在我国,有机污染土壤面积十分庞大,仅农药污染土壤面积就达1.4亿亩,多环芳烃(PAHs)已成为土壤环境中常见的一类重要污染物,植物吸收积累土壤中普遍存在的多环芳烃,并由食物链富集到人体内,危及农产品安全和人类健康。随着社会对农产品安全问题的日益关注,如何规避污染区农产品PAHs污染已成为环境领域研究的热点之一。植物内生细菌具有促进作物增产、提高植物抗逆性、降低植物病虫害发生等生理生态功能,并可作为生防菌和外源基因的重要载体;然而,能否利用植物内生细菌来降低植物体内PAHs含量,且其提高植物体内PAHs降解的功效及机理等尚远不清楚,国内外对此至今仍少有了解。本文采用实验室现有的一株高效芘降解功能的小麦内生细菌PW7,实验分析了菌株PW7抗生素的抗性和邻苯二酚-2,3-双加氧酶(Catechol-2,3-dioxy genase,C230)活性;通过温室土培实验对小麦进行人工污染和细菌定殖,分析了定殖菌株PW7对小麦生长的影响,探讨了菌株PW7在小麦体内的定殖动态及对小麦吸收降解芘的影响;初步探讨了功能内生细菌对小麦体内酶系活性的影响及其与小麦代谢PAHs的关系。该研究结果证明小麦功能内生细菌定殖能够降低小麦体内PAHs含量并提高小麦体内PAHs降解效率,为防治土壤有机污染和保障污染区农产品安全等提供基础研究和理论依据。主要研究成果如下:1.功能内生细菌在小麦体内的定殖(1)菌株能够良好的定殖在小麦体内,可从根部向茎叶部转移,且IR、PL对小麦生长有促进作用。IR对小麦的促进作用最强。小麦能够吸收土壤中的芘,并由根向茎叶传导。接种菌株PW7能够降低土壤中芘浓度,灌根处理组芘浓度最低。土壤中芘浓度及去除率随时间的延长而逐渐减小;通过IR、SS、PL接种菌株PW7均能提高土壤中芘去除率,IR的芘去除率最大为62%,PL的芘去除率最低。(2)功能细菌PW7通过IR、SS、PL定殖接种均可降低小麦体内芘浓度和积累量。与CK相比,接种菌株PW7降低了小麦根部和茎叶部的芘含量及积累量,说明功能菌株能影响小麦对芘的吸收代谢作用。随着土壤中芘浓度的增大,小麦根和茎叶中芘含量和积累量逐渐增大;小麦根部和茎叶部的芘含量和积累量随着天数的增加而逐渐减少。在50mg/kg、100mg/kg污染浓度下,染毒12d、16d时,小麦体内芘含量和积累量大小:IR<SS<PL<CK,与CK相比,芘含量的减少率依次是IR>SS>PL,IR中小麦体内花含量和积累量最低。(3)功能细菌通过IR、SS、PL接种均使小麦的富集系数和传导系数减小。小麦对芘的富集系数和传导系数随着污染浓度的增大而减小;随着染毒时间的延长基本呈下降趋势;同一污染浓度同一时间,定殖方式不同,小麦根和茎叶对芘富集系数大小依次为IR<SS<PL<CK,小麦根和茎叶对芘传导系数大小依次为IR<PL<SS<CK。小麦根富集系数RCF要比茎叶富集系数SCF大10倍,小麦根对于芘的富集能力远远大于茎叶,且土壤和小麦体内芘的去除效果IR>SS>PL,说明接种功能小麦内生细菌可以降低小麦体内芘的污染水平,菌株PW7的最适定殖方式为灌根。2.菌株PW7定殖对小麦体内PAHs代谢机理初探(1)邻苯二酚-2,3-双加氧酶是芳香族化合物开环裂解的关键酶。功能细菌通过IR、SS、PL接种均使小麦体内C230酶活性增强,且小麦根部中C230酶活性明显高于茎叶。在同一污染浓度条件下,小麦茎叶中邻苯二酚-2,3-双加氧酶活性:IR>PL>SS,小麦根部中C230酶活性:IR>SS>PL;在同一种定殖方式,小麦茎叶和根部C230酶活性:50mg/kg污染处理>100mg/kg污染处理。在一定污染浓度范围内,定殖在小麦体内的菌株PW7产生C230,促进小麦体内芘降解。(2)功能菌株PW7在小麦体内的定殖可以影响小麦体内PAHs代谢相关酶系活性。比较小麦根部和茎叶中过氧化物酶(poly phenol oxidase,PPO)和多酚氧化酶(peroxidase,POD)活性,根部PPO和POD活性要比茎叶大一个数量级。相同的污染浓度下,不同的定殖方式,小麦茎叶中PPO和POD活性:IR>PL>SS>CK;小麦根部PPO和POD活性:IR>SS>PL>CK。IR对小麦体内PAHs代谢相关酶系促进作用最大。(3)芘胁迫对小麦根和叶中金属硫蛋白(MT)含量有明显影响,可知芘胁迫也能诱发小麦自身的防御系统清除羟自由基。同一定殖方式,不同芘污染浓度,小麦根部MT活性在50mg/kg污染浓度最高,小麦茎叶MT活性:无污染处理>50mg/kg污染处理>100mg/kg污染处理,可知芘在一定浓度范围内,能够促进小麦茎叶MT活性,但芘污染浓度过高,超出一定浓度范围,可能对小麦和菌株产生毒害作用,抑制MT活性。在同样的芘污染条件下,不同的定殖方式,小麦茎叶和根内MT活性:IR>SS>PL>CK,说明接种功能细菌能有助于金属硫蛋白产生,同时灌根定殖方式效果显著。