陳學斌,趙海明,莫測輝,蔡全英
暨南大學環境學院,廣東 廣州 510632
接種鄰苯二甲酸酯(PAEs)降解菌緩解PAEs對玉米脅迫效應和機制研究
陳學斌,趙海明,莫測輝,蔡全英*
暨南大學環境學院,廣東 廣州 510632
鄰苯二甲酸酯(PAEs)是一類典型的環境內分泌干擾物,國內農業土壤普遍受PAEs的污染。土壤中的PAEs可被農作物吸收累積,影響植物的生理生化特性和農產品的質量安全。探索PAEs污染土壤的生物修復技術以及高效降解菌緩解PAEs污染脅迫和降低農作物吸收累積PAEs迫在眉睫。以在土壤中的質量分數和檢出頻率均較高的鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)為目標化合物,采用DEHP污染土壤(18 mg·kg-1和75 mg·kg-1)進行盆栽玉米(Zea mays)試驗,研究接種PAEs高效降解菌(嗜吡啶紅球菌Rhodococcus pyridinivorans XB)緩解DEHP脅迫對玉米生長、吸收積累DEHP的影響及其抗氧化酶系統的響應。結果顯示,經DEHP處理的玉米丙二醛質量摩爾濃度顯著增加(P<0.05),尤其是高濃度處理的玉米根系丙二醛質量摩爾濃度增加464%;且高濃度處理的玉米根系過氧化氫酶和多酚氧化酶活性顯著增加(P<0.05),生物量顯著下降(P<0.05),說明DEHP嚴重影響玉米的生長。與不接種微生物處理相比,玉米接種菌株XB能顯著提高玉米體內超氧化物歧化酶(10%~154%)、過氧化氫酶(11%~34%)及多酚氧化酶(48%~288%)活性,顯著降低丙二醛質量摩爾濃度(30%~60%),提高玉米生物量(5%~85%),減少玉米對DEHP的吸收積累(4%~60%)。結果說明菌株XB能緩解土壤DEHP對玉米生長的脅迫,降低玉米吸收積累DEHP,有利于保障農產品質量安全。
鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯;嗜吡啶紅球菌;玉米;抗氧化酶系統;吸收累積
鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)是一種具有長側鏈的鄰苯二甲酸酯(PAEs)化合物,被廣泛用作增塑劑,其在塑料膜中的質量分數可高達40%~60%(魯磊安等,2016)。隨著地膜覆蓋和塑料大棚的推廣應用,大量DEHP被釋放到環境中。長側鏈的DEHP在環境中難以降解(Wang et al.,2015),在中國農田土壤中普遍檢測出DEHP,其質量分數比其他短側鏈PAEs化合物的高(Cai et al.,2008;楊國義等,2007)。例如,珠三角菜地和稻田土壤乃至全國農業土壤單個PAEs化合物的平均質量分數均以DEHP最高(Cai et al.,2008;Niu et al.,2014;蔡全英等,2005;魯磊安等,2016)。DEHP是一種內分泌干擾物(Meng et al.,2014),可產生“致癌”毒性,被美國環保局(USEPA)和中國環境監測總站列為“優控污染物”。因此,土壤DEHP污染及其危害備受關注。
農田土壤中的DEHP會被植物包括農作物吸收累積,影響農產品質量安全。作者前期研究發現,一定質量分數的DEHP會抑制菜心(Brassica campestris)和水稻(Oryza sativa)生長,導致根系形態結構和根系分泌物種類及質量分數發生變化,生物量下降(Zhao et al.,2015;陳桐等,2015;陳意良等,2016)。而且,DEHP會引起水稻體內抗氧化系統如過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)活性及丙二醛(MDA)質量摩爾濃度發生變化(陳意良等,2016),影響植物正常的生理生化功能(如菜心葉片的光合作用)等(Zhao et al.,2016)。因此,探尋緩解土壤DEHP污染影響的方法對保障農作物生長和農產品安全尤為重要。
土壤微生物是維持土壤質量的重要組成部分。有研究發現,某些外源微生物可以緩解土壤污染物對植物生長的脅迫。例如,在銅污染土壤中接種微生物可以增強海州香薷(Elsholtzia splendens)的光合作用(如光能利用率和碳同化能力)并提高有機物的積累,緩解銅脅迫對海州香薷的毒害,顯著提高植株的株數、株高、生物量等(李月靈等,2015)。在多環芳烴污染土壤上種植紫花苜蓿(Medicago sativa L.)并接種里氏木霉菌(Trichodermaressei FS10-C)、復合根瘤菌(Rhizobium meliloti)菌劑可以提高紫花苜蓿生物量(姚倫芳等,2014)。在DEHP和鄰苯二甲酸二正丁酯(DBP)污染土壤中接種AM真菌光壁無梗球囊霉菌(Acaulospora lavis)和蘇格蘭球囊霉(Glomus caledonium)能夠促進豇豆(Vigna unguiculata)生長、提高葉綠素a及葉綠素b質量摩爾濃度和根瘤數(王曙光等,2003)。然而,目前關于接種PAEs降解菌對植物生長、抗氧化酶系統及吸收累積有機污染物的研究鮮見報道。
