人工湿地根际界面微生态过程与磺胺类抗生素的环境行为研究

As a kind of new type contaminant which will be commonly detected in the environmental medium, antibiotic aroused increasingly concerned environmental security risk. Constructed wetlands are considered to be a low-cost common technique for treating domestic wastewater. Intensive study on the environmental behavior and fates of antibiotic in the wetland plant-substrate system showed important theoretical and practical significance on the developing of new treatment technology and reducing the risks to the environment and health. This project intends to study the absorption, accumulation and degradation ability of different wetland plants to sulfonamides using HPLC/MS detecting techniques, isotopic tracer technique and microbial molecular biology through hydroponic culture, rhizo-box and constructed wetland simulator experiments. The physiological and biochemical control factors (roots oxygen secretion, root exudates, iron plaque, etc.) and the response changes of biological characteristics (microorganism quantity, population structure and extracellular enzyme activity) in the rhizosphere interface of high tolerance plants under the antibiotics pollution stress were discussed. The relationship between response environmental behavior (migration, transformation and fixation process) and the biological availability of antibiotics under the influence of the micro-ecology process in the rhizosphere interface of wetland plants were clarified. The project would reveal dynamic adjustment process and the adaptive adjustment mechanism of wetland plants rhizosphere ecosystem in the millimeter-scale micro-zones under the antibiotics pollution stress, which providing theoretical basis in breeding of high resistance wetland plants for application of constructed wetland technology .

抗生素作为新型有机污染物广泛检出于各种环境介质，其环境风险日益受到关注。人工湿地常用于处理生活污水，深入研究人工湿地植物—基质中抗生素的环境行为与归趋，有助于优化相关处理技术、降低抗生素引起的环境健康风险。本项目拟以磺胺类抗生素为研究对象，通过水培、根际箱与模拟人工湿地试验，利用液相色谱/质谱技术、同位素示踪和微生物分子生物学等研究手段，研究不同品种湿地植物对污水中抗生素吸收、累积能力；分析高耐性品种根系对抗生素胁迫下的生理生化(根系泌氧/孔隙度、根系分泌物、根表铁膜等）控制因素与生物学性状（微生物数量、种群结构和胞外酶活性等）的响应变化；进而阐明湿地根际界面微生态过程对抗生素环境行为（迁移、转化和固定过程）的作用机理。该研究通过揭示磺胺类抗生素胁迫下的湿地根际毫米级微域中微生态系统的动态调节过程和适应性调节机制，为高耐湿地植物品种的选育和人工湿地技术应用提供理论依据。

探索人工湿地基质—植物—微生物—水体之间相互作用的界面微生态过程及其对污染物环境行为的影响，揭示人工湿地抗生素降解机理和调控机制，不仅可以更有效的修复受污染水体，也有利于开发植物和微生物资源，促进人工湿地处理技术的发展。本研究以水环境中普遍检出的磺胺类抗生素（SAs）为污染物，通过水培、根际箱和模拟人工湿地试验，利用液相色谱/质谱联机技术、物料平衡计算和16SrRNA的高通量测序等研究手段，从根系分泌物（泌氧和碳源）角度去探讨植物促进根际微生物群落结构定向变化规律，并由此影响磺胺类抗生素在根际界面的吸收、积累、降解等环境行为与植物耐性，获得研究成果如下，.1）湿地植物在环境浓度SAs污染暴露下兼具根系净化功能和较高耐性。即环境浓度SAs暴露下植物耐受性较强，植物净化功能不受影响，湿地植物根部吸收SAs具有浓度依赖性，植物体SAs的解毒代谢可增强植物耐性，纸莎草是SAs污染胁迫下吸收功能和综合耐性较高的湿地植物材料；.2）湿地植物根系对根际微域微生物的空间分布与演替具有显著调控作用。即湿地植物能显著降低SAs污染对微生物的生长抑制，提升根区细菌生物量（16SrRNA基因）；湿地植物能显著改善SAs污染对微生物群落结构分异程度，提升根区微生物群落结构的多样性指数和均匀度；总体揭示了湿地植物根际效应的存在，明确了植物在人工湿地处理污染物过程维持系统稳态的重要性。.3）湿地植物根际效应促进根际微域SAs降解行为。即根系可能通过提升根区O2及DOC含量来增加根区的微生物丰度，促进SAs降解，进而降低系统耐药基因的传播风险，证实了抗生素污染水体的植物修复技术的可行性与安全性。 .4）根系泌氧是湿地植物根际效应的主要诱导因素。即根区好氧微环境有利于丛毛单胞菌科、硝化菌属、泉古菌属、硝化螺菌属等好氧细菌的生长，加速SAs发生好氧降解，最终阐明了磺胺类抗生素在人工湿地微生态过程影响下的环境行为及去除机制。