【摘要】：東北地區(qū)是我國玉米種植的主要地區(qū),阿特拉津作為玉米農田中常用的除草劑,由此導致大量的阿特拉津進入東北黑土農田生態(tài)系統(tǒng),對黑土質量構成極大的威脅。如何在保證農業(yè)生產的同時又安全有效的解決殘留于土壤環(huán)境中的阿特拉津,消除其對環(huán)境潛在威脅已成為亟待解決的問題。目前,原位生物修復法被認為是去除土壤中阿特拉津最為有效的方法。此外,相關研究報道,土壤中重要的組成部分—腐殖酸作為一種天然表面活性劑在調節(jié)微生物的活性功能方面具有一定的作用。針對上述現實問題與研究進展,本文在探討腐殖酸強化實驗室前期所分離的菌株DNS10降解阿特拉津的生物學機制的基礎上,重點構建并優(yōu)化含有腐殖酸的功能菌株菌劑制備載體材料,并深入探討了功能菌劑的農田原位環(huán)境中的應用技術,以期為阿特拉津污染農田土壤的原位生物修復提供必要的技術支撐與理論基礎,主要的研究內容與相應結論概括如下:本文著重研究了阿特拉津降解菌株DNS10對于外源腐殖酸添加的響應特征。測定了不同添加量(100 mg·L~(-1)-800 mg·L~(-1))腐殖酸對菌株DNS10生長以及降解能力的影響。在此基礎上,采用相對定量PCR的方法考察了腐殖酸對于菌株DNS10降解基因表達量的調控規(guī)律。研究結果表明,腐殖酸添加能夠促進降解菌DNS10的生長并提高菌株對阿特拉津的降解速率。當腐殖酸添加濃度達到400 mg·L~(-1)時,菌株DNS10能夠在36 h就能夠將溶液中初始濃度為100 mg·L~(-1)的阿特拉津完全降解。而未添加腐殖酸的對照處理經過48 h培養(yǎng),溶液中仍有15.82%的阿特拉津剩余(阿特拉津初始濃度為100 mg·L~(-1))。腐殖酸能夠促進菌株DNS10中阿特拉津降解基因表達,經過36 h的培養(yǎng),投加腐殖酸的處理中降解trz N的表達量較空白處理相比最高可提升了6.58倍。采用RNA-Seq測序技術,考察腐殖酸添加前后菌株DNS10關鍵功能基因轉錄差異情況,進而探討腐殖酸添加對菌株DNS10的GO功能以及基因KEGG pathway產生的影響。結果表明:腐殖酸添加后,菌株DNS10內共有140個基因的表達量出現差異。其中上調基因78個,下調基因62個。對差異基因進行GO富集分析,發(fā)現“精氨酸生物合成”、“谷氨酰胺家族氨基酸生物合成”以及“精氨酸代謝”的相關基因發(fā)生上調,這可能有助于提高菌株對于阿特拉津耐受能力,促進細菌生長。KEGG富集分析結果與GO富集分析結果一致。為了將降解菌應用于實際土壤修復過程中,構建并優(yōu)化對降解菌能夠起到保護作用的載體。選用凹凸棒土、膨潤土以及廉價高腐殖酸含量的草炭土為載體材料,采用正交實驗法構建并優(yōu)化菌株DNS10的載體材料配比。結果表明:當載體配比為草炭土1.0:凹凸棒土0.5:膨潤土1.0(A2B2C3)時,室溫放置30 d后菌株存活率最高(68.48%)。此外,上述配比載體對菌株DNS10表現出較好的紫外條件保護作用,經紫外線照射80 min后,載體中功能菌株存活率仍能保持60%以上。選擇效果較好的兩種處理以及菌液進行土壤修復處理,以A2B2C3比例構建菌劑材料投加土壤后,土壤中阿特拉津生物降解最快,28 d時降解率可達95.89%。通過對土壤中atz B和atz C定量研究發(fā)現,A2B2C3組添加后,atz B和atz C表達情況優(yōu)于其他處理。采用盆栽培養(yǎng)方式,分別研究玉米在未污染土壤(空白處理)、阿特拉津污染土壤(污染處理)以及添加修復菌劑污染土壤(修復處理)中生長、葉綠素含量、葉片MDA含量以及阿特拉津在體內分布情況。結果表明,經過21 d的培養(yǎng),污染處理玉米幼苗生物量明顯低于空白處理,而修復處理與空白處理無明顯差異。阿特拉津會降低玉米幼苗葉片葉綠素含量產生影響,21 d時污染處理葉片中葉綠素含量與空白和修復相比分別降低了4.58%和3.32%,其對葉綠素a影響更為明顯,僅為空白和修復處理含量的87.59%和94.67%。各處理玉米根和葉中阿特拉津積累量大于莖,修復處理中各部分阿特拉津含量均低于污染處理。與污染處理相比,修復處理根、莖和葉中阿特拉津含量分別降低了22.29%、43.21%以及31.82%。以前期優(yōu)化的草炭土、凹凸棒土和膨潤土為主要基質,以除草劑阿特拉津降解菌DNS10為活性成分所制備出的微生物菌劑在農田土壤中作為追肥施用后,可增加土壤處理中長殘留除草劑阿特拉津的消減速率,同時顯著的增加玉米的產量,其中菌劑投加量為10 kg·畝~(-1)時,其增產效果最顯著,產量增幅達13.92%。此外,微生物菌劑還能夠增加有機質、銨態(tài)氮以及速效鉀等土壤養(yǎng)分含量。通過純培養(yǎng)方式,發(fā)現微生物菌劑在提升作物產量的同時,還能明顯的改變農田土壤中的微生物區(qū)系,顯著的增加土著關鍵功能微生物,如固氮細菌、氨氧化細菌和硝化細菌等參與土壤氮素循環(huán)的關鍵微生物的數量。與未投加菌劑的土壤相比,上述功能細菌可培養(yǎng)數量在玉米收獲期最多分別增加了266.67%、190.91%以及520.75%。采用高通量技術研究菌劑對于土壤微生物群落結構影響,發(fā)現菌劑能夠提高土壤細菌群落結構多樣性,門水平下土壤中主要菌群Proteobacteria(變形菌門)、Acidobacteria(酸桿菌門)、Actinobacteria(放線菌門)、Bacteroidetes(擬桿菌門)、Firmicutes(厚壁菌門)、Planctomycetes(浮霉菌門)、Lactococcus_piscium(芽單胞菌門)以及Chloroflexi(綠彎菌門)。阿特拉津添加后,土壤中厚壁菌門所占比例明顯增加。PCA分析結果表明造成微生物群落結構改變的主要因素可能是阿特拉津以及菌劑的添加。
【圖文】：