本研究以前期篩選獲得的PAEs高效降解菌株嗜吡啶紅球菌(Rhodococcus pyridinivorans XB)為實驗材料。前期研究發現,該菌株能以DEHP為唯一碳源并使其完全礦化,在無機鹽培養基中以DEHP為唯一碳源(質量濃度800 mg·L-1)5 d降解率達87%、在燒杯實驗中修復DEHP污染土壤(質量分數為100 mg·kg-1)10 d降解率為70%。采用DEHP污染土壤盆栽玉米(Zea mays),并接種嗜吡啶紅球菌,研究接種DEHP高效降解菌緩解DEHP脅迫對玉米生長、吸收積累DEHP的影響及其抗氧化酶系統的響應,以期為農產品安全生產和污染土壤修復提供科學依據。
1.1 供試材料
菌株XB分離自活性污泥,經鑒定屬于嗜吡啶紅球菌種(Rhodococcus pyridinivorans),保存于廣東省微生物菌種保藏中心(編號:60054)。從保存降解菌的試管中挑取菌株XB于液體LB培養基中,于培養箱內振蕩培養24 h(30 ℃,150 r·min-1),所得菌液離心5 min(4 ℃,4500 r·min-1)后,棄去上清液,用0.9%的滅菌生理鹽水沖洗菌體,重復3次并重懸制成濃度為8.0×108cfu·mL-1的接種菌劑。
水稻土取自華南農業大學實驗農場,采集后于室內風干、粉碎過1 mm和2 mm篩備用。水稻土DEHP的背景值為0.24 mg·kg-1,pH為5.59,有機質為30.2 g·kg-1,陽離子交換量為7.67 cmol·kg-1,全氮為1.26 g·kg-1,全磷為1.79 g·kg-1,全鉀為18.0 g·kg-1;粒徑組成中砂粒占52.0%,粉粒41.9%,粘粒6.1%。人工配制DEHP污染土壤進行玉米盆栽試驗。定量量取溶于丙酮(分析純)的DEHP,添加到1 mm的土壤中,攪拌混勻,置于暗處讓丙酮自然揮發3 d(中途不斷攪拌使溶劑揮發殆盡),配制獲得DEHP質量分數分別為200 mg·kg-1和1000 mg·kg-1的污染土壤。結合農田土壤DEHP的實際質量分數(0.2~25.2 mg·kg-1)(He et al.,2015)和前期研究結果(高質量分數100 mg·kg-1處理植物仍可以正常生長,但生理生化反應嚴重受抑制)(Zhao et al.,2016;陳意良等,2016),土壤DEHP質量分數分別設置為20 mg·kg-1和100 mg·kg-1。將上述污染土壤與未污染土壤(粒徑為2 mm)按1∶9(質量比)攪拌混勻,污染土壤經15 d避光自然老化,測得DEHP初始質量分數分別為18 mg·kg-1和75 mg·kg-1。
1.2 方法
1.2.1 盆栽試驗
盆栽試驗在暨南大學環境學院溫室進行。將上述土壤裝盆(瓷盆的底徑30 cm、上口徑33 cm、高30 cm),每盆裝污染土壤4.5 kg,量取菌劑100 mL,以等量無菌生理鹽水為對照,與土壤充分混勻。土壤施用化肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀(均為分析純),施用量分別為氮0.20 g·kg-1、磷0.15 g·kg-1和鉀0.20 g·kg-1(磷、鉀的施肥量按P2O5、K2O計)。盆栽試驗設置空白對照(Control)、低污染水平土壤(Low,18 mg·kg-1)、高污染水平土壤(High,75 mg·kg-1)、低污染水平土壤接菌(Low-Inoculation)、高污染水平土壤接菌(High-Inoculation),每個處理設置3個重復,采用隨機排列。
采用超甜金銀粟2號種子進行盆栽土壤試驗。玉米種子用過氧化氫(15%)消毒10 min,滅菌高純水洗干凈后置于生化培養箱中催芽24 h。采用基質育苗至4~5片葉子時選取生長健康、長勢基本一致的玉米幼苗移栽至上述盆中,每個盆種植4株,移栽25 d后采樣。玉米莖葉和根系用自來水和超純水清洗干凈并擦干水分稱重,取部分鮮樣進行植物酶測定,剩余的經冷凍干燥機(賽默飛世爾LL3000,美國)凍干后磨碎檢測DEHP質量分數。
1.2.2 植物抗氧化酶、多酚氧化酶及丙二醛的測定方法
玉米根系及莖葉組織勻漿液提取:準確稱取2.0 g玉米樣品,加入8 mL10 mmol·L-1磷酸鹽緩沖液(pH=7.4),冰浴條件下制備獲得20%的組織勻漿,離心10 min,取上清液待測。
