降解十溴联苯醚外生菌根真菌的筛选、降解特性及其辅助植物修复污染土壤的研究

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多溴联苯醚(Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)是一类溴化阻燃剂,被广泛添加于多种产品中。电子产品废弃后,粗放的拆解过程导致了多溴联苯醚对环境的污染。如何消除污染土壤中的多溴联苯醚成为一个亟需解决的问题。本文从外生菌根真菌中筛选对十溴联苯醚(BDE-209)具有降解能力的真菌,并对其降解特性进行了研究,研究结果为利用外生菌根真菌辅助植物修复有机污染物提供了重要参考。漆酶具有广泛的底物作用范围,催化底物不具有特异性,其在多环芳烃等有机污染物的环境修复方面起到重要的作用。本文首先试图从保存菌种中筛选产漆酶的外生菌根真菌,进而讨论漆酶在外生菌根真菌降解十溴联苯醚中所起的作用。研究中采用愈创木酚平板筛选法,从19种外生菌根真菌中筛选出土生空团菌(Cenococcum geophilum,Cg)、双色蜡蘑(laccaria bicolor,Lb)、紫蜡蘑(Laccaria amethystina, SQLa)三种外生菌根真菌具有较高的产漆酶能力。液体振荡培养条件下,Cg菌在30天漆酶活力最高,达到11.7 U/L,且Cu加入量在30-50 μmol/L促进Cg的漆酶产量,表明Cg是一种良好的产漆酶外生菌根真菌。对Cg菌进行BDE-209耐性研究,发现BDE-209的处理浓度在10 mg/L以下时,BDE-209对Cg菌的菌落直径没有显著影响,在BDE-209处理浓度达到20 mg/L时,会显著抑制Cg菌的生长。检测Cg菌对1.0 mg/LBDE-209的降解情况,发现BDE-209在30天内并没有被Cg菌明显降解,至第50天,BDE-209残留35%。平行检测Cg菌漆酶活力,发现Cg菌在30天、50天时漆酶活力均保持在0.5 U/L左右,推测漆酶可能并没有在Cg菌降解BDE-209中起主要作用。对实验室保存的菌种直接进行BDE-209的降解筛选,从30种外生菌根真菌中筛选得到17种降解BDE-209菌株,优化培养时间后,菌株彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,Pt)和紫蜡蘑(Laccaria amethystina,La)在10天内对1.0 mg/L的BDE-209的降解率分别为54.1%和45.8%。促溶剂吐温80对Pt菌降解BDE-209并没有促进效果,反而会抑制BDE-209的降解。由于电子垃圾拆解地等污染地区除了有机污染物之外,大多伴随着重金属的污染,因此,降解菌对于重金属的耐性以及重金属对降解率的影响对于其在原位污染土壤中的应用具有重要的指导意义。平板实验筛选Pt菌和La菌对Cu和Cd的耐性,发现在300 mg/L Cu的平板上Pt菌不能生长,而La菌在400 mg/L的Cu平板上仍能生长。在Cd浓度为50 mg/L平板上时Pt菌已经不能生长,La菌仍能生长。液体培养结果表明,在Cu处理浓度达到200 mg/L时,与对照相比,Pt菌的抑制率达到67.7%,而La菌的抑制率为43.4%。在Cd处理浓度达到50mg/L时,与对照相比,Pt菌的抑制率达到82.3%。而La菌的抑制率为44.2%。离体培养试验证明,La菌对于Cu、 Cd的耐性均强于Pt菌。在0-50 mg/L Cu和0-10 mg/L的Cd处理下,Pt菌和La菌对BDE-209的降解均不受影响。Pt和La菌对BDE-209的降解率均随Cu和Cd处理浓度的提高而降低。当外源添加200 mg/L Cu处理10天,Pt菌和La菌对BDE-209的降解率分别为19.4%和11.9%;在外源50 mg/L Cd处理10天,Pt菌和La菌对BDE-209的降解率分别为15.2%和6.26%。说明Pt菌在高浓度Cu和Cd胁迫下对BDE-209的降解能力强于La菌。因为Pt菌本身的降解能力就高于La菌,所以即使受到高浓度的Cu和Cd抑制,Pt菌也能维持一定的降解率。细胞色素P450参与了许多异源化合物在真菌体内的代谢过程。本文研究了细胞色素P450抑制剂1-氨基苯并三唑(1-ABT)对Pt菌和La菌降解BDE-209的影响,发现1-ABT对Pt和La菌降解BDE-209均没有影响。对于Pt和La菌的BDE-209降解机理还有待进一步研究。通过外生菌根真菌接种黑松幼苗试验发现,La和Cg接种会显著提高植物根部、茎部、针叶中的生物量。同时La和Cg接种会促进BDE-209在植物根部和针叶中的积累,且La菌根化植物周围土壤中,BDE-209含量最低,说明La菌丝对土壤中BDE-209的降解作用强于Cg菌和不接菌的植物。
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