球囊霉素相关土壤蛋白在土壤中的分布及与PAHs的结合作用

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xin__yonghu
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当前,我国土壤污染问题严重。多环芳烃(PAHs)已成为我国土壤中常见的一类高风险有机污染物,土壤污染后,PAHs可通过土壤一植物系统进入食物链,严重威胁人群健康和生态安全。如何修复PAHs污染土壤、减低植物污染风险?这是当前国内外环境领域迫切需要着力解决的重大科技问题之一。已往研究表明,接种从枝菌根真菌(AMF)可减低植物地上部PAHs含量、提高PAHs污染土壤的根际修复效率,但对于其内在机制,国内外仍缺乏了解。球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)是由AMF菌丝产生并脱落进入土壤中的一类糖蛋白,可改善土壤通透性、提高土壤团聚体的稳定性、利于植物生长。但迄今,GRSP在土壤中的分布及与PAHs的作用关系国内外仍了解甚少,阐明这一问题,对于揭示AMF影响植物吸收PAHs和促进土壤中PAHs降解的本质有重要意义。本文研究了不同土地利用方式下土壤中GRSP的含量差异及垂直分布特征;采用温室盆栽实验方法,分析了接种AMF对PAHs污染土壤中植物生长和GRSP含量的影响;初步探讨了 GRSP与菲的结合作用。取得的主要成果如下:(1)研究了不同土地利用方式下土壤中GRSP含量及剖面分布特征。以南京市黄棕壤为例,采集了 5种土地利用方式(林地、草地、水稻田、茶园土和菜园土)下土壤样品,测得供试土壤中总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量为1.96~3.12 mg·g-1,占土壤有机碳量的12.5%~29.0%,所占比例随土壤有机碳含量的增加而降低。相对于人为扰动较少的林地和草地,3种耕作土壤中T-GRSP和易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)含量低,0~40cm土层中T-GRSP含量随着土层深度增加而降低,EE-GRSP未表现出显著的垂直分布规律;土壤中T-GRSP含量与土壤有机碳含量极显著正相关,与土壤pH值显著负相关,EE-GRSP与土壤有机碳含量呈极显著负相关。(2)分析了 AMF对PAHs污染土壤中植物生长和GRSP含量的影响。供试AMF为密色无梗囊霉(A.s)、摩西球囊霉(G.m)、根内球囊霉(G.i)、幼套球囊霉(Ge)、缩球囊霉(Gc),供试植物为紫花苜蓿。接种AMF促进了植物茎叶和根的生长,但不同AMF对植物生物量的促进程度存在差异。其中G.i组促进效果最佳,A.s组效果最弱。随着培养时间延长,不接种AMF对照组(CK)和接种Gi组的土壤中EE-GRSP和T-GRSP含量增大,G.i组EE-GRSP和T-GRSP含量为4.13和2.13 mg·g-1,分别是30d时二者含量的3.93和4.65倍。90d时,各处理土壤中T-GRSP和EE-GRSP含量大小有相同的趋势,均表现为G.i>G.e>G.m>G.c>A.s>CK,G.i组EE-GRSP含量为1.33 mg·g-1,是对照组含量(0.79mg-g-1)的1.7倍,A.s组含量最低,为0.87mg-g-1。Gi、G.e、G.m、G.c 和 A.s 组产生的 T-GRSP 含量分别为 4.61、4.07、3.27、3.46 和 2.90 mg·g-1,对照组含量为2.30 mg·g-1,其中G.i组是对照组含量的2倍,A.s组含量略高于对照组。接种AMF能增加植物对土壤中菲的积累,其中G.i组植物体内菲含量高于另外4种AMF处理。接种AMF提高了 土壤中PAHs的去除效率,其中,G.i组和G.c组处理的土壤中菲的降解率均在97%以上,A.s组的菲降解效果最差。侵染率、T-GRSP和植物体内菲含量均与土壤中菲残留含量显著负相关,T-GRSP分别与侵染率正相关、与植物中菲含量显著正相关。(3)初步探讨了水中GRSP与菲的结合规律。GRSP对菲的结合等温线能用Langmuir方程较好地拟合,结合属于单分子层结合模式。水溶液中GRSP对菲的结合量随时间的延长而逐渐增加,24 h后结合基本达到平衡,结合过程符合准二级动力学模型,平衡结合量为44.26 μ·mg-1。溶液pH值对GRSP结合菲有较大影响,当溶液pH=4时,菲的平衡结合量最小;随着溶液酸性减弱,菲的结合逐渐增强,当pH=6时,GRSP对菲的结合量达到最大54.19μg·mg-1,当pH超过7后,随着溶液碱性的增强,结合量逐渐减小。溶液中Ca2+浓度越大,菲的结合量越小。
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