植物抗氧化酶活性及丙二醛測定:根據試劑盒標準方法(嚴青云等,2016),利用試劑盒(南京建成生物科技有限公司)進行提取,采用黃嘌呤氧化酶法(羥胺法)測定超氧化物歧化酶(SOD)活性,采用鉬酸銨比色法測定過氧化氫酶(CAT)活性,采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)質量摩爾濃度。采用鄰苯二酚法(Ma et al.,2014)測定多酚氧化酶(PPO)活性,以單位質量下單位時間內分光光度值OD(420 nm)每增加0.01為1個單位。
1.2.3 植物體DEHP提取和質量分數測定
DEHP提取采用超聲提取方法(Zhao et al.,2015)并有適當修改。稱取植物樣品1 g置于玻璃離心管中,加20 mL二氯甲烷(色譜純)超聲提取10 min(重復3次),3500 r·min-1離心5 min后取上清液合并,采用硅膠柱凈化,旋轉蒸發儀(亞榮RE-52A,上海)以50 r·min-1轉速濃縮后,轉移至棕色進樣瓶中,氮吹定容至1 mL,4 ℃保存待測。
待測液中DEHP 采用氣相色譜質譜聯用儀(GC-MS)分析,參考USEPA 8270C方法(United States Environmental Protection Agency,1996)。GC-MS聯用儀型號為GC-MSQP2010(島津,日本),色譜柱為DB-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),載氣為高純氦氣(He)。質譜儀采用電子轟擊源(EI)。配制梯度濃度為0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、4.0 μg·mL-1的DEHP標準溶液并繪制標準曲線。DEHP空白加標回收率為85.1%~90.4%,方法檢出限為5.2 μg·kg-1。
1.2.4 統計分析方法
采用Microsoft Excel 2010軟件處理數據,文中數據均為各處理的平均數±標準偏差。采用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析(One-way ANOVA),采用最小顯著差異法(LSD)進行顯著性分析。
為了比較暴露于不同質量分數DEHP污染脅迫下玉米接種菌株與對照處理的響應差異,采用生物量敏感響應指數(Biomass Response to Stress,BRS)進行評價。BRS又可稱為脅迫響應生物量,指在某種脅迫存在情況下植物(或某組織、器官)生物量相對于脅迫不存在情況下的生物量增減量。BRS的計算方法參照Wang et al.(2009)文獻,公式如下:

式中,BRS為生物量敏感響應指數,BH為高污染水平玉米生物量,BL為低污染水平玉米生物量。
2.1 接種XB菌對DEHP脅迫下玉米生物量的影響
土壤DEHP脅迫影響玉米的生長。與空白對照相比,低水平處理(18 mg·kg-1)的玉米生物量顯著(P<0.05)增加(高14%),高水平處理(75 mg·kg-1)的則顯著(P<0.05)降低(低50%)(圖1),這與多環芳烴污染對互米花草(Spartina alterniflora)的影響情況類似(劉靜等,2015),即低水平促進植物的生長,高水平則抑制生長。與不接種微生物的處理相比,接種菌株XB促進了玉米生長,生物量增加,尤其是高水平DEHP處理接種菌株XB其玉米生物量是對應未接種處理的1.85倍,說明高水平DEHP土壤污染接種菌株XB能有效提高植物的抗逆性。不接種微生物處理的生物量敏感響應指數(BRS)小于接種菌株XB處理(表1),說明沒有接種菌株的玉米受DEHP脅迫更為敏感。由此可知,高水平DEHP污染會嚴重影響植物生長,在土壤中添加嗜吡啶紅球菌XB能有效消除DEHP對植物生長的抑制作用。

圖1 玉米植株的生物量Fig. 1 Biomass of the maize

表1 生物量敏感性響應指數Table 1 Index of biomass response to stress
2.2 接種XB菌對玉米體內DEHP質量分數的影響
不同DEHP處理下玉米根系和莖葉(或地上部)對DEHP的積累情況如表2所示。植物根系和莖葉DEHP質量分數均隨土壤DEHP質量分數增加而增加,這與不同品種菜心對土壤中PAEs的吸收積累規律相似(Zhao et al.,2015),說明植物可從土壤中吸收累積DEHP。與不接種菌株處理相比,接種菌株XB的根系DEHP質量分數顯著下降,莖葉略有下降但差異不顯著。玉米根系DEHP質量分數比莖葉的高,轉運系數(莖葉DEHP質量分數/根系DEHP質量分數)低于1.0,即DEHP更多被滯留在根系。
2.3 接種XB菌對玉米體內丙二醛質量摩爾濃度的影響
