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多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）是一类具有“致畸、致癌、致突变”效应且难以降解的持久性有机污染物（Persistent organic pollutants,POPs）。PAHs可被植物吸收,通过食物链积累对人类健康造成巨大威胁。植物-微生物联合作用常被用于PAHs污染土壤的修复以及降低污染区作物的PAHs污染风险。根际微域是土壤-植物系统中微生物最活跃的区域,对有机污染物的去除有重要意义。近年来的研究发现,PAHs污染条件下的土壤-植物系统中含有大量的PAHs降解微生物,这些微生物中携带着数量可观的降解基因。虽然PAHs降解基因存在于土壤和植物中已被证实,但其在根际区域和植物体内的丰度和分布情况尚不清楚。同时,PAHs降解与硝化、反硝化、甲烷氧化过程等是否相互影响,PAHs污染下碳循环和氮循环相关功能基因的分布有何规律等鲜有报道。本文将采集自长期受PAHs污染场地的土壤人工加强菲（phenanthrene）、芘（pyrene）污染并设置不同污染梯度,之后利用根箱装置种植紫花苜蓿（Medicago sativa L.）,将种植土壤分为根际土、靠近根际土、远离根际土和对照土。以前期分离的PAHs降解菌株Sphingobium.sp.RS2为供试菌株,该菌株已证实对菲有良好的降解作用。通过高效液相色谱技术和实时荧光定量PCR技术,研究了不同PAHs污染强度对种植紫花苜蓿的土壤-根表-植物系统中PAHs降解基因丰度和分布的影响;通过高通量测序技术剖析了紫花苜蓿根内部和茎叶部内生细菌、根表细菌和土壤细菌群落结构组成特征和多样性,揭示了细菌群落对PAHs污染的响应特征;同时也探明了 PAHs污染下土壤-根表-植物系统中碳循环和氮循环相关功能基因的丰度和分布特征;为更好得利用植物-微生物联合作用防治PAHs污染提供相应的技术支持和理论依据。主要研究成果如下:1.揭示了不同PAHs污染强度下土壤-根表-紫花苜蓿系统中PAHs降解基因的丰度和分布通过对不同PAHs污染强度下土壤-根表-植物系统中的紫花苜蓿生长情况以及PAHs残留情况进行检测,发现高浓度PAHs污染对紫花苜蓿的生长有抑制作用,接种功能菌株RS2可以促进紫花苜蓿的生长,根际土壤中PAHs残留浓度显著低于非根际土壤。进而通过qPCR技术发现土壤-根表-植物系统中都存在着数量可观的PAHs降解基因nidA、nahAc和phe,并且随着PAHs污染强度增加,降解基因的丰度也随之增加;不同采样区域相比,根表部位降解基因丰度最高,各层室土壤次之,植物根内部和茎叶部丰度最低;同一采样区域来看,phe基因拷贝数显著高于nahAc和nidA基因。菲、芘残留浓度与nahAc基因拷贝数呈显著正相关。2.阐明了不同PAHs污染强度下土壤-根表-紫花苜蓿系统中细菌群落结构组成特征和多样性对紫花苜蓿种植土壤、根表部、根内部以及茎叶部的细菌群落进行16S rRNA基因V4-V5区高通量测序分析。结果表明,各采样部位的细菌群落结构多样性排序为土壤＞根表部＞根内部＞茎叶部,这说明了土壤中的细菌群落结构多样性远高于植物体内。其次,植物体内的很多细菌类群在土壤中也存在,意味着土壤中的一些细菌可以经过根际、根表和根内环境的多次选择后进入到植物体内。再次,不同采样部位间的细菌群落结构组成存在明显的差异,各部位优势种属不尽相同,芽孢杆菌Bacillus在根表部占据绝对优势,而剑菌属Ensifer在根内部优势明显。另外,定殖RS2能够促进根表中与PAHs降解相关种属（如鞘氨醇单胞菌Sphingomonas、类芽孢杆菌Paenibacillus、类诺卡氏菌Nocardioides）的相对丰度以及协同关系的增加。3.剖析了不同PAHs污染强度下土壤-根表-紫花苜蓿系统中碳循环和氮循环相关功能基因的丰度和分布特征在土壤-根表-植物系统中,PAHs污染下对碳氮循环相关功能基因的丰度以及分布有一定影响。总体来讲,根表部中功能基因丰度最高,各层室土壤次之,植物根内部和茎叶部功能基因丰度最低。随着菲、芘污染含量的增加,各种功能基因都受到了不同程度的影响。amoA和narG的丰度随着污染强度的增加而增加;nirK、cbbL、mcrA和pmoA的丰度随着污染强度的增加而减低。结合第三章高通量测序结果进行相关性分析发现,固氮菌、氨氧化细菌、反硝化菌、甲烷氧化菌等相关种属细菌均在土壤-根表-植物样品中有检出。由于PAHs污染对相关种属细菌的影响不同,不同种属细菌相对丰度与功能基因丰度间的相关性也有所差异。硝化螺菌属（Nitrospira）相对丰度与nirK基因拷贝数呈正相关;红球菌属（Rhodobacter）相对丰度与amoA拷贝数呈负相关,慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）与narG拷贝数呈也负相关。甲基杆菌属（Methylobacter）、嗜甲基菌属（Methylophilus）等菌属得相对丰度与cbbL、mrcA和pmoA基因拷贝数呈正相关。