重金属铅镉抗性菌株的筛选、生物学特性及其强化植物修复铅镉污染土壤的研究

摘要

植物修复土壤重金属污染技术具有绿色廉价、操作简单等优点，但是超积累植物往往生物量低、生长速度慢、受土壤环境影响大、对固定态和沉淀态的重金属不易吸收。而现有的添加螯合剂、表面活性剂等化学物质强化植物修复的措施又存在修复成本较高，环境风险大的不足，因此寻求一条既能大幅度提高植物修复效率、又能改善土壤生态环境，环境友好且成本低廉的新的微生物强化植物修复途径，将具有重要的理论意义和现实意义。 本研究从46个土样中筛选出对重金属铅镉具有较强抗性和活化能力的菌株J34、J113、J115、J116和J156，初步鉴定J34属于欧文氏菌属(Erwiniasp.)，J113和J116属于氮单胞菌属(Azomonasspp.)，J115和J156属于假单胞菌属(Pseudomonasspp.)。研究温度、pH、渗透压、氧气、重金属、抗生素及多环芳烃对菌株生长的影响，试验结果表明菌株J34、J113、J115、J116和J156均为好氧菌，能在12～37℃和pH5.5～9.0范围内生长良好，最适生长温度28℃，最适pH7.2左右，最适接种菌龄15h左右。菌株J116、J113和J156对高渗条件适应性强，在NaCl5％条件下能良好生长。菌株J34和J116对重金属和抗生素的抗性较普遍，除Cr外对其他重金属和抗生素均具抗性；菌株J113能耐受Ni10mg.L-1、Zn400mg.L-1、Amp400mg.L-1和Rif20mg.L-1，而对Cu2+、Cr6+、Km、Tc和Str无抗性；菌株J156能耐受Cu20mg.L-1、Zn200mg.L-1、Amp400mg.L-1和Rif20mg.L-1，对Ni2+、Cr6+、Km、Tc和Str无抗性；菌株J115除了能抗Zn200mg.L-1和Amp100mg.L-1外，对其他重金属和抗生素均无抗性。5株菌均能耐受一定浓度的菲和芘。 通过在有氮培养液中分别添加Pb(NO3)2、CdSO4、PbCO3和CdCO3与培养液成分反应形成不溶性铅镉，研究摇瓶条件下菌株对沉淀态铅镉的活化能力，结果表明5株菌能使培养液中离子态铅镉的浓度显著增加，