阿特拉津化學結構式Fig.1-1atrazinechemicalstructure

微生物代謝阿特拉津常見路徑Fig.1-2Commonmetabolizepathofatrazinebymicroorganism
【學位授予單位】：東北農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X53;X172

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王文煥;金明琴;代明慧;;除草劑對青貯玉米產量和品質的影響[J];黑龍江畜牧獸醫(yī);2016年18期

2 王梅;;我國土壤污染問題現狀及防治措施分析[J];科技傳播;2016年17期

3 史春;;防治土壤污染 須先摸清家底[J];中國環(huán)境監(jiān)察;2016年06期

4 周際海;黃榮霞;樊后保;田勝尼;李宗勛;姜偉;李特;高琪;;污染土壤修復技術研究進展[J];水土保持研究;2016年03期

5 邵佳;;環(huán)境中阿特拉津的處理技術研究進展[J];中國環(huán)境管理干部學院學報;2016年03期

6 王煒煒;田麗;楊明;;我國土壤污染成因分析與防治對策研究[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2016年05期

7 賈小飛;崔穎;李勇;;我國污染土壤修復研究現狀分析[J];科技創(chuàng)新與應用;2016年04期

8 段淇斌;姚拓;韓華雯;柴曉虹;;利用幾種固體農業(yè)廢棄物配制生物肥料載體的研究[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2016年01期

9 滕應;;污染土壤的微生物修復技術及應用[J];高科技與產業(yè)化;2015年09期

10 王立輝;嚴超宇;王浩;張翔宇;;土壤汞污染生物修復技術研究進展[J];生物技術通報;2016年02期

相關會議論文 前2條

1 陳建軍;何月秋;祖艷群;李元;;除草劑阿特拉津的生態(tài)風險與植物修復研究進展[A];第三屆全國農業(yè)環(huán)境科學學術研討會論文集[C];2009年

2 李躍鵬;尹華;葉錦韶;;外源菌對土壤中鎘賦予形態(tài)及微生物多樣性的影響[A];第六屆全國環(huán)境化學大會暨環(huán)境科學儀器與分析儀器展覽會摘要集[C];2011年

相關博士學位論文 前7條

1 閆超;水稻秸稈還田腐解規(guī)律及土壤養(yǎng)分特性的研究[D];東北農業(yè)大學;2015年

2 劉威;阿特拉津對地表飲用水源水質影響評價及毒理研究[D];東北師范大學;2015年

3 俞文榜;基于轉錄組的枯草桿菌響應細胞外信號機制研究[D];華東理工大學;2013年

4 王軍;莠去津對土壤微生物群落結構及分子多樣性的影響[D];山東農業(yè)大學;2012年

5 王萍;黑炭對菲的土水界面行為及土壤微生物群落結構的影響[D];浙江大學;2012年

6 周博如;阿特拉津降解菌的分離、鑒定及特性研究[D];東北林業(yè)大學;2011年

7 劉娜;地下水中阿特拉津污染的原位生物修復研究[D];吉林大學;2006年

相關碩士學位論文 前9條

1 馬兵兵;阿特拉津對抗性植物狼尾草典型生理特征的影響[D];東北農業(yè)大學;2016年

2 孫貝麗;電子垃圾拆解場地土壤中重金屬—多氯聯苯的同步洗脫研究[D];華南理工大學;2015年

3 陳德純;阿特拉津和毒死蜱單一及聯合暴露對鯉魚免疫器官自噬的影響[D];東北農業(yè)大學;2014年

4 屈夢雄;阿特拉津在東北凍融土壤中的吸附降解行為研究[D];大連理工大學;2014年

5 孫雪瑩;寡營養(yǎng)條件下阿特拉津降解菌株篩選及降解途徑研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

6 郭火生;阿特拉津降解菌DNS32的降解機理及其環(huán)境響應特征[D];東北農業(yè)大學;2012年

7 朱崗輝;強化蜈蚣草富集砷的微生物菌劑開發(fā)及修復應用[D];南京農業(yè)大學;2011年

8 冉淦僑;防治青枯病工程菌Hrp~-菌株的發(fā)酵條件優(yōu)化和固體劑型研究[D];中國農業(yè)科學院;2009年

9 鄭曉寧;阿特拉津降解菌ADX10的分離、鑒定及其降解特性的研究[D];南京農業(yè)大學;2007年

，

本文編號：2655576