丙二醛(MDA)是細胞膜質的過氧化產物,若植物體內丙二醛積累,則表明植物體內質膜過氧化作用加劇(陳則友等,2012)。由圖2可知,玉米根系MDA質量摩爾濃度隨著土壤DEHP質量分數的增加而顯著增加,低污染水平和高污染水平處理的MDA質量摩爾濃度分別比空白對照高出258%和464%,表明膜質過氧化加劇,細胞傷害加重。低水平DEHP處理玉米莖葉的MDA質量摩爾濃度也比空白對照高出69%。但玉米莖葉MDA比對應處理根系的低,這可能是由于根系吸收或吸附的DEHP對其產生了比較直接的質膜過氧化作用。莖葉DEHP主要通過根系吸收并向上運移,其運移系數小于1.0(表2),即DEHP更易被滯留在根部(Cai et al.,2015;Zhao et al.,2015),故DEHP對玉米莖葉產生的質膜過氧化作用相對較小,其MDA質量摩爾濃度較根系的低。類似地,有研究發現隨土壤PAEs質量分數增加小麥幼苗葉片MDA質量摩爾濃度呈上升趨勢(張慧芳等,2010)。與不接種微生物處理相比,接菌處理顯著降低根系MDA質量摩爾濃度(低、高污染水平處理分別降低了60%和56%)和低污染水平處理莖葉MDA質量摩爾濃度(降低了31%);但高污染水平接菌處理的莖葉MDA質量摩爾濃度顯著增加。這可能與高污染水平DEHP處理下玉米莖葉累積更多DEHP(表2),導致其質膜過氧化作用更強有關。類似地,紫花苜蓿與真菌在聯合修復石油污染土壤時,其體內MDA質量摩爾濃度呈先下降后上升趨勢(李德生等,2011)。鎘脅迫條件下接種芽孢桿菌T3(Bacillus sp.),蔞蒿(Artemisia selengensis)體內MDA質量摩爾濃度顯著減少(周小梅等,2016)。

表2 玉米體內DEHP質量分數及轉運系數Table 2 DEHP concentration in the maize and translocation factor mg·kg-1

圖2 接種菌株XB對玉米體內MDA質量摩爾濃度的影響Fig. 2 Effect of inoculating strain XB on the content of MDA in the maize

圖3 接種菌株XB對玉米體內SOD活性的影響Fig. 3 Effect of inoculating strain XB on the activity of SOD in the maize
2.4 接種XB菌對玉米體內抗氧化酶活性的影響
通常,植物受污染物脅迫會引起植物代謝紊亂和活性氧水平升高。為避免由活性氧造成的氧化傷害,植物體內的抗氧化酶如SOD、CAT、PPO等活性升高,可有效地清除過量的活性氧,保護細胞或減輕活性氧的傷害(夏民旋等,2015)。由圖3可知,與空白對照相比,低水平DEHP處理的玉米根系SOD活性顯著增加(36%),而高水平DEHP處理的根系和莖葉SOD活性顯著下降(33%),表明在低水平污染條件下,玉米能有效地清除體內的活性氧自由基;但高水平污染下玉米細胞產生活性氧自由基的功能被激發,其體內SOD活性不足以消除DEHP所引起的氧化脅迫,從而導致SOD活性的降低(常青等,2008)。然而,高水平DEHP處理接種菌株XB能顯著提高玉米根系和莖葉SOD活性,分別是對應不接種微生物處理的2.54倍和1.34倍,分別比空白對照高出69%和3%。可見,土壤接種XB菌能有效增強玉米抗氧化酶SOD活性。
隨土壤DEHP質量分數增加,根系CAT活性先下降(19%)后上升(5%),高分別數DEHP處理莖葉的CAT活性也顯著高于空白對照(58%)(圖4)。類似地,劉金光等(2012)發現隨鎘質量分數增加龍葵(Solanum nigrum)幼苗CAT活性先下降后上升。與未接菌處理相比,接菌處理玉米莖葉CAT活性變化不大,但根系的CAT活性明顯增加;高污染水平接菌處理CAT活性比對應不接菌處理的高34%,差異顯著。說明在土壤DEHP高水平脅迫下接種菌株XB可提高玉米的抗氧化脅迫。

圖4 接種菌株XB對玉米體內CAT活性的影響Fig. 4 Effect of inoculating strain XB on the activity of CAT in the maize
隨著土壤DEHP質量分數的增加,玉米根系PPO活性顯著增加(143%~223%)(圖5),高水平處理玉米莖葉PPO活性比空白對照的高63%,說明玉米抵御DEHP脅迫能力增強。接種菌株XB后,玉米根系和莖葉PPO活性顯著增加,其中根系的PPO活性分別比對應低水平和高水平未接菌處理的提高了192%和64%,莖葉的分別提高了288%和48%。這可能是由于菌株刺激玉米根系和莖葉形成應激機制,激活玉米PPO活性。

圖5 接種菌株XB對玉米體內PPO活性的影響Fig. 5 Effect of inoculating strain XB on the activity of PPO in the maize
