土壤蚓觸圈中DDT的降解過程及機理研究.pdf

1、滴滴涕（DDT）作為有機氯農(nóng)藥的代表，在20世紀曾被廣泛使用。因其持久性、生物富集性、高毒性和長距離遷移性的特點，DDT的降解轉(zhuǎn)化一直是研究者關(guān)注的焦點和難點。加之近年來三氯殺螨醇和防污漆的使用，DDT引發(fā)的環(huán)境問題仍然非常嚴峻。課題組前期發(fā)現(xiàn)壯偉環(huán)毛蚓（Amynthas robustus Perrier，A.robustus）能夠促進土壤DDT降解，但機理不明確。因此本研究以此為背景，通過建立土壤柱和室內(nèi)微宇宙模擬實驗，以蚓觸圈為研究

2、重點，利用末端限制性片段長度多態(tài)性分析（T-FRLP）、穩(wěn)定同位素探針（DNA-SIP）和高通量測序（HTS）等技術(shù)，揭示了A.robustus及其蚓觸圈對DDT降解路徑的影響及其微生物學(xué)機理，從而為DDT污染土壤修復(fù)新技術(shù)的發(fā)展提供一定理論依據(jù)。主要結(jié)果和結(jié)論如下：
　?。?）通過滅菌/未滅菌及添加A.robustus/未添加A.robustus的土壤柱培養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)土著微生物和A.robustus在DDT的降解中都具有重要的作

3、用。滅菌土壤中DDT殘留量在前6周一直高于95％，而自然土壤中DDT的殘留量在整個培養(yǎng)過程中均顯著低于滅菌土壤。添加A.robustus的滅菌和自然土壤中DDT的殘留量在培養(yǎng)的第4周、8周和14周低至DDT初始含量的75%、50%和25%。該結(jié)果說明生物降解是土壤DDT消減的主要方式，A.robustus對土壤DDT降解具有直接作用。
　?。?）通過測定與分析土壤柱培養(yǎng)實驗中空白土壤（CK）、對照土壤（Bulk）、穴壁土（Burr

4、ow）、蚓糞（Cast）和腸道內(nèi)容物（Gut）基質(zhì)中的DDT及其代謝產(chǎn)物（DDTs）含量，發(fā)現(xiàn)蚓觸圈是土壤DDT降解的“熱區(qū)”，A.robustus形成的蚓觸圈能顯著提高土壤DDT降解速率，并影響DDT的降解途徑。A.robustus通過腸道的消化作用促進DDT和DDE的還原脫氯反應(yīng)生成DDD和DDMU，通過挖掘形成通氣性良好的穴壁促進土壤DDT脫氯化氫轉(zhuǎn)化為DDE。
　?。?）通過進一步研究非蚓觸圈和蚓觸圈基質(zhì)的化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)

5、，發(fā)現(xiàn)A.robustus可顯著改善土壤性質(zhì)從而促進DDT降解。蚓觸圈基質(zhì)的pH隨培養(yǎng)時間呈上升趨勢，Cast中pH值達到5.85；蚓觸圈基質(zhì)中有機碳含量、水溶性有機碳含量、熱水溶性有機碳含量均顯著高于非蚓觸圈基質(zhì)；蚓觸圈中胡敏素含量和微生物生物量碳氮含量隨培養(yǎng)時間逐漸提高?；谏鲜龌瘜W(xué)及生物學(xué)性質(zhì)的典范對應(yīng)分析（CCA）結(jié)果表明，蚓觸圈較高的土壤pH和有機代謝底物活性是影響其中DDTs生物降解較快的主要因子。
　?。?）為了進一

6、步明確A.robustus促進DDTs降解的微生物機理，選用非蚓觸圈和蚓觸圈基質(zhì)進行微宇宙培養(yǎng)實驗。結(jié)果表明，CK、Bulk、Burrow、Cast和Gut中微生物種類和相對豐度均差異較大。CK和Bulk中的優(yōu)勢種群相近，主要來自綠彎菌門（Chloroflexi）。Burrow、Cast和Gut中相對豐度較高的微生物主要來自變形菌門（Proteobacteria）。隨著培養(yǎng)時間延長，各基質(zhì)中的優(yōu)勢種群趨于統(tǒng)一，以unclassified

7、 Sporolactobacillaceae為主。與CK、Bulk、Burrow和Cast相反，A.robustus腸道微生物群落的Shannon多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Species豐富度指數(shù)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)均隨培養(yǎng)時間顯著增高。CCA分析結(jié)果表明A.robustus腸道微生物可以顯著促進DDTs的降解，微生物群落的優(yōu)勢度和微生物群落組成是影響土壤中DDTs降解最顯著的因素。
　?。?）利用SIP聯(lián)合HTS

8、技術(shù)，鑒定出CK、Bulk、Burrow、Cast和Gut中共有11種主要功能微生物參與了DDTs的開環(huán)降解，主要來自放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）和Proteobacteria。CK土壤中主要的功能微生物為Streptomyces、Bacillus和unclassified Bacillaceae；Bulk土壤中主要的功能微生物是Dermacoccus

9、、unclassified Bacillales和other Bacillaceae；Burrow中主要的功能微生物是Dermacoccus、Brevibacterium和unclassified Bacillales；Cast中主要的功能微生物是Dermacoccus、unclassifiedXanthomonadaceae和 unclassified Bacillales；Gut中主要的功能微生物是Streptacidiphilus

10、和Candidatus Solibacter。上述結(jié)果表明，非蚓觸圈和蚓觸圈基質(zhì)環(huán)境中DDTs的降解微生物存在較大差異，DDT開環(huán)降解的功能微生物主要屬于Actinobacteria。A.robustus通過蚓觸圈的特殊性質(zhì)刺激DDTs降解功能微生物Dermacoccus，從而強化DDTs的降解。
　　因此，A.robustus通過形成蚓觸圈顯著提高了土壤的pH和有機碳活性，改變了微生物群落結(jié)構(gòu)，提高了功能微生物的相對豐度，從而提