土壤有机污染物种类众多,比如多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)等。微生物的降解作用和植物-微生物协同作用是根际微生物修复土壤有机污染的主要原理。根际土壤微生物可以通过将污染物分解成自身及植物体可以利用的小分子物质,从而达到修复土壤有机污染的目的。大部分相对分子量较低的有机物可以直接被根际微生物代谢,但相对分子量较高的有机物的化学结构不同,其降解过程也不尽相同。
根际微生物还可以通过促进植物生长,提高植物对有机污染物的吸收和降解,进而实现土壤污染修复。不同微生物对植物生长的促进机制不同,这与它们独特的新陈代谢方式有关,主要可归纳为4大类:增加营养的生物化肥、分泌促进植物生长的植物刺激剂、降解有机污染物的根际调节剂以及分泌控制植物疾病的生物防护剂。
此外,根际微生物的代谢物(如生物表面活性剂、嗜苷酸、有机酸和抗生素等)能够提高土壤养分的有效性和矿物吸收,促进植物生长和土壤中污染物的解吸,还有助于清除活性氧,调节胁迫诱导的乙烯,显著增强了植物对有机污染物的吸收能力,提高了植物修复效率。PCBs主要通过厌氧微生物介导的还原性脱氯作用实现降解。对于PAHs,一方面,根际微生物可以将其作为唯一碳源和能源将其降解,例如,微黄分支杆菌(Mycobacteriumgilvum)可以将PAHs作为碳源,去除土壤中16种PAHs;另一方面,微生物共代谢也是土壤中PAHs转化的重要机制之一,在共代谢情况下,PAHs可以作为多种微生物的共同底物,被共代谢降解。研究显示,假单胞菌属(Pseudomonassp.)、伯克霍尔德菌属(Burkholderiacepacia)和红球菌属(Rhodococcussp.)聚生体对芘的降解率高达99%。
此外,根际微生物体内的酶系统能够将有机污染物作为底物,介导氧化还原反应,从而有效地将有毒化合物转化为低毒或无毒的代谢产物。研究显示,可以分泌ACC脱氨酶的细菌能通过降解ACC,抑制乙烯合成,从而提高植物对胁迫的耐受能力。Li等从烟草根际土壤中筛选出具有二氯喹啉酸降解能力的细菌,并发现,这些细菌不仅能降解二氯喹啉酸,还能促进烟草幼苗生长和种子萌发。这类细菌能保护植物免受非生物胁迫,其内在机制往往与磷酸盐溶解、固氮、植物激素和酶的产生有关。铜绿假单胞菌S07(PseudomonasaeruginosaS07)通过产生鼠李糖脂来提高对呋喃丹污染土壤的修复能力,在根际区域,鼠李糖脂具有优异的乳化能力,可以有效溶解环境中的疏水有机污染物,从而促进该类污染物的进一步生物降解。