DEHP是一種典型的內分泌干擾物,會影響植物的生長和生理生化反應(Zhao et al.,2015,2016)。抗氧化酶系統在植物防御污染物脅迫機制中起重要作用(An et al.,2009)。有研究表明,在PAEs污染條件下,不同植物的組織細胞活性氧損傷加劇,植物抗氧化酶系統產生應激反應,酶活性發生改變(Zhang et al.,2014;Ma et al.,2015;胡芹芹等,2008)。其中一些特定PPO能對植物體內吸收累積的污染物進行轉化及代謝(Schroder,2007),在受污染脅迫時,PPO酶活性增加(龔帥帥等,2011)。本研究中,與空白對照相比,DEHP低水平處理玉米根系和莖葉MDA質量摩爾濃度增加,質膜過氧化增加,相應地,其根系和莖葉SOD和PPO活性顯著增加,減緩了DEHP脅迫,生物量顯著增加。但高水平處理玉米根系的MDA質量摩爾濃度比空白對照的增加了3.6倍,可能造成比較嚴重的質膜過氧化損傷,雖然CAT和PPO活性增加,但SOD活性下降,生物量亦隨之下降。
在污染土壤中接種外源微生物(如降解菌或植物促生菌)能夠緩解污染物對植物的脅迫。例如,在鎘污染條件下接種內生真菌(Neotyphodium gansuense),可提高醉馬草(Achnatherum inebrians)體內SOD、CAT等活性,降低鎘脅迫產生的活性氧損傷(MDA質量摩爾濃度顯著降低)(Zhang et al.,2010);甘藍型油菜(Brassica napus)接種抗鎘菌群后其生物量上升(Sheng et al.,2006)。本研究中,在DEHP污染條件下種植的玉米接種菌株XB后,根系SOD、CAT、PPO活性顯著增加,表明細菌可能與玉米根系形成協同作用,其抗氧化酶系統被激活,有效地去除逆境中產生的超氧陰離子O2-及H2O2等活性氧自由基,降低污染脅迫,提高生物量(如高污染水平接種處理玉米生物量提高了85%)。當然,也可能是菌株XB降解了部分土壤中的DEHP,降低其脅迫作用,使得MDA質量摩爾濃度下降,酶活性提高,生物量亦隨之提高。
另外,在污染土壤中接種微生物可以降低植物對污染物的吸收累積。例如,植入短芽孢桿菌(Brevibacillus brevis)和摩西球囊霉真菌(Glomus mosseae)都可增強三葉草(Trifolium)在鎳脅迫下的生長能力,并降低其對鎳的吸收積累(Vivas et al.,2006)。本研究中,玉米接種XB菌顯著降低了根系對DEHP的吸收積累,這可能是由于菌株XB促進了玉米對土壤及植物體內DEHP的降解,也可能是由于菌株XB以土壤中的DEHP為共代謝基質將其降解,減少了土壤中DEHP的質量分數,進而導致玉米對DEHP的吸收積累下降。但菌株XB調節玉米植株體內生理生化、降低植物體內DEHP質量分數等機制仍有待進一步研究。
在土壤DEHP不同質量分數污染脅迫下,玉米MDA顯著增加,質膜過氧化損傷加劇,且高污染水平處理顯著降低玉米生物量,玉米根系CAT和PPO活性顯著增加,產生應激響應。接種降解菌XB可以顯著降解MDA質量摩爾濃度,提高玉米體內SOD、CAT及PPO活性,緩解DEHP脅迫,降低玉米對DEHP的吸收積累,有利于保障農產品安全。
AN J, ZHOU Q X, SUN Y B, et al. 2009. Ecotoxicological effects of typical personal care products on seed germination and seedling development of wheat ( Triticum aestivum L. )[J]. Chemosphere, 76(10): 1428-1434.
CAI Q Y, MO C H, WU Q T, et al. 2008. The status of soil contamination by semivolatile organic chemicals (SVOCs) in China: a review [J]. Science of the Total Environment, 389(2-3): 209-224.
CAI Q Y, XIAO P Y, CHEN T, et al. 2015. Genotypic variation in the uptake, accumulation, and translocation of di-(2-ethylhexyl) phthalate by twenty cultivars of rice (Oryza sativa L.) [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 116: 50-58.
