【摘要】：阿特拉津是一種在農(nóng)、林業(yè)上廣泛應(yīng)用的三嗪類除草劑,由于其使用時(shí)間長(zhǎng),具有土壤淋溶性,可以隨地表徑流進(jìn)入水體,并且浸滲入地下水。作為一種潛在的人類致癌物質(zhì)和內(nèi)分泌干擾物質(zhì),阿特拉津在環(huán)境中的殘留亟需修復(fù)方法的研發(fā)。植物修復(fù)是有機(jī)物污染環(huán)境修復(fù)的重要方法,但是作為除草劑的阿特拉津會(huì)抑制植物的生長(zhǎng),尤其在農(nóng)藥施用時(shí)期,由于降水等造成的農(nóng)田退水中高濃度的阿特拉津嚴(yán)重影響植物的正常生長(zhǎng),進(jìn)而削減植物修復(fù)的效率和影響植物修復(fù)的穩(wěn)定性。為此,本研究采用叢枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)構(gòu)建AMF-美人蕉共生系統(tǒng),提高美人蕉的生長(zhǎng)發(fā)育及抗逆性能,分析AMF-美人蕉共生系統(tǒng)對(duì)阿特拉津脅迫的響應(yīng)過程,揭示AMF在共生系統(tǒng)中的關(guān)鍵界面作用,解析共生系統(tǒng)對(duì)阿特拉津的降解途徑,為利用人工濕地修復(fù)阿特拉津污染水體提供技術(shù)支持。在美人蕉幼苗時(shí)期,通過接種菌劑的方式構(gòu)建AMF-美人蕉共生系統(tǒng),在共生系統(tǒng)建立初期,通過美人蕉的根系菌根侵染率、生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用,以及其對(duì)阿特拉津的去除效能幾個(gè)方面的研究,結(jié)果表明,摩西管柄囊霉(Funnelliformis mosseae)和根內(nèi)球囊霉(Rhizophagus intraradices)兩種叢枝菌根真菌均可以與美人蕉形成共生系統(tǒng),其中F.mosseae的菌根侵染率為24.5±2.9%,R.intraradices的菌根侵染率為22.0±2.5%,并且F.mosseae的接種對(duì)美人蕉生長(zhǎng)、發(fā)育和光合作用的促進(jìn)作用均優(yōu)于R.intraradices。在阿特拉津的去除效能方面,接種F.mosseae共生系統(tǒng)對(duì)阿特拉津的去除率可以達(dá)到95.7%,高于R.intraradices的最高去除率84.4%。F.mosseae接種的AMF-美人蕉共生系統(tǒng)適用的阿特拉津濃度閾值為7.4mg·L-1,同樣高于R.intraradices構(gòu)建的共生系統(tǒng)的濃度閾值5.8mg·L-1。分析阿特拉津脅迫下AMF對(duì)美人蕉生長(zhǎng)生理的影響,研究結(jié)果表明,在生長(zhǎng)發(fā)育方面上,阿特拉津的脅迫對(duì)美人蕉的生長(zhǎng)發(fā)育有抑制作用,接種叢枝菌根真菌能夠減緩阿特拉津脅迫對(duì)美人蕉生長(zhǎng)的抑制作用,在阿特拉津濃度為9.6~10.3mg·L-1時(shí),叢枝菌根真菌接種對(duì)美人蕉生長(zhǎng)和生物量的生長(zhǎng)抑制的緩解效果最大;接種叢枝菌根真菌可以削弱阿特拉津?qū)γ廊私秲艄夂纤俾�、蒸騰作用和氣孔導(dǎo)度的抑制,進(jìn)而提高美人蕉對(duì)有效光輻射、CO2和水分的利用效率。在生理生化方面,接種叢枝菌根真菌可緩解阿特拉津?qū)γ廊私渡砩^程的脅迫和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷,并且提高了美人蕉對(duì)阿特拉津引發(fā)的氧化應(yīng)激反應(yīng)的耐受能力,將美人蕉對(duì)阿特拉津的耐受濃度閾值提高到5mg·L-1左右�；诠采到y(tǒng)對(duì)阿特拉津降解特性的研究結(jié)果表明,美人蕉具有較高的阿特拉津降解速率,是植物修復(fù)水體中阿特拉津的理想植物物種選擇。