稻田土壤砷还原菌对砷与铁还原释放过程的影响

摘要

微生物在土壤氧化态砷(As(Ⅴ))的释放、迁移和转化过程中扮演着重要的角色。为了解析石门雄黄矿污染土壤中的As(Ⅴ)还原性微生物在As迁移转化过程中的作用特征，从雄黄矿区As污染稻田土壤中筛选分离了5株好氧性As(Ⅴ)还原菌SM4，SM9，SM12，SM14，SM15和厌氧性As(Ⅴ)还原菌群，这些菌株均可以在200mg/L As(Ⅴ)溶液环境中生长。实验研究了As(Ⅴ)还原菌对溶解态、吸附态和土壤结合态As(Ⅴ)以及Fe氧化物的还原转化与溶解释放的特点与规律，主要结论如下: (1)5株好氧性As(Ⅴ)还原菌具有较强的As耐性和As(Ⅴ)还原能力:在200mg/L As(Ⅴ)溶液中，24h内各菌株均能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ);在2mg/L As(Ⅴ)溶液中，12h内能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ);在两种浓度的As(Ⅴ)溶液中各菌株的最大生长量无显著性差异; (2)厌氧性As(Ⅴ)还原菌群虽然也具有较好的As(Ⅴ)耐受性和较强的As(Ⅴ)还原能力，但还原速率相对较低，对于200mg/L As(Ⅴ)溶液，厌氧菌群需要3d才能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ)。 (3)针对水铁矿吸附态As(Ⅴ)，好氧As(Ⅴ)还原菌株SM14在80h内对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的最大还原量分别为66.72μM，和2.17mM;厌氧还原菌群在120h内对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的最大还原量为63.44μM，对最大还原量达到2.24mM。 (4)对于土壤固相As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)，好氧性As(Ⅴ)还原菌株SM14在24h内对As(Ⅴ)的最大还原量为0.45μM，在第7d增加至41.64μM;而厌氧还原菌群对土壤固相As(Ⅴ)的最大还原量则相对较低(0.6μM)。 由此可见，As(Ⅴ)还原性微生物在土壤As的还原转化和溶解释放过程中扮演着重要的角色，对于土壤As污染修复具有重要的应用价值:一方面，可通过接种本土好氧性As(Ⅴ)还原菌强化超积累植物（如蜈蚣草）对土壤As的提取效能;另一方面，可在淹水条件下利用厌氧性As(Ⅴ)还原菌促进土壤非稳态As向上覆水中的溶解释放，进而通过排水去除土壤活化态As，降低土壤As生物有效性。

目录

摘要

1．1．1土壤As的来源

1．1．2 As污染土壤的分布

1．1．3土壤As污染的危害

1．1．4 As的形态与毒性

1．2国内外研究现状

1，2．1 As(Ⅴ)还原微生物的发现与特性

1．2．2 As(Ⅴ)还原微生物的还原原理

1．2．3土壤中As和Fe的密切关系

1．2．4 As(Ⅴ)还原微生物影响土壤As的迁移转化

1．2．5 As(Ⅴ)还原微生物影响土壤Fe的迁移转化

1．3研究内容、方法与技术路线

1．3．1研究内容

1．3．2研究方法

1．3．3技术路线

第2章好氧As(Ⅴ)还原菌的分离鉴定和耐As能力分析

2．1实验材料

2．1．2样品来源

2．1．3培养基

2．2实验方法

2．2．3好氧As(Ⅴ)还原菌体内的As(Ⅴ)还原酶基因扩增分析

2．2．4好氧As(Ⅴ)还原菌的耐As能力分析

2．3结果与讨论

2．3．2好氧As(Ⅴ)还原菌体内的As(Ⅴ)还原酶基因的鉴定

2．3．3好氧性As(Ⅴ)还原菌的耐As能力分析

2．4本章小结

第3章好氧As(Ⅴ)还原菌对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的还原转化

3．1实验材料

3．1．1实验试剂与仪器

3．1．3 As形态和Fe形态测定方法

3．2实验方法

3．2．3好氧As(Ⅴ)还原菌对As污染土壤中As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)转化

3．3实验结果

3．3．1好氧As(Ⅴ)还原菌对液相As(Ⅴ)的转化

3．3．2好氧As(Ⅴ)还原菌对水铁矿吸附态As(Ⅴ)的还原转化

3．3．3好氧As(Ⅴ)还原菌对土壤As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的转化

3．4本章小结

第4章厌氧As(Ⅴ)还原菌群的分离鉴定和耐As能力分析

4．1．3培养基

4．2实验方法

4．2．2厌氧As(Ⅴ)还原菌群的鉴定

4．3．1厌氧As(Ⅴ)菌群的鉴定结果

4．3．2厌氧As(Ⅴ)菌群的耐As能力

4．4本章小结

第5章厌氧As(Ⅴ)还原菌群对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的转化

5．1实验材料

5．1．2实验样品

5．2实验方法

5．3实验结果

5．3．2厌氧As(Ⅴ)还原菌群对水铁矿吸附态As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的还原释放

5．3．3厌氧As(Ⅴ)还原菌群对土壤结合态As(Ⅴ)的还原

5．4本章小结

第6章结论与建议

6．1主要结论

6．2本研究的局限性与建议

参考文献

附录

致谢

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