PAHs苯环数的增加，其平均降解率逐渐降低。 接种PAHs专性降解菌能够提高4环和5环PAHs的 降解率。 • 接种菌根真菌和PAHs专性降解菌，提高了PAHs 污染土壤中脱氢酶活性和PAHs降解菌数量，促进 了PAHs的降解。
植物增强根际区的矿化作用
植物修复有机污染物除了取决于植物本身的 吸收能力外，植物根际微生物对有机污染物的降 解也起了重要的作用。植物根际区的菌根真菌与 植物形成共生作用，有其独特的酶途径，用以降 解不能被细菌单独转化的有机物。 植物根际区分泌物刺激了细菌的转化作用， 在根际区形成了有机碳，这些有机碳的增加可阻 止有机化合物向地下水转移，也可增加微生物对 污染物的矿化作用。
2.2土壤中PAHs含量的动态变化和降解率
同一时间内，各个处理 土壤PAHs含量顺序为： CK＞AM＞DB＞DB+AM
培养K处理也能使土壤中 PAHs的量下降，其降解率为21.7%，AM、 DB处理的PAHs降解率分别是47.9%、 49.6%，DB+AM处理的降解效率最高达 60.1%。
1.4试验方法
• • • •
植物生物量测定 PAHs的提取与测定 土壤中脱氢酶活性的测定 PAHs降解菌数量的测定
2结果与分析
2.1不同处理紫花苜蓿的生物量
4个处理紫花苜蓿 的生物量顺序为： CK＜AM＜DB＜DB+AM
在不接种微生物的情况下植物长势良好，说 明紫花苜蓿对土壤中的PAHs有一定的耐受性，但 接种菌根真菌（AM）和PAHs专性降解菌（DB） 能增加紫花苜蓿的生物量。PAHs专性降解菌对紫 花苜蓿的促进作用强于菌根真菌。菌根真菌与 PAHs专性降解菌联合作用对紫花苜蓿生长的促进 效应强于两者分别单独处理，说明两者在促进紫 花苜蓿生长方面存在交互作用。接种微生物促进 了土壤中的PAHs降解，减少了其对紫花苜蓿的毒 害，促进了紫花苜蓿生长。
2.4土壤脱氢酶活性动态变化
同一时间内，各个处理土壤脱氢酶活性顺序为： CK＜AM＜DB＜DB+AM
• 紫花苜蓿根际为土著微生物提供生存场所 和营养，促进其生长，提高了脱氢酶活性； • 接种菌根真菌可为微生物提供生态位和分 泌物，增加了微生物数量提高了脱氢酶活 性 • 接种PAHs专性降解菌显著提高了土壤脱氢 酶活性 • 双接种处理极显著提高了土壤脱氢酶活性
二、多环芳烃污染土壤的植物-微 生物修复
多环芳烃（PAHs）是2个或2个以上的芳香环稠合 在一起的一类惰性较强、性质稳定的持久性有机污染物。 修复PAHs污染土壤尤其是高环PAHs污染土壤已成为目 前国内外土壤与环境学界共同关注的热点之一。 对于PAHs重度污染土壤，土壤中微生物群落受到 其毒害影响，相应微生物的数量较少，植物修复的修复 效率相对较低，可在利用植物进行污染土壤修复的同时， 向土壤中接种细菌或真菌，增加微生物的数量提高植物 修复有机污染物效果。
供试植物： 紫花苜蓿
化学品 菲、苯并[a]芘、蒽、芴、二苯并噻吩、 二氯甲烷、正己烷、环己烷、乙腈均为 HPLC级，其他试剂为分析纯。
1.2选用菌种
1、专性降解菌： 对PAHs具有高效广谱降解能力，同时 具有环境友好等优点而备受青睐 2、真菌： （1）在改善植物营养、提高抗病抗逆能力方 面具有显著作用。 （2）真菌能产生独特的酶，降解不能被细菌 单独降解的PAHs，在土壤修复中具有特有 的优势。
1 材料与方法
1.1供试材料 供试土壤 供试植物 供试丛枝菌根真菌 供试PAHs专性降解菌 化学品
供试土壤 采自江苏无锡某由于多年化工废水 PAHs污染的农田。多点采集表层土壤 （0~20cm），捡出植物根系、石砾等残留 物，过2mm不锈钢筛，充分混匀，供盆栽 试验用。同时测定土壤基本理化性质，土 壤的pH，有机质，全N，全P，全K，速效 P，速效K，PAHs本底值。
3.1菌根真菌提高降解率的原因
• 菌根真菌与紫花苜蓿共生有利于增加紫花 苜蓿的抗逆性 • 菌根真菌对PAHs的直接吸附以及创造有利 PAHs降解细菌的生态位，使菌根根际维持 较高的微生物种群密度和生理活性
3.2PAHs专性降解菌提高降解率的原因
• 微生物在生长过程中以PAHs为碳源和能源 或把PAHs与其他有机质共代谢而降解 PAHs； • PAHs专性降解菌与紫花苜蓿互利作用促进 了PAHs的降解
植物生长时，通过根系提供了微生物旺 盛的生活场所;反过来，微生物的旺盛生长， 增强了对污染物的降解，促使植物有更加 优越的生长空间，这样的植物－微生物联 合体系就促进了污染物的快速降解、矿化。
1.2高效植株的筛选及应用
• 有强大的须根系，最大可能地提供微生物 活动的根表面面积; • 能够适应多种有机污染物，生长旺盛，有 较大的生物量; • 根系要深，能够穿透较深的土层