模拟根系分泌物和低分子量有机酸对农田土壤中PAHs结合态残留的活化作用开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

本课题的意义：

多环芳烃( polycyclic aromatic hydrocarbons,pahs)是一类广泛存在于环境中的,具有致癌、致畸、致突变性的持久性有机污染物^[1] , 主要来源于火山喷发、森林火灾等自然过程以及石油化工、燃煤等人类活动。具有低水溶性和憎水性,憎水性有机污染污易被土壤固相牢固吸附^[17]，土壤因而成为其主要的环境归宿之一。pahs是环境中一类危险而需重点研究的、也是各国优先控制的污染物。进入土壤的多环芳烃易被土壤有机质吸附固定^[2-4]，且残留期长，严重危害土壤的生产和生态功能、农产品安全和人类健康。因此，如何降解土壤中pahs，提高其生物可利用性，一直是有机污染土壤修复技术着力解决的难题之一。

目前,治理有机污染土壤的方法主要有物理修复、化学修复和生物修复等^[15]。物理化学修复技术成本昂贵、易造成地下水等次生污染，不适合大规模应用。其中生物修复技术因为具有成本低、无二次污染、可大面积应用等优点而备受重视^[5，19]，但微生物修复往往需要向土壤中引入外源微生物，这些被引入的专性降解菌或基因工程菌降解pahs的效果易受到土著微生物竞争的影响，而且外源菌的引入也存在潜在的土壤生态风险^[6]。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

从可行性、经济性、安全性等多方面综合考虑，防治pahs通过食物链进入动物和人体内，严重危害土壤的生产和生态功能、农产品安全和人类健康。降低治理成本，提高治理效率，避免二次污染。

研究内容：

3. 研究的方法与方案

研究方法：

（1）收集近年来对于PAHs的研究进展，以及土壤多环芳烃污染治理技术，根际分泌物的研究进展的资料。

（2）通过做实验以菲、芘为土壤中PAHs的代表物，探讨模拟根系分泌物和草酸、柠檬酸、苹果酸对根际土壤中PAHs 结合态残留的生物可利用性、时空分布及转化。

（3）通过对实验数据结果的分析总结出系统地研究根系分泌物及其低分子量有机酸组分对根际土壤中PAHs结合态残留转化的影响规律。

技术路线：在附件中

实验方案：

1试剂与仪器

试剂：菲和芘均购自Aldrich chemical Co., 纯度98%，分子量分别是178.23和202.26g/mol，纯水中溶解度为1.18和0.12mg/L(25℃)，辛醇-水分配系数(logK_ow)分别为4.46和4.88。甲醇为色谱纯，柠檬酸、苹果酸、草酸、丙氨酸及丝氨酸均为分析纯，水为去离子水。

仪器：岛津LC-20AT高效液相色谱仪（检测器型号SPD-20A），HZ-9210K冷冻摇床，KQ5200DE型数字超声波清洗器，低速离心机，超低温冷冻冰箱等．

2供试土壤

红壤和红棕壤分别采自武汉和鹰潭城郊农田表层（0~20cm），土壤理化性质见表1。土壤采集后，风干，过60目筛备用。

表1 供试土壤的理化性质

将风干的无PAHs污染黄棕壤磨碎，过60目筛，制备成初始浓度为菲、芘均为100ppm的污染土壤，使用0.02%的NaN₃溶液灭菌培养。

仅含PAHs结合态残留土壤:

制备污染土壤，25℃密封培养50天，1:1的二氯甲烷和丙酮（固液比3:10）超声萃取1h，4500rmin^-1离心20分钟，反复5次，取土壤沉淀通风橱风干，即为仅含PAHs结合态残留的土壤，磨碎过60目筛，待用。

3 实验方法

取16.67gPAHs结合态残留土样样品置于30ml小棕瓶，加入6ml含0.02% NaN₃系列根系分泌物溶液，调节土壤含水量为36%，内避光25℃培养，70天采样，冷冻干燥，正丁醇提取生物可利用性PAHs。

培养老化土壤的第0、20、30、40、50、60、80天，取样测定PAHs结合态残留的量，绘制PAHs结合态残留的量随时间变化曲线。

4数据处理与统计方法

各处理均为3次重复，采用EXCEL、SPSS软件对数据进行统计分析。

可行性分析：

（1） 已学习了环境类和微生物学的相关课程。

（2） 指导教师进行了这方面的初步研究，并提供了实验室及共同学习的机会，给予了很多指导。

4. 研究创新点

特色或创新之处：

（1） 本项目课题研究的是采用生物法治理多环芳烃污染的土壤，还涉及根际环境，环保、安全、潜力大。

（2） 采用微宇宙法，模拟土壤根际环境中根际分泌物对结合态pahs的活化。

5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展：

2014年12月：搜集整理和阅读各类相关文献资料补充在多环芳烃、根基分泌物等方面的知识，做好实验前的准备，进行个别步骤的预实验。

2014年23月：撰写开题报告，并根据预实验的结果对实验方案的不足之处进行修改和改进。