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多环芳烃(PAHs)是一类广泛存在于环境中的有机污染物。土壤作为环境中PAHs的重要载体之一,其污染问题备受人们的关注。红壤是我国南方广泛分布的一种土壤类型,有关红壤中的PAHs微生物降解的信息很少。在前人研究PAHs污染土壤细菌群落多样性及芘功能基因基础上,本论文主要采用分子生物学方法(如PCR、T-RFLP、qPCR和焦磷酸测序)及稳定同位素探针(Stable Isotopic Probing-SIP)技术,研究PAHs污染红壤中细菌群落组成、功能基因及关键微生物。
本研究主要内容包括：⑴α-变形菌是原位土壤中主要的细菌群落。⑵设计短期培养实验,设置不同芘浓度(10、100、200、500mg kg-1)处理土壤,表明污染及原位土壤均具有较高的土壤微生物群落多样性。Shannon指数分析表明,培养第一天200及500mg kg-1的芘处理菌明显抑制了微生物群落多样性。加入芘之后,变形菌其次是酸杆菌门和拟杆菌门为主要的微生物群落。同时研究还表明不同芘污染水平可能会通过抑制或刺激某些微生物群落生长而影响微生物群落。此外,培养第一天,微生物群落对芘的刺激反应最明显。⑶土壤中加入50mg kg-1芘之后发现,不同时期内,芘对细菌群落的影响较小。土壤类型是影响土壤细菌群落变化更重要的因素.然而,在QZ土壤中,培养不同时期的nidA基因拷贝数变化显著。通过对分支杆菌16S rDNA构建克隆文库测序表明在污染的土壤中,90％的分支杆菌为快速生长的降解PAHs分支杆菌,只有少部分慢速生长的分支杆菌被发现存在于对照土壤中。研究表明,nidA基因拷贝数和降解PAHs的分支杆菌可以作为研究芘降解及其降解潜力的一种手段。⑷采用鸡粪生物炭研究PAHs的去除效率及微生物群落变化,鸡粪生物炭可明显提高PAHs的去除效率。不同处理之间微生物群落多样性不同,放线菌、β-变形菌和γ-变形菌是主要的微生物群落,鸡粪生物炭处理之后的微生物群落变化明显,此外芘降解功能基因nidA定量的结果也同时表明,鸡粪生物炭中的功能基因相对丰度均明显高于对照,可能是鸡粪生物炭有效去除PAHs的原因之一。⑸水溶性根系物质的与脂溶性根系物质处理对土壤中细菌群落影响明显不同。加入13C芘培养21天,对照土壤中降解芘的关键微生物群落为β变形菌。向土壤中加入水溶性物质之后,主导微生物为放线菌,其次为α变形菌、γ变形菌和硬壁菌。脂溶性物质处理中p变形菌和丫变形菌是降解芘的关键微生物。而加入13C芘培养38天后,无论是水溶性物质还是脂溶性物质,主导微生物均为放线菌和γ变形菌。