近几个世纪以来，工业化生产的迅速发展和人口的不断增长使得土壤污染迅速增加。多环芳烃(PAHs)是一类广泛分布于土壤、水体及大气环境中的持久性有机污染物，具有致畸、致癌或致突变作用，是美国国家环保局(EPA)优先控制的污染物之一。PAHs的低水溶性与生物富积性特点导致PAHs易在生物体内富积，并通过食物链迁移从而最终危及人体健康。土壤是PAHs主要富积地，PAHs土壤污染是世界性的环境问题，开展PAHs土壤污染风险评价与控制对策研究意义重大。植物是陆地生态系统的主要组成部分，利用植物评估污染土壤的生态风险具有简单易行的特点。植物蛋白及解毒酶等都准确的显示土壤污染的早期环境变化。物理、化学与生物方法均能对PAHs污染土壤进行修复，但植物修复是一种最经济与环境友好的去除污染土壤PAHs的方法，应用前景广阔。然而，植物是如何吸收多环芳烃、多环芳烃在植物体内是如何转运及矿化脱毒的过程与机理还不清楚，植物吸收累积对土壤多环芳烃的去除贡献研究较少，寻找多环芳烃高效降解植物修复蛋白也是一个挑战。因此，开展对多环芳烃污染土壤生态毒性的风险评估及植物修复机理研究已成为目前亟待解决的科研课题。　　 本文以多环芳烃菲芘为目标污染物，通过种子萌发试验与植物早期生长试验，探讨了多环芳烃污染土壤的生态毒性风险评价方法与指标；开展了多环芳烃污染土壤的植物修复机理与技术研究，包括不同植物修复效率比较、高效修复植物的筛选、多环芳烃在植物体内的累积规律、多环芳烃在植物体内的代谢途径及植物修复相关蛋白研究。主要研究结论如下：　　 1多环芳烃污染土壤的生态毒性评价　　 本研究以高等植物种子萌发抑制率与植物生长的生理生化指标进行土壤污染生态毒理效应研究。通过室内模拟试验，研究水稻种子发芽率、水稻苗期叶绿素含量、MDA、SOD及POD酶活性的变化与芘污染的剂量-效应关系。结果表明，随着处理浓度的增加，总叶绿素与叶绿素a含量均显著降低。叶绿素b的变化不显著，只是高浓度处理时略有下降。叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均与芘处理浓度呈显著线性负相关。芘胁迫浓度增加导致水稻叶片与根系中的MDA含量升高，但低浓度处理时MDA增加较快。低浓度(<300μg/L)芘胁迫对水稻叶片及根系SOD具有诱导激活作用，且根系强于叶片。高浓度芘(>300μg/L)胁迫时，SOD活性被抑制。POD活性变化与SOD酶相似，低浓度芘处理对水稻体内POD具有激活作用；POD酶在高浓度芘胁迫时被抑制。芘对水稻叶片、根系的丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等酶活性的抑制率符合有机污染物生态毒理剂量-反应曲线模型。芘对水稻叶片与根系的SOD具有明显抑制作用，对水稻MDA具有促进作用，二者均呈显著线性关系；水稻叶片与根系POD与芘胁迫浓度呈线性负相关，但不显著。说明水稻叶片与根系的SOD活性与MDA含量变化可以作为芘污染的评价指标；芘的浓度变化对POD活性变化不大，POD活性只可作为芘污染诊断评估的参考指标，不可作为主要指标。　　 2多环芳烃污染土壤中植物修复效率研究　　 植物对菲芘的去除效果明显，60天试验完成后，玉米生长的土壤中平均有84.16％的菲与84.74％芘被去除。