运用节杆菌株DNS10的阿特拉津生物修复与土壤微生物群落的推测

摘要

阿特拉津在世界范围内有60多年的生产使用历史，在全世界被广泛使用。其中美国曾是世界上使用阿特拉津最多的国家，年使用量超过30000t。由于美国环保署(EPA)曾一度认为阿特拉津的使用所带来的经济效益远大于其可能的负面作用，并未禁止其使用。因此，在越来越多的除草剂因安全性问题受到质疑及被禁止使用的环境下，阿特拉津的使用量逐年增高。欧洲国家如法国、德国等是最早使用阿特拉津作为除草剂的国家，上世纪60年代至90年代初期，欧洲的阿特拉津使用量快速增加。1991年德国的科学家Tappe等对德国部分地区的自来水开始进行检测，连续数年的监测发现，水体中的阿特拉津含量逐年上升，多数水体样本中能够有阿特拉津的主要代谢产物检出。同期，法国科学家进行的针对巴黎地下水DEA含量为期7年的检测研究发现巴黎地下水中的DEA含量均已超过母体阿特拉津含量。欧洲也是较早减少阿特拉津使用的地区，随着相关研究及对其危害认识的深入，同时新型低毒害的替代产品陆续问世且生态农业逐步发展，到上世纪90年代中后期，欧洲已经开始逐步减少对阿特拉津的依赖和使用。
　　本研究主要分为两个部分。首先，观察土壤PH值和温度对不同生物修复技术的影响，其次是研究应用不同的生物修复技术对去阿特拉津降解的影响。为此，我们选取柠檬酸钠，Arthrobactor菌菌株DNS10、木屑、动物粪便为实验材料去观察阿特拉津分别在pH为5，7，9，温度20，30，40度条件下的修复效率。结果表明，阿特拉津降解优化一般在pH7和30℃处理除柠檬酸钠作为SC处理土壤外不取决于温度，而在pH5时修复流程缓慢。在没有额外修复因素的土壤中阿特拉津的修复只有34％，而添加木屑、DNS10、柠檬酸钠和动物粪便在最适pH和温度下修复率分别为75.17％，89％，74.17％。阿特拉津总去除率明显较高(≥0.01)，在所有选定的pH下，随着不同修复条件的温度升高（自然衰减，生物augmentaion，生物刺激和生物强化+生物），此时在进行测定柠檬酸钠，阿特拉津的生物降解潜力的木屑，单独和组合的动物粪便和Arthrobactor菌株DNS10。为了达到这个目的，初始浓度在土壤中的混合浓度比在田间的正常使用量加倍。Arthrobactor菌株DNS10（生物强化）阿特拉津在动物粪便、木屑和柠檬酸钠共同作用下，修复率达到79％（生物降解阿特拉津74.0％-74.4％）。当污染土壤联合生物强化和刺激治疗时，阿特拉津整治潜力增加74％至84％。添加两种营养盐和Arthrobactor菌株DNS10显著（≥0.05）提高其降解的能力比单一营养时提高降解能力强。生物降解率最高(88.5％)时在混合动物粪便处理土壤微观观察柠檬酸钠和Arthrobactor菌株DNS10。

目录

声明

摘要

Abstract

1 Introduction

1．1 The physicochemical properties and meehanism of Atrazine

1．1．1 The physicochemical properties of Atrazine

1．1．2 The mechanism of Atrazine

1．2 Present situation and application of atrazine pollution of atrazine in black soil area

1．2．1 Application of Atrazine

1．2．2 Pollution status in black soil region of Northeast China

1．3 The harm of atrazine pollution

1．3．1 Atrazine harm to ecological environment

1．3．2 Atrazine hazards to human health

1．4 Biodegradation of Atrazine

1．4．1 Phytoremediation of atrazine pollution

1．4．2 Bioremediation of atrazine contamination

1．4．3 Microbial Communities involved in atrazine degradation

1．5 Hypothesis

1．6 Aims and Objectives

2 Materials and Methods

2．1 Soil Sampling

2．2 Chemicals and different carbon，nitrogen sources

2．3 Material used for Bioremediation

2．4 Opted pH and Temperature Parameters

2．5 Experimental Design to Measure Impact of Soil pH and Temperature

2．6 Soil Treatment Preparation

2．7 Preparation of Arthrobactor sp．Strain DNS10

2．8 Experimental Design for Different Bioremediation Strategies

2．9 Extraction and Determination of Atrazine from all Set Treatments

2．10 Atrazine measurement and calculation

2．11 Soil DNA extraction

2．12 Bacterial 16SrDNA V3 PCR amplification of the variable region gene

2．13 Denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)method of operation

2．14 Statistical Analysis

3 Results

3．1 Residual atrazine under different parameters

3．2 Atrazine removal percentage at different pH and temperatures

3．3 Temperature and pH significances on different bioremediation approaches

3．4 Extractable atrazine concentration in different selected sources

3．5 Atrazine degradation potential of different bioremediation strategies

3．6 Percentage of atrazine bioremediation for each microcosm

3．7 Correlation coefficient matrix for different bioremediation variables

3．8 PCR-DGGE Anlaysis

4 Discussion

4．1 Pesticide and herbicide contamination

4．2 Atrazine contamination

4．3 Atrazine bioremediation

4．4 Effective Bioremediation Techniques

4．5 Use of microbial strains in atrazine bioremediation

4．6 Different carbon and nitrogen sources utilized in atrazine bioremediation

4．7 Combined application of bioremediation treatments

4．8 Consequences of recent study

4．9 Impact of soil pH and temperature on atrazine bioremediation

Conclusion

Acknowledgements

References

Research Publication in Period of Ph．D Education