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土壤多环芳烃原位污染及其耐受细菌群落结构和降解特性的研究

作　者: 陈怀海
导　师: 徐建明
学　校: 浙江大学
专　业: 农业资源利用
关键词: 多环芳烃植物根际作用分级提取法毒性当量因子群落结构 PCR-DGGE 降解特性
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

多环芳烃是自然界,尤其是土壤中广泛存在的一类持久性有机污染物,其“三致”效应和生物毒性对人类的生存危害极大。本文选取江苏省无锡市锡山区某锻造厂附近被工厂排放的烟尘长期污染的农地作为研究对象,首先分析了土壤多环芳烃的原位污染特征；其次采用分级提取法分析了不同植物种类和植物根际作用对土壤中可提取态和有机质结合态多环芳烃含量的影响,并结合毒性当量因子评价了多环芳烃的致毒效应；第三采用PCR-DGGE技术研究了多环芳烃污染土壤和多环芳烃富集菌群的细菌群落结构,通过克隆和测序,鉴定了细菌的种类；最后探讨了多环芳烃耐受菌群对以菲和芘为代表的多环芳烃的降解特性。(1)实验结果证明,污染地区土壤的多环芳烃含量较高,显著高于欧洲和美国现行的土壤多环芳烃污染标准。该采样点农地土壤长期被附近工厂排放的烟尘污染,因此土壤中的多环芳烃最可能是来源于工厂里煤炭的燃烧。(2)分级提取法测定土壤中多环芳烃含量的结果表明,所有溶剂可提取态组分中,以二氯甲烷可提取态多环芳烃组分为主,而结合态多环芳烃组分中则以粗腐殖质结合态多环芳烃组分为主,且这两种组分在根际土壤中的含量明显低于非根际土壤。并且,对于非根际土壤来说,不同植物之间,分级提取得到的多环芳烃浓度差异明显,尤其是可提取态组分中的正丁醇可提取态以及二氯甲烷可提取态多环芳烃组分。而根际作用的影响相对较小。同一种植物根际与非根际土壤之间的分级提取结果差异不大(3)根际土壤中多环芳烃的毒性当量浓度(TECs)显著低于非根际土壤,粗腐殖质可提取态组分所占的比重也有显著降低,表明毒性当量因子大的大分子量多环芳烃可能因为分子直径大而不容易进入粗腐殖质。并且,应用了毒性当量因子后,不同植物间毒性效应的差异也变得更大。(4)虽然土壤中多环芳烃浓度的很高,但是植物组织中多环芳烃含量很低,说明植物对多环芳烃的富集能力可以忽略不计,最小二乘回归分析结果说明,植物中的多环芳烃含量与土壤中腐殖质结合态多环芳烃的含量相关性最高。(5)通过PCR-DGGE技术,发现土壤中的微生物群落十分丰富,根际微生物的群落结构多样性要大于非根际微生物的群落结构多样性。聚类分析结果表明,土壤的根际作用显著影响了土壤微生物的群落结构组成。经过了多环芳烃富集驯化后,具有代谢降解多环芳烃能力的细菌群落的多样性明显少于土壤微生物群落的多样性。聚类分析结果表明,与之前土壤微生物群落结构的结论相反,植物的种类对土壤多环芳烃耐受菌群群落结构的影响大于土壤的根际作用。(6)DGGE条带测序结果显示,多环芳烃耐受菌分属于厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形细菌门(Proteobacteria),包括Alpha-, Beta-和Gamma-proteobacteria三个纲等9个属。纯菌的测序结果显示,9株纯菌分属于厚壁菌门(Firmicutes)、β变形细菌门(Betaproteobacteria)和γ变形细菌门(Gammaproteobacteria)的5个属。(7)大豆根际土壤的多环芳烃耐受菌群对菲和芘的降解研究结果显示,在10-14天内,耐受菌群能高效利用菲和芘作为唯一碳源而降解高分子量多环芳烃,降解率高达98%。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-13
第1章文献综述  13-27
  1.1 引言  13-16
  1.2 分级提取法测定土壤多环芳烃污染状况  16-19
    1.2.1 分级提取法  16-17
    1.2.2 毒性当量因子  17-18
    1.2.3 多环芳烃在植物-土壤间的迁移转化  18-19
  1.3 耐受菌的群落分析及其降解特性研究  19-25
    1.3.1 多环芳烃耐受菌的群落结构  20-21
    1.3.2 代谢底物对多环芳烃耐受菌群群落结构的影响  21-23
    1.3.3 多环芳烃耐受菌的代谢途径  23
    1.3.4 多环芳烃耐受菌代谢污染物的基因蛋白水平  23-25
  1.4 论文研究意义与技术路线  25-27
第2章土壤多环芳烃原位污染研究  27-42
  2.1 土壤多环芳烃原位污染分析  27-31
    2.1.1 样品来源  27-28
    2.1.2 试剂  28
    2.1.3 测定方法  28
    2.1.4 试验结果与分析  28-31
  2.2 土壤多环芳烃原位污染及致毒效应的评价  31-39
    2.2.1 土壤样品  31
    2.2.2 试剂  31
    2.2.3 测定方法  31-34
    2.2.4 统计分析方法  34
    2.2.5 试验结果与分析  34-39
  2.3 讨论  39-42
第3章土壤多环芳烃耐受菌群落结构及其降解特性研究  42-59
  3.1 土壤多环芳烃耐受菌群的富集驯化和分离纯化  42-44
    3.1.1 土壤样品  42
    3.1.2 试剂  42
    3.1.3 培养基  42-43
    3.1.4 试验方法  43
    3.1.5 实验结果  43-44
  3.2 土壤多环芳烃耐受菌群的鉴定  44-54
    3.2.1 试剂盒  44
    3.2.2 土壤总DNA的提取  44
    3.2.3 多环芳烃耐受菌群富集培养液和纯菌DNA的提取  44-45
    3.2.4 纯菌的16S rDNA基因的PCR扩增  45-46
    3.2.5 土壤总DNA和混菌DNA的16S rDNA基因V3区域的PCR扩增  46
    3.2.6 16S rDNA基因V3区PCR产物的变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析  46-47
    3.2.7 PCR产物的克隆  47
    3.2.8 克隆产物的测序  47
    3.2.9 系统发育分析  47-48
    3.2.10 试验结果与分析  48-54
  3.3 土壤多环芳烃耐受菌群对菲、芘降解特性的研究  54-56
    3.3.1 试验材料  54
    3.3.2 试剂  54
    3.3.3 培养基  54
    3.3.4 试验方法  54-55
    3.3.5 实验结果与分析  55-56
  3.4 讨论  56-59
第4章总结与展望  59-61
  4.1 总结  59-60
  4.2 展望  60-61
参考文献  61-70
致谢  70-71
硕士期间完成的学术论文  71

土壤多环芳烃原位污染及其耐受细菌群落结构和降解特性的研究

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