旱坡地土壤DDT降解过程及其功能微生物生态学机制

This project aims to study the degradation and detoxification mechanism of the organochlorine pesticide DDT and its high toxicity intermediates by the in-situ functional microorganisms in drought soils. Microcosm contaminated soil experiments are conducted to investigate the reductive transformation and ring-opening degradation pathway of DDT in the South China drought slope soil based agricultural ecosystem. Stable isotope probing technology combined with molecular ecological methods such as genetic fingerprints and 454 high-throughput sequencing technologies are employed to in-situ identify the function microorganisms responsible for DDT assimilating degradation in soil. Real-time quantitative PCR is applied to analyze quantitatively the key degrading microorganisms of main DDTs intermediates, e.g., DDD, DDE, DBP, 4-chlorobenzoic acid and so on. Reverse transcription quantitative PCR can help to find the transcription levels of DDT degradating functional genes, e.g., biphenyl dioxygenase, dehydrochlorinase, reductive dehalogenase and so on. These are helpful to reveal the mechanism of the soil DDT degradation in microbial ecology, and provide theoretic support for the establishment of enhanced degradation and control technique of DDTs in drought slope soils.

本项目旨在研究旱地土壤有机氯农药DDT及其高毒性中间产物的原位功能微生物降解脱毒机制。本项目以南方旱坡地DDT污染土壤为研究对象，利用土壤微宇宙污染控制实验，在明确DDT脱氯转化和开环降解过程与途径的基础上，以降解过程为重点，利用稳定性同位素探针技术结合基因指纹图谱和454高通量测序等分子生态学方法，原位鉴定直接参与同化降解土壤DDTs的功能微生物菌群。利用实时荧光定量PCR技术，定量分析DDD、DDE、DBP和4-氯苯甲酸等DDT主要中间产物的关键降解微生物。进一步利用反转录定量PCR技术探索降解微生物功能基因（联苯双加氧酶、脱氯化氢酶和还原脱氯酶等）的转录水平，揭示土壤DDT降解的微生物生态学机制。为建立旱坡农田土壤DDT残留的强化降解与调控技术提供理论支撑。

本项目以南方旱坡地土壤为研究对象，利用土壤微宇宙污染控制实验，在动态监测灭菌和未灭菌土壤中DDT及其代谢产物的基础上，研究了南方旱坡地土壤有机氯农药DDT的自然转化和降解过程与途径；进一步利用稳定同位素探针技术（DNA-SIP）结合Illumina高通量测序技术等分子生态学方法，原位鉴定了直接参与同化降解土壤DDTs的功能微生物群菌群；并根据实验室关于蚯蚓能够促进五氯酚等农药降解的前期研究基础，探讨了蚯蚓在土壤DDT降解过程中的重要作用，并通过研究DDT在蚯蚓活动形成的不同蚓触圈各基质中的降解和转化过程分析了蚯蚓影响DDT降解的机理。研究结果表明：DDT在灭菌土壤中的降解非常缓慢，未灭菌土壤中DDT的降解半衰期也要18周左右，而添加蚯蚓会极大地促进土壤DDT的降解，降解半衰期缩短为8周，即土壤DDT的削减主要是土壤生物的作用；在第4周、8周和14周，DDD都是自然土壤中摩尔比最高的降解产物，其次是DDE和DDMU，添加蚯蚓后，代谢产物中DDE的比例有所上升；蚯蚓一方面通过其肠道内容物对土壤DDT起到直接的降解作用，另一方面通过自身的活动通过影响土壤理化性质促进土壤DDT的降解；DNA-SIP-Illumina测序技术的原位鉴定结果表明，在自然土壤中参与DDT降解的主要功能微生物是Streptomyces，Bacillus，Virgibacillus和Other Sporolactobacillaceae，添加蚯蚓后，DDT主要降解功能微生物是Virgibacillus，Other Sporolactobacillaceae，Other Sporolactobacillaceae，Unclassified Bacillales和Dermacoccus；蚓触圈各基质中的主要DDT降解功能微生物也各不相同。本项目的研究结果能够为建立旱坡农田土壤DDT残留的强化降解与调控技术提供理论基础。