AMF-美人蕉共生系统降解水中阿特拉津特性的研究

发布时间：2020-07-16 00:28

【摘要】：阿特拉津是一种在农、林业上广泛应用的三嗪类除草剂,由于其使用时间长,具有土壤淋溶性,可以随地表径流进入水体,并且浸渗入地下水。作为一种潜在的人类致癌物质和内分泌干扰物质,阿特拉津在环境中的残留亟需修复方法的研发。植物修复是有机物污染环境修复的重要方法,但是作为除草剂的阿特拉津会抑制植物的生长,尤其在农药施用时期,由于降水等造成的农田退水中高浓度的阿特拉津严重影响植物的正常生长,进而削减植物修复的效率和影响植物修复的稳定性。为此,本研究采用丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)构建AMF-美人蕉共生系统,提高美人蕉的生长发育及抗逆性能,分析AMF-美人蕉共生系统对阿特拉津胁迫的响应过程,揭示AMF在共生系统中的关键界面作用,解析共生系统对阿特拉津的降解途径,为利用人工湿地修复阿特拉津污染水体提供技术支持。在美人蕉幼苗时期,通过接种菌剂的方式构建AMF-美人蕉共生系统,在共生系统建立初期,通过美人蕉的根系菌根侵染率、生长发育和光合作用,以及其对阿特拉津的去除效能几个方面的研究,结果表明,摩西管柄囊霉(Funnelliformis mosseae)和根内球囊霉(Rhizophagus intraradices)两种丛枝菌根真菌均可以与美人蕉形成共生系统,其中F.mosseae的菌根侵染率为24.5±2.9%,R.intraradices的菌根侵染率为22.0±2.5%,并且F.mosseae的接种对美人蕉生长、发育和光合作用的促进作用均优于R.intraradices。在阿特拉津的去除效能方面,接种F.mosseae共生系统对阿特拉津的去除率可以达到95.7%,高于R.intraradices的最高去除率84.4%。F.mosseae接种的AMF-美人蕉共生系统适用的阿特拉津浓度阈值为7.4mg·L-1,同样高于R.intraradices构建的共生系统的浓度阈值5.8mg·L-1。分析阿特拉津胁迫下AMF对美人蕉生长生理的影响,研究结果表明,在生长发育方面上,阿特拉津的胁迫对美人蕉的生长发育有抑制作用,接种丛枝菌根真菌能够减缓阿特拉津胁迫对美人蕉生长的抑制作用,在阿特拉津浓度为9.6~10.3mg·L-1时,丛枝菌根真菌接种对美人蕉生长和生物量的生长抑制的缓解效果最大;接种丛枝菌根真菌可以削弱阿特拉津对美人蕉净光合速率、蒸腾作用和气孔导度的抑制,进而提高美人蕉对有效光辐射、CO2和水分的利用效率。在生理生化方面,接种丛枝菌根真菌可缓解阿特拉津对美人蕉生理生化过程的胁迫和亚细胞结构的损伤,并且提高了美人蕉对阿特拉津引发的氧化应激反应的耐受能力,将美人蕉对阿特拉津的耐受浓度阈值提高到5mg·L-1左右。基于共生系统对阿特拉津降解特性的研究结果表明,美人蕉具有较高的阿特拉津降解速率,是植物修复水体中阿特拉津的理想植物物种选择。接种丛枝菌根真菌可显著提高美人蕉植物降解阿特拉津的效率,降低水体中阿特拉津的半衰期。通过共生系统对阿特拉津代谢产物和代谢途径的研究表明,接种AMF可促进了美人蕉和水中阿特拉津的深度降解,将阿特拉津的完全降解率从62.1%提高到72.1%。阿特拉津的主要代谢途径为脱乙基和羟基化代谢途径。接种丛枝菌根真菌可促进阿特拉津的羟基化反应,在美人蕉体内代谢产物中存在羟基异丙基阿特拉津。通过AMF-美人蕉共生系统对阿特拉津的降解机理的研究结果表明,美人蕉对阿特拉津的降解主要通过细胞色素P450的解毒作用和苯并恶嗪酮的羟基化作用两个过程来实现,其中细胞色素P450的解毒作用是美人蕉降解阿特拉津的主要方式。接种丛枝菌根真菌促进了植物对阿特拉津的吸收和富集;提高了细胞色素P450的活性和植物体内特别是地下部分的苯并恶嗪酮的含量;提高了根际酶活,促使根际微生物群落富集有利于降解阿特拉津的细菌和真菌,全面促进了共生系统中阿特拉津的降解。本研究构建了一种具有优良的阿特拉津降解性能的AMF-美人蕉共生系统,具有降解速率快、半衰期短和深度降解的特性,并研究了AMF-美人蕉共生系统对阿特拉津降解的途径,明确了美人蕉对阿特拉津的降解机制,以及接种丛枝菌根真菌对美人蕉降解阿特拉津的强化作用,可有效解决阿特拉津植物生长胁迫所导致植物修复效率低下的问题,为利用人工湿地修复阿特拉津污染水体提供了理论支持。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X592
【图文】：

阿特拉津,化学结构式,污染现状

哈尔滨工业大学工学博士学位论文是在阿特拉津污染日益严重的背景下，以水体的阿求适用于水体阿特拉津污染的经济有效的修复方法有必要了解阿特拉津的危害、使用、污染现状及生津的污染现状及危害津的结构（Atrazine），化学名称为 2-氯-4-乙氨基-6-异丙氨成的化学除草剂，属于均三氮苯类农药，分子式6，化学结构式如图 1-1 所示[4]。

阿特拉津,降解途径,代谢反应,生物修复

阿特拉津的降解途径[8]

结合过程,除草剂,电荷,途径

出浓度达 4mg·L-1；在农业施用阿特拉津造成面源污染的拉津的最高检出浓度为 88.4μg·L-1，但降水造成的农田退最高检出浓度高达 3.452mg·L-1。拉津的危害拉津对农作物的影响津是一种抑制光合作用的持久性旱地除草剂[2]。玉米等抗性是由于体内含有可以将阿特拉津分解为无毒物质的代谢途径的抑制，阿特拉津对植物的毒性远高于对动物阿特拉津主要作用于光系统Ⅱ（PSⅡ），通过与叶绿体阻止 PSⅡ中的电子传递，导致叶绿体分子的破坏，抑制]。图 1-3 为 Rutherford 提出的 PSⅡ中阿特拉津诱发的电拉津在 PSⅡ中与质体醌 QB竞争结合位点，从而影响质体而影响 P60·+QA·-自由基的能量水平。

【相似文献】