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根系分泌物及其在有机污染土壤修复中的应用解析

2014-06-27 00:01
天堂的苦涩
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  2.3 根际环境

  根际是植物生长的微环境,其透气性、湿度、pH和土壤颗粒性质等均会对根系分泌物产生影响,如白菜在水分胁迫下会分泌更多的有机酸。此外,光照、土壤空.气、土壤有机质、植物损伤因子和机械阻力等因素也会影响植物根系分泌物的释放。

  2.4 根际微生物

  根际微生物代谢活动和群落变化会对植物根系的分泌作用产生促进或抑制效应,如多粘杆菌产生的多糖素能增加根细胞膜的通透性,最终导致氨基酸的分泌量增加。

  3、根系分泌物在植物修复有机污染土壤中的作用

  根系分泌物在土壤中最为重要的作用是能够调控根际环境,是保持根际微生态系统活力的关键因素,也是植物与外界环境进行物质交流的重要媒介,它可通过改变植物根际的物理、化学、生物学特性和各种养分以及有益、有害物质的生物有效性来改善植物和土壤微生物的生长,在植物克服和缓解逆境胁迫中具有十分重要的意义。根系分泌物对植物修复有机污染土壤的影响也是通过其在植物-土壤-微生物系统中的上述生态效应所产生的。

  3.1 根系酶系统的直接降解

  根系分泌物中含有一定量的转化酶、磷酸酶、蛋白酶和过氧化氢酶等植物外酶类物质,它们在根际中形成的酶系统可直接降解有关的有机污染物。研究表明,硝酸还原酶和漆酶可降解TNT等军火废物,并将破碎的环状结构转换成为无毒的成分。试验发现辣根过氧化物酶可氧化毒性苯胺类化合物,使其最终形成一种高分子聚合物而从土壤中去除。丁克强等在黑麦草对土壤中苯并[a]芘动态变化的影响研究中发现根际土壤中多酚氧化酶含量提高,苯并[a]芘降解加快。

  3.2 根系分泌物促进微生物生长

  根系分泌物中大量的糖类、有机酸和氨基酸等物质为根际微生物提供了丰富的营养和碳源,使降解菌的生长和活性远强于非根际土壤,从而提高了其对土壤有机污染物的降解能力[28]。此外,根系分泌物还能选择性地影响微生物的数量,改变根际微生物的相对丰度和群落多样性,诱导降解菌向根际富集,从而加快根际有机污染物的去除。Sandmann等研究发现植物根际区农药的降解率与根际微生物数量的增加呈正相关,这主要和根系分泌物有关。Zheng等研究发现薄荷类植物根系分泌物中含有芳香化合物的降解菌,从而提高了这些植物对多环芳烃多聚体染料的耐受性。赵爱芬等报道水稻根系分泌物能选择性地促进特定微生物Bacillus sp对石油污染物的降解。

  3.3 根系分泌物的共代谢或协同作用

  根际微生物能够将根系分泌物作为生长底物,通过共代谢途径将难降解的有机污染物最终分解为二氧化碳和水等无机物。研究表明,根系释放的黄酮酸等物质可以作为微生物的生长基质,诱导其降解多氯联苯。Donnelly等研究发现桑树分泌的酚类物质能够促进多氯联苯降解菌的协同代谢作用。研究也表明,根系分泌物对土壤中高分子量多环芳烃的降解作用包括微生物的直接降解和通过共代谢进行的生物转化过程。

  3.4 根系分泌物提高有机污染物的生物可利用性

  根系分泌的一些水溶性有机酸具有表面活性,能够促进疏水性有机物在土壤颗粒上的解吸,提高其生物可利用性,从而增加微生物与其接触的机会。此外,根系分泌物还能刺激微生物产生生物表面活性剂,同样可以提高有机污染物在土壤中的生物可利用性,增加污染物的根际微生物降解。Kim等研究发现,添加苜蓿水溶性根系分泌物的土壤中蒽的解吸率比对照土壤高80%。郭平等[38]研究也表明,植物根系分泌物能增加五氯酚的溶解度,且分泌物中大分子组分愈多,其增溶作用愈强。在上述作用中,后3种作用属于根系分泌物去除土壤有机污染物的间接作用,即根系分泌物促进根际微生物降解有机污染物,是植物修复土壤有机污染的主要途径之一,已经成为该领域研究的热点和主要方向。

  4、根系分泌物影响植物修复有机污染土壤的研究方法

  4.1 根系分泌物的收集和分离方法

  根系分泌物影响植物修复有机污染土壤的研究中首先需要获得根系分泌物,涉及根系分泌物的收集、分离和选择。目前,常用的根系分泌物收集方法主要有:溶液收集法,即将胁迫处理后的植株放人灭菌营养液中培养一定时间,收集培养液,过滤,确定根系释放物质;土培收集法,即将植物种植于土壤一定时间后,直接获取根际土壤,用无菌水振荡,过滤,或将植株根系直接用蒸馏水淋洗,所得滤液或淋洗液即为根系分泌物;基培收集法,即将植物种植在固体培养基(如石英砂、琼脂和蛭石等)上收集根系分泌物,其收集方法与土培收集法基本相同。此外,还有研究者设计了一些系统或装置来对上述收集方法进行改进,如分根收集装置、自动连续收集系统、层析滤纸定位收集、同位素标记结合土壤溶液取样器收集法等。收集后的根系分泌物一般要经过分离纯化后才能用于试验,具体分离过程包括干扰物质的分离、样品浓缩、萃取、离析及避免微生物的降解等,常用的分离方法有离子交换法、衍生化与萃取法和分子膜与超速离心法。

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