HE L Z, GIELEN G, BOLAN N S, et al. 2015. Contamination and remediation of phthalic acid esters in agricultural soils in China: a review [J]. Agronomy for Sustainalbe Development, 35(2): 519-534.
MA T T, CHRISTIE P, LUO Y M, et al. 2014. Physiological and antioxidant responses of germinating Mung Bean seedlings to phthalate esters in soil [J]. Pedosphere, 24(1): 107-115.
MA T T, TENG Y, CHRISTIE P, et al. 2015. Phytotoxicity in seven higher plant species exposed to di-n-butyl phthalate or bis (2-ethylhexyl) phthalate [J]. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 9(2): 259-268.
MENG X Z, WANG Y, XIANG N, et al. 2014. Flow of sewage sludge-borne phthalate esters (PAEs) from human release to human intake: Implication for risk assessment of sludge applied to soil [J]. Science of the Total Environment, 476-477: 242-249.
NIU L L, XU Y, XU C, et al. 2014. Status of phthalate esters contamination in agricultural soils across China and associated health risks [J]. Environmental Pollution, 195: 16-23.
SCHRODER P. 2007. Phytoremediation: Methods and reviews [M]. Totowa: Humana Press: 251-263.
SHENG X F, XIA J J. 2006. Improvement of rape (Brassica napus) plant growth and cadmium uptake by cadmium-resistant bacteria [J]. Chemosphere, 64(6): 1036-1042.
USEPA. 1996. Method 8270C Semivolatile organic compounds by gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS) [S]. Revision 3ed. United States Environmental Protection Agency.
VIVAS A, BIRO B, NEMETH T, et al. 2006. Nickel-tolerant Brevibacillus brevis and arbuscular mycorrhizal fungus can reduce metal acquisition and nickel toxicity effects in plant growing in nickel supplemented soil [J]. Soil Biology & Biochemistry, 38(9): 2694-2704.
WANG J L, YUAN J G, YANG Z Y, et al. 2009. Variation in cadmium accumulation among 30 cultivars and cadmium subcellular distribution in 2 selected cultivars of water spinach(Ipomoea aquatica Forsk.) [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57(19): 8942-8949.
