石油类污染物胁迫下湿地微生物功能群演替机制——以安庆沿江湖泊湿地为例

Petroleum contaminants in the wetland, not only change its physico-chemical properties , but also bring serious toxicity to their organisms. Further, petroleum contamination may deteriorate the regulatory function of wetland ecosystem and thereby result in a great threat to the survival environment of human being. Therefore, exploring the geochemical behaviors of petroleum contaminants and the succession mechanism of microbial functional communities under petroleum contaminants in natural wetland sediment will be a critical step in the management of contaminated wetlands. This study will take typical Anqing wetland along the Yangzte river as the subject investigated, and integrate different kinds of modern physico-chemical-biological tools of environmental microbiology, modern molecular biology, analytical chemistry and isotope fractionation technology to investigate the interaction mechanism between wetland petroleum contaminants and its microorganisms at molecular level and substrate metabolism, analyze the geochemical information of transportation, transformation and degradation, and study the dynamic succession mechanism of microbial functional communities in wetland under petroleum contaminants, in order to provide a theoretical support for establishing an effective bioremediation technology.

石油类污染物在进入湿地系统后，不仅改变其非生命物质结构，同时也对其生物体带来较大毒害，导致湿地生态系统调节功能日趋恶化，已对人类赖以生存的环境构成严重的威胁。探索自然湿地沉积物中石油类污染物的环境地球化学行为及微生物功能群结构演替规律是解决其湿地污染的关键所在。本研究以典型的安庆沿江湖泊湿地为研究对象，将环境微生物学、现代分子生物学、分析化学、同位素分馏技术等先进的理化生手段相结合，从分子水平和物质代谢角度深入系统研究石油类污染物与自然湿地微生物的相互作用机制，揭示石油类污染物在湿地生态系统中的转化降解等地球化学信息以及研究石油类污染物胁迫下的湿地微生物功能群演替规律，以期为建立有效的典型湿地石油类污染物污染预防和生物修复技术提供理论支撑。

对安庆沿江湖泊湿地受石油污染严重的沉积物中优控的16种多环芳烃PAHs的赋存状态分析发现该湿地存在明显的PAHs 污染，PAHs主要分布在沉积物下10-40 cm深度，以菲、荧蒽、芘、苯并(a)蒽等为代表。部分污染严重的沉积物中Σ16PAHs含量为450-3640 ng/g的水平，其均值为2242.5 ng/g。与国内其他淡水湖泊湿地相比，安庆沿江湖泊湿地石油烃污染状况较为严峻。利用高通量测序技术（High-throughput sequencing）分析该湿地受石油污染干扰比较严重的沉积物微生物群落结构发现沉积物中细菌以Chloroflexi，Proteobacteria，Firmicutes，Aminicenantes等细菌门类为主，而沉积物中优势种属的细菌功能多涉及有机物降解产小分子化合物，如乙酸等。同时，湿地沉积物中古菌以Bathyarchaeota，Euryarchaeota，Thaumarchaeota等门类为主。资料表明Bathyarchaeota在胞外蛋白和芳香族化合物降解等方面潜能较大，Euryarchaeota在甲烷代谢方面潜力较大。同时，利用高通量测序技术对安庆地区典型退化湿地的主要植被菰草根系微生物群落结构进行分析发现不同栖息类型的菰草根际的微生物群落结构存在较大的差异，根际微生物群落结构的差异化可能促进该物种有效适应不利的环境，从而实现自身的过度生长，最终导致淡水湖泊湿地的陆地化进程。通过高通量测序技术和气相-质谱联用仪（GC-MS）联合使用对湖泊湿地水体微生物群落的石油烃降解能力研究发现：安庆沿江湖泊湿地水体中富含大量的红球菌属Rhodococcus，诺卡氏菌属Nocardia，假单胞菌属Pseudomonas等石油烃降解功能微生物。在以石油为唯一碳源的连续驯化下，水体复合菌群可以实现原油中正构烷烃类的全部降解，而对PAHs类化合物，例如Naphthalenes，Decalins，Fluorenes，Phenanthrenes，Dibenzothiophenes，以及Chrysenes等的降解效率达10-100%。研究发现石油类污染物可以促进湿地微生物群落结构发生明显的演替，并以石油烃降解功能微生物菌群为代表。湿地生态系统中存在大量的涉及石油烃降解和甲烷代谢有关的微生物资源，为自然湿地石油烃类污染物的原位微生物生态修复创造了良好的条件。