接種叢枝菌根真菌可顯著提高美人蕉植物降解阿特拉津的效率,降低水體中阿特拉津的半衰期。通過共生系統(tǒng)對(duì)阿特拉津代謝產(chǎn)物和代謝途徑的研究表明,接種AMF可促進(jìn)了美人蕉和水中阿特拉津的深度降解,將阿特拉津的完全降解率從62.1%提高到72.1%。阿特拉津的主要代謝途徑為脫乙基和羥基化代謝途徑。接種叢枝菌根真菌可促進(jìn)阿特拉津的羥基化反應(yīng),在美人蕉體內(nèi)代謝產(chǎn)物中存在羥基異丙基阿特拉津。通過AMF-美人蕉共生系統(tǒng)對(duì)阿特拉津的降解機(jī)理的研究結(jié)果表明,美人蕉對(duì)阿特拉津的降解主要通過細(xì)胞色素P450的解毒作用和苯并惡嗪酮的羥基化作用兩個(gè)過程來實(shí)現(xiàn),其中細(xì)胞色素P450的解毒作用是美人蕉降解阿特拉津的主要方式。接種叢枝菌根真菌促進(jìn)了植物對(duì)阿特拉津的吸收和富集;提高了細(xì)胞色素P450的活性和植物體內(nèi)特別是地下部分的苯并惡嗪酮的含量;提高了根際酶活,促使根際微生物群落富集有利于降解阿特拉津的細(xì)菌和真菌,全面促進(jìn)了共生系統(tǒng)中阿特拉津的降解。本研究構(gòu)建了一種具有優(yōu)良的阿特拉津降解性能的AMF-美人蕉共生系統(tǒng),具有降解速率快、半衰期短和深度降解的特性,并研究了AMF-美人蕉共生系統(tǒng)對(duì)阿特拉津降解的途徑,明確了美人蕉對(duì)阿特拉津的降解機(jī)制,以及接種叢枝菌根真菌對(duì)美人蕉降解阿特拉津的強(qiáng)化作用,可有效解決阿特拉津植物生長(zhǎng)脅迫所導(dǎo)致植物修復(fù)效率低下的問題,為利用人工濕地修復(fù)阿特拉津污染水體提供了理論支持。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X592
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文是在阿特拉津污染日益嚴(yán)重的背景下，以水體的阿求適用于水體阿特拉津污染的經(jīng)濟(jì)有效的修復(fù)方法有必要了解阿特拉津的危害、使用、污染現(xiàn)狀及生津的污染現(xiàn)狀及危害津的結(jié)構(gòu)（Atrazine），化學(xué)名稱為 2-氯-4-乙氨基-6-異丙氨成的化學(xué)除草劑，屬于均三氮苯類農(nóng)藥，分子式6，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖 1-1 所示[4]。

阿特拉津的降解途徑[8]

出濃度達(dá) 4mg·L-1；在農(nóng)業(yè)施用阿特拉津造成面源污染的拉津的最高檢出濃度為 88.4μg·L-1，但降水造成的農(nóng)田退最高檢出濃度高達(dá) 3.452mg·L-1。拉津的危害拉津?qū)r(nóng)作物的影響津是一種抑制光合作用的持久性旱地除草劑[2]。玉米等抗性是由于體內(nèi)含有可以將阿特拉津分解為無毒物質(zhì)的代謝途徑的抑制，阿特拉津?qū)χ参锏亩拘赃h(yuǎn)高于對(duì)動(dòng)物阿特拉津主要作用于光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ），通過與葉綠體阻止 PSⅡ中的電子傳遞，導(dǎo)致葉綠體分子的破壞，抑制]。圖 1-3 為 Rutherford 提出的 PSⅡ中阿特拉津誘發(fā)的電拉津在 PSⅡ中與質(zhì)體醌 QB競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，從而影響質(zhì)體而影響 P60·+QA·-自由基的能量水平。

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