棘孢木霉菌及与水铁矿联合施用调控作物生长及砷吸收的应用研究

摘要

农田土壤中砷的过量累积会影响作物生长，农作物吸收砷后还可通过食物链方式威胁人体健康。本论文基于前期报道的具有高耐砷和砷形态转化能力的棘孢木霉菌（Trichoderma asperellum SM-12F1），首先以相对低吸收砷但不耐受砷胁迫的小油菜为对象，研究了土壤接种棘孢木霉菌对小油菜砷胁迫的影响及可能机理，然后以高累积的空心菜为对象，研究了棘孢木霉菌与水铁矿联合施用调控空心菜生长及砷吸收的效果，最后探索性地利用水铁矿负载棘孢木霉菌形成一种微生物-化学复合材料，研究该复合材料施用后对土壤砷有效态性的调控效应。主要结果如下
　　1.土壤外源砷120mg kg-1条件下小油菜生长受到显著抑制，接种棘孢木霉菌增加了小油菜生物量，同时降低了小油菜砷富集系数。与外源砷处理相比，土壤接菌后小油菜地上部生物量显著提高818％，砷含量降低124％。土壤和小油菜地上部均检测到一甲基砷和二甲基砷，表明接种棘孢木霉菌降低了小油菜体内砷的毒性。外源砷胁迫下小油菜超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，以及谷胱甘肽、抗坏血酸及丙二醛含量显著升高，接种棘孢木霉菌后小油菜体内部分抗氧化胁迫相关酶活性下降。
　　2.棘孢木霉菌与水铁矿联合施用促进了砷污染土壤上空心菜生长，降低了空心菜对砷的吸收，同时提高了土壤生物学功能。联合施用后空心菜地上部和地下部砷含量分别显著降低了37％和34％。联合施用后土壤有效态砷含量较对照显著降低了40％。联合施用后土壤中磷脂脂肪酸总量和种类显著提高，革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌、细菌、真菌所对应PLFAs含量较对照分别增加68％、76％、292％、133％和626％。相应地，联合施用后土壤中相关酶活性亦有显著提升。
　　3.水铁矿负载棘孢木霉复合材料施用后期（28d以后）可显著降低土壤有效态砷含量。培养126d后，施用复合材料土壤有效态砷含量较培养初期显著降低346％-561％。复合材料施用后对土壤中砷的钝化过程较水铁矿缓慢。负载棘孢木霉菌后其比表面积和孔体积比水铁矿处理分别降低824％和482％。利用扫描电镜结合能谱分析发现，水铁矿负载棘孢木霉后表面铁元素相对含量显著降低，而碳元素相对含量显著增加。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．2 农田中砷累积的毒害作用

1．3 微生物参与环境中砷的地球化学大循环

1．4 利用微生物修复或调控砷污染土壤研究现状

1．4．1 微生物对砷的累积作用

1．4．2 微生物对砷的氧化与还原

1．4．3 微生物对砷的甲基化与砷挥发

1．6 论文研究的切入点

1．8 技术路线

第二章 材料与方法

2．1．2 主要试剂

2．2．2 棘孢木霉菌与水铁矿联合施用调控空心菜生长及砷吸收的效果

2．2．3 水铁矿负载棘孢木霉复合材料对土壤砷有效性的影响

2．3 分析方法

2．3．5 土壤磷脂脂肪酸(PLFAs)方法分析土壤微生物多样性

2．3．8 植物体内抗氧化酶的分析

2．5 数据分析

第三章 土壤接种棘孢木霉菌降低小油菜砷胁迫及其可能机理

3．1 结果与分析

3．1．1 接种棘孢木霉菌调控砷胁迫下小油菜苗期生长的效果

3．1．2 接种棘孢木霉菌对小油菜全生长期生物量及砷含量的影响

3．1．3 棘孢木霉在土壤中的定殖及其土壤pH及有效态砷含量的影响

3．1．4 接种棘孢木霉菌对土壤砷化学形态的影响

3．1．5 接种棘孢木霉菌对砷污染土壤上小油菜地上部砷化学形态的影响

3．1．6 接种棘孢木霉菌对砷污染土壤上小油菜地上部抗氧化相关酶活性的影响

3．2 讨论

3．3 小结

第四章 棘孢木霉菌与水铁矿联合调控空心菜生长及砷吸收的效果

4．1．2 棘孢木霉菌与水铁矿联合施用对空心菜吸收砷的影响

4．1．3 棘孢木霉菌与水铁矿联合施用对土壤有效态砷及砷固液分配系数的影响

4．1．4 棘孢木霉菌与水铁矿联合施用对土壤pH及各结合相砷的影响

4．1．5 棘孢木霉菌与水铁矿联合施用土壤砷化学形态的影响

4．1．6 棘孢木霉菌与水铁矿联合施用对土壤微生物群落的影响

4．1．7 棘孢木霉菌与水铁矿联合施用对土壤酶活性的影响

4．2 讨论

4．2．2 棘孢木霉菌与水铁矿联合作用提高土壤酶活性和微生物多样性

4．3 小结

第五章 水铁矿负载棘孢木霉复合材料对土壤砷有效性的影响

5．1．1 水铁矿负载棘孢木霉复合材料施用后土壤有效态砷含量变化

5．1．2 水铁矿负载棘孢木霉复合材料施用后土壤中活性棘孢木霉菌数量变化

5．1．3 水铁矿负载棘孢木霉复合材料对水溶液中砷的吸附效果

5．1．4 水铁矿负载棘孢木霉材料表面化学元素BET、EDS分析

5．2 讨论

5．3 小结

第六章 全文结论与展望

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简历