WANG J, ZHANG M Y, CHEN T, et al. 2015. Isolation and identification of a di-(2-ethylhexyl) phthalate-degrading bacterium and its role in the bioremediation of a contaminated soil [J]. Pedosphere, 25(2): 202-211.
ZHANG X X, FAN X M, LI C J, et al. 2010. Effects of cadmium stress on seed germination, seedling growth and antioxidative enzymes in Achnatherum inebrians plants infected with a Neotyphodium endophyte [J]. Plant Growth Regulation, 60(2): 91-97.
ZHANG Y, WANG L, DU N, et al. 2014. Effects of diethylphthalate and di-(2-ethyl)hexylphthalate on the physiology and ultrastructure of cucumber seedlings [J]. Environmental Science and Pollution Research, 21(2): 1020-1028.
ZHAO H M, DU H, XIANG L, et al. 2015. Variations in phthalate ester (PAE) accumulation and their formation mechanism in Chinese flowering cabbage (Brassica parachinensis L.) cultivars grown on PAE-contaminated soils [J]. Environmental Pollution, 206: 95-103.
ZHAO H M, DU H, XIANG L, et al. 2016. Physiological differences in response to di-n-butyl phthalate (DBP) exposure between low- and high-DBP accumulating cultivars of Chinese flowering cabbage (Brassica parachinensis L.) [J]. Environmental Pollution, 208: 840-849.
蔡全英, 莫測輝, 李云輝, 等. 2005. 廣州、深圳地區蔬菜生產基地土壤中鄰苯二甲酸酯 (PAEs) 研究[J]. 生態學報, 25(2): 283-288.
曾巧云, 莫測輝, 蔡全英, 等. 2006. 鄰苯二甲酸二丁酯在不同品種菜心-土壤系統的累積[J]. 中國環境科學, 26(3): 333-336.
常青, 鄭宇鐸, 高娜娜, 等. 2008. 鄰苯二甲酸二乙基己酯對蠶豆根尖微核及幼苗超氧化物岐化酶的影響[J]. 生態毒理學報, 3(6): 596-600.
陳桐, 蔡全英, 吳啟堂, 等. 2015. PAEs脅迫對高/低累積品種水稻根系形態及根系分泌低分子有機酸的影響[J]. 生態環境學報, 24(3): 494-500.
陳意良, 魯磊安, 莫測輝, 等. 2016. DEHP脅迫對高/低累積鄰苯二甲酸酯品種水稻抗氧化酶系統的影響[J]. 熱帶作物學報, 37(8): 1484-1488.
陳則友, 曹學章, 彭安萍, 等. 2012. AM真菌和水分條件對稀土尾礦堆中植物生長的影響[J]. 農業環境科學學報, 31(11): 2101-2107.
龔帥帥, 韓進, 高彥征, 等. 2011. 抑制劑和安全劑對高羊茅根中酶活性和菲代謝的影響[J]. 生態學報, 31(14): 4027-4033.
胡芹芹, 熊麗, 田裴秀子, 等. 2008. 鄰苯二甲酸二丁酯 (DBP) 對斜生柵藻的致毒效應研究[J]. 生態毒理學報, 3(1): 87-92.
李德生, 高晶, 秦曉, 等. 2011. 2株真菌修復石油污染土壤及對植物幼苗生長的影響[J]. 天津理工大學學報, 27(3): 84-88.
李月靈, 金則新, 李鈞敏, 等. 2015. 接種土壤微生物對銅脅迫下海州香薷生長及光合生理的影響[J]. 生態學報, 35(12): 3926-3937.
劉金光, 張玉秀, 史沛麗, 等. 2012. 鎘對龍葵種子萌發及子葉抗氧化酶活性的影響[J]. 農業環境科學學報, 31(5): 880-884.
劉靜, 周美利, 張楠, 等. 2015. 多環芳烴菲和芘對互花米草生長和生理特征的影響[J]. 南開大學學報: 自然科學版, 48(1): 14-20.
魯磊安, 陳學斌, 趙海明, 等. 2016. 珠三角地區稻田土壤和谷粒中鄰苯二甲酸酯(PAEs)的分布特征及人體健康暴露風險[J]. 農業環境科學學報, 35(7): 1242-1248.
王曙光, 林先貴, 尹睿, 等. 2003. 土壤中酞酸酯 (PAEs) 對叢枝菌根化植物生長的影響[J]. 農村生態環境, 19(1): 31-35.
