β-环糊精对籽粒苋-真菌修复Cd和BDE-209复合污染土壤的影响及机理

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电子垃圾拆卸、回收等方式的简单、粗暴,使大量重金属和溴代阻燃剂(Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)进入土壤环境,严重危害电子垃圾拆卸场周边生态环境和居民生命健康。与传统修复方法相比,植物修复具有成本低、效益高、环境友好等优点,在土壤修复方面具有广泛的应用前景。接种微生物或施加表面活性剂往往可以提高植物修复效率。因此,本研究选用镉(Cd)超富集植物-籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus L.),分别接种两种不同真菌丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrizal fungus)和白腐真菌(White-rot fungus),并研究不同浓度β-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)对籽粒苋联合真菌修复Cd和BDE-209(Decabrominated diphenyl ether)复合污染土壤的影响及机制,筛选出强化籽粒苋-真菌联合修复复合污染土壤的β-CD浓度。主要研究内容及结论如下:(1)通过土壤盆栽实验,研究不同浓度β-CD(0%、0.4%、0.8%和1.2%,W/W)对籽粒苋-根内球囊霉(Rhizophagus intraradices,RI)修复Cd和BDE-209复合污染土壤的影响及机制。结果表明,与单独接种RI处理相比,接种RI并施加0.4%β-CD显著提高地上部Cd浓度和含量、根部总PBDEs浓度和土壤BDE-209降解率;但接种RI,并施加0.8%或1.2%β-CD显著降低了其木质部面积、地上部Cd和BDE-209浓度及含量,Cd去除率。此外,接种RI加或不加0.4%β-CD均具有结构良好的叶绿体形态及根系解剖结构,且叶绿素含量与地上部生物量、木质部面积与地上部Cd或BDE-209浓度存在显著正相关性,进一步证实接种RI加或不加0.4%β-CD具有较高的光合效率及根系吸收功能。综合Cd和BDE-209两者的去除率,接种丛枝菌根真菌并施加0.4%β-CD具有较高的修复效率。(2)通过土壤盆栽实验,研究不同浓度β-CD(0%、0.4%、0.8%和1.2%,W/W)对籽粒苋联合具有BDE-209降解能力的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium,RF)修复Cd和BDE-209复合污染土壤的影响及机制。结果表明,接种RF有利于籽粒苋生长,促进Cd的吸收和BDE-209的降解。β-CD的添加进一步提高了籽粒苋生物量、地上部Cd浓度及含量、叶绿素含量和土壤锰过氧化物酶活性。所有β-CD处理下,叶肉细胞呈现出完整的组织结构,说明白腐真菌和β-CD的施加减缓了Cd和BDE-209对籽粒苋叶肉细胞的毒性。但0.8%β-CD处理下,籽粒苋有最大的地上部生物量、最高的地上部Cd浓度、较高的叶绿素含量和完整的叶肉细胞结构,因而具有最高的Cd去除率。综合考虑Cd和BDE-209两者的去除率,接种白腐真菌并施加0.8%β-CD可修复Cd和BDE-209复合污染土壤。土壤中BDE-209降解率与β-CD浓度、锰过氧化物酶活性存在显著正相关性。(3)与丛枝菌根真菌处理相比,接种白腐真菌,加或不加β-CD,籽粒苋均具有较高的叶绿素含量、地上部生物量和完整的叶绿体结构。因此,从植物对Cd的吸收累积和土壤BDE-209的降解来看,接种白腐真菌,施加0.8%β-CD(RF+β0.8)最适合应用于修复Cd和BDE-209污染土壤。
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