摘要
多环芳烃(Polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs)是一类污染土壤中多见的难降解有机污染物，可通过土壤-作物系统迁移并经食物链危害人体健康。以往研究表明，植物根系分泌物在PAHs污染土壤的根际修复中起重要作用:根系分泌物可改变土壤中PAHs生物有效性，也可为土壤微生物提供营养、影响PAHs微生物降解。微生物群落结构是影响根际修复效率的一个关键因素，而PAHs降解基因丰度可作为衡量根际微生物降解能力的一个关键指标。然而，根系分泌物对PAHs污染土壤中细菌群落结构和PAHs降解基因丰度有何影响？国内外对此仍缺乏了解。 本文以萘、菲、芘为PAHs代表物，选用配制的模拟根系分泌物和收集的黑麦草根系分泌物为外源添加物，研究了根系分泌物对污染土壤中萘、菲、芘降解的影响;选用nidA、nahAc、phe等PAHs降解基因为目标基因，利用荧光定量PCR技术，揭示了土壤中PAHs降解基因对外源根系分泌物的响应规律;通过高通量测序技术，分析了根系分泌物对PAHs污染土壤中细菌群落结构的影响。主要研究成果如下: (1)阐明了根系分泌物对土壤中萘、菲和芘降解的影响。 模拟或实际根系分泌物总体上促进了土壤中萘、菲和芘的降解，土壤中ΣPAHs去除率随根系分泌物浓度增加呈先上升后下降趋势。向土壤中添加10-1000mgkg-1模拟根系分泌物，经32天培养后，土壤中萘、菲和芘去除率分别提高7.70％、24.01％和23.45％;其中添加200mgkg-1模拟根系分泌物的土壤中ΣPAHs去除率最高，比不添加对照提高29.47％。向土壤中添加10-100mgkg-1实际根系分泌物，经32天培养后，土壤中萘、菲和芘去除率分别提高25.08％、37.64％和26.95％;其中添加50mgkg-1实际根系分泌物的土壤中ΣPAHs去除率最高，比不添加对照提高39.29％。 (2)揭示了土壤中PAHs降解基因对外源根系分泌物的的响应规律。 模拟或实际根系分泌物总体上提高了土壤中PAHs降解基因丰度。其中，培养第16天和第32天时，10-1000mgkg-1模拟根系分泌物显著提高了土壤中nidA、nahAc及phe基因丰度，在这两个采样时间点，nidA、nahAc及phe基因丰度最高可达6.98E+07copies/g·dws、1.89E+05copies/g·dws和2.04E+07copies/g·dws;10-100mgkg-1实际根系分泌物显著提高了土壤中nahAc和phe基因丰度，在这两个采样时间点，nahAc及phe基因丰度最高可达6.34E+05copies/g·dws和2.3E+07copies/g·dws。这些降解基因丰度与土壤中萘、菲、芘和ΣPAHs含量多呈负相关，表明降解基因丰度的提高可能是根系分泌物促进土壤中PAHs降解的主要原因之一。 (3)剖析了根系分泌物对PAHs污染土壤中细菌群落结构的影响。 模拟或实际根系分泌物影响了土壤细菌群落结构。Alpha多样性分析结果显示，32天时添加根系分泌物的土壤中细菌群落丰富度和多样性小于对照组，例如添加根系分泌物的土壤样品的ObservedOTUs指数和Shanon指数分别为1741和9.87，低于对照组的2258和10.15。Beta多样性分析（以PCoA分析为例）结果显示，随着根系分泌物浓度增加和培养时间延长，处理组与对照组之间的距离和结构差异增大，表明根系分泌物对细菌群落结构的影响提高。在细菌群落结构发生变化的同时，模拟或实际根系分泌物促进了部分已被报道的Gemmatimonas、Nocardioides、Arthrobacter和Pseudomonas等PAHs降解细菌的繁殖。其中，模拟根系分泌物显著促进了可能携带nidA基因的Nocardioides和Arthrobacter数量的增长，实际根系分泌物显著促进了可能携带nahAc降解基因的Pseudomonas数量的增长:表明降解菌群丰度的提高是根系分泌物促进土壤中PAHs降解的一个重要原因。
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