夏民旋, 王維, 袁瑞, 等. 2015.超氧化物歧化酶與植物抗逆性[J]. 分子植物育種, 13(11): 2633-2646.
嚴青云, 向壘, 吳小蓮, 等. 2016. 環丙沙星高、低積累菜心 (Brassica campestris L.) 抗氧化性能的差異[J]. 環境科學學報, 36(7): 2694-2700.
楊國義, 張天彬, 高淑濤, 等. 2007. 廣東省典型區域農業土壤中鄰苯二甲酸酯的分布特征[J]. 應用生態學報, 18(10): 2308-2312.
姚倫芳, 滕應, 劉方, 等. 2014. 多環芳烴污染土壤的微生物-紫花苜蓿聯合修復效應[J]. 生態環境學報, 23(5): 890-896.
張慧芳, 苗艷明, 丁獻華, 等. 2010. 鄰苯二甲酸酯對小麥幼苗生理指標的影響[J]. 安徽農業科學, 38(7): 3374-3377.
周小梅, 趙運林, 董萌, 等. 2016. 芽孢桿菌T3菌株對鎘脅迫下蔞蒿生理特性和根際微生物的影響[J]. 西北植物學報, 36(10): 2030-2037.
Alleviation of Phthalic Acid Ester (PAE) Stress on Maize by Inoculating PAEs-degrading Strain
CHEN Xuebin, ZHAO Haiming, MO Cehui, CAI Quanying*
School of Environment, Jinan University, Guangzhou 510632, China
Phthalic acid esters (PAEs) is a class of typical enviromnental endocrine disrupters.In China, the agricultural soil was generally contaminated by PAEs. PAEs in soil can affect plant growth and their physiological and biochemical characteristics, and also can be taken up and accumulated by crop which affects the safety of agricultural products. It is very urgent to explore the bioremediation technologies of PAEs contaminated soil and to investigate the alleviation of efficient PAE-degrading strain on PAE stress and reduction of PAE uptake and accumulation by crops. In this study, di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), with higher detection frequency and concentrations among PAE compounds in soil, was selected as the target compound. Maize (Zea mays) was grown in DEHP contaminated soil with concentrations of 18 and 75 mg·kg-1(namely low and high DEHP treatment, respectively) by the pot experiment, and efficient PAE- degrading bacterium (Rhodococcus pyridinivorans XB) was inoculated in maize to investigate its alleviation of DEHP stress on maize growth and DEHP accumulation. Results show that soil DEHP significantly increased malondialdehvde (MDA) content of maize (P<0.05), especially for the root of high DEHP treatment (by 464%). Correspondingly, the maize biomass of the high DEHP treatment decreased significantly (P<0.05), even though the activities of superoxide dismutase and catalase of maize root significantly increased (P<0.05), indicating serious DEHP stress occurred on maize. Compared with non-inoculated microbe treatment, inoculating strain XB could significantly improve the activities of superoxide dismutase (by 10%~154%), catalase (by 11%~34%), polyphenol oxidase (by 48%~288%) and increase maize biomass (by 5%~85%), while reduced malondialdehvde content (by 30%~60%) and DEHP accumulation of maize (by 4%~60%). This suggests that the strain XB could alleviate the stress of DEHP on maize growth, reduce accumulation of DEHP in maize, which is helpful for ensuring the safety of agricultural products.
Di(2-ethylhexyl) phthalate; Rhodococcus pyridinivorans; maize; antioxidant enzyme system; accumulation
10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.03.019
X172
A
1674-5906(2017)03-0493-07
陳學斌, 趙海明, 莫測輝, 蔡全英. 2017. 接種鄰苯二甲酸酯(PAEs)降解菌緩解PAEs對玉米脅迫效應和機制研究[J]. 生態環境學報, 26(3): 493-499.
CHEN Xuebin, ZHAO Haiming, MO Cehui, CAI Quanying. 2017. Alleviation of phthalic acid ester (PAE) stress on maize by inoculating PAEs-degrading strain [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(3): 493-499.
國家自然科學基金項目(41573087;U1501233);廣東省自然科學基金研究團隊項目(1614060000034);廣東省應用型科技研發專項項目(2016B020242005)
陳學斌(1991年生),男,碩士研究生,研究方向為有機污染土壤修復。E-mail: 340197081@qq.com *通信作者。蔡全英,E-mail: yingqy@126.com
2017-03-01