不同植物对菲芘污染土壤的修复效果不同，玉米、三叶草与黑麦草对污染土壤中菲的去除在低浓度时差异不显著，在高浓度时差异较显著，玉米的修复效率最高；芘的修复情况与菲稍有差别，低浓度处理时，三叶草对污染土壤中芘的去除率较好，但随着土壤中芘浓度的增加，玉米对污染土壤中芘的去除率逐渐升高，到高浓度T5(365.4 mg/kg)处理时，这种差异已达显著程度。玉米、三叶草与黑麦草均能在高浓度多环芳烃污染土壤中正常生长，表明用植物修复多环芳烃污染土壤是一种可行的方法。　　 3多环芳烃在植物体内的累积与代谢途径探讨　　 植物能明显的吸收与累积污染土壤中菲和芘，并随土壤菲芘含量的增加而增大。不同植物对多环芳烃的富积能力不同，玉米最高，其次是三叶草与黑麦草。植物不同部分对多环芳烃的富积能力不同，根系大于叶片。菲累积量最高的是黑麦草根系，玉米与三叶草其次；而芘的富积量则是玉米最高，其次是黑麦草与三叶草。生物富集因子(BCFs)随着土壤菲芘含量的增加而减小，且芘的生物富集因子大于菲。植物根系菲的生物富集因子(RCFs)差异不显著；芘的生物富集因子最高是玉米根系，均大于2，平均达3.61；其次是黑麦草，再次是三叶草。表明玉米根系对芘的富积能力最强，黑麦草与三叶草其次。玉米对菲的传输能力要远高于黑麦草与三叶草；三叶草对芘的传输能力高于黑麦草与玉米。　　 芘在玉米体内被降解，降解产物为2-丁基萘(或1，2-二苯基羧酸)、1-甲基-4已基环己二烯(3、7二甲基-1，3，6辛三烯)与1-甲基-3已基苯。降解途径可能有两条。　　 4多环芳烃植物修复相关蛋白研究　　 本研究表明蛋白质组学技术可以分析环境条件变化与植物蛋白关系。用2D-PAGE结合MS技术详细的分析了芘处理一周后玉米叶片与根系蛋白的变化，与对照相比，芘处理后玉米叶片总共有54个蛋白被诱导。根据其分子量、等电点及表达丰度，大约有20个感兴趣的蛋白点被作了详细的分析，其中有15个蛋白点被上调，5个蛋白点是新出现的。用MALDI-TOF分析了6个感兴趣的不同的分子量的蛋白点，经Mascot数据库分析比对发现，有4个点没有匹配，有两个点分别被鉴定为磷酸激酶与Robisco羧化加氧酶的一个大亚基。玉米根系有28个蛋白质点被重点考察，其中有14个明显上调的蛋白质点，6个下调，4个新蛋白点，4个蛋白点丢失。对玉米根系10个蛋白点(点R1-2，点R8-9，点R17-19，点26-28)进行PMF分析，其中有4个点与蛋白数据库不相匹配，其余6个点(R1，R18-19，R26-R28)分别被鉴定为着丝点蛋白、热激蛋白、GTP-结合蛋白、2，6-二磷酸果糖激酶、P450、磷酸激酶(表6-5)。本研究发现了芘植物修复新的相关蛋白，表明蛋白质组学是研究多环芳烃植物修复的重要新工具。　　 5多环芳烃污染土壤的植物修复技术研究　　 植物修复在去除菲芘污染土壤方面显示了巨大的潜力。在大约2个月的试验时间里，四环的芘要比三环的菲难去除。虽然单一植物也能去除污染土壤的菲和芘，但植物共培养对难降解土壤结合残留菲芘的修复效果更好。与单一植物相比，植物共培养对污染土壤芘的去除速率更快，去除效率更高，在玉米与黑麦草处理的土壤中，共培养植物大约去除了98.22％的菲与95.81％的芘。不同种类多环芳烃在植物修复土壤中的降解半衰期不同。菲的半衰期较短，通常10天左右；芘的半衰期因处理方式不同差异较大，单一种植玉米与三叶草的污染土壤中，芘的半衰期大约为30天左右；种植黑麦草土壤中，芘的半衰期大约为40天左右；而玉米与三叶草、或玉米与黑麦草共培养的土壤中，芘的半衰期要明显的缩短，大约只有10天左右。共培养植物修复是一种快捷、高效的去除土壤多环芳烃的方法，是多环芳烃污染土壤植物修复的首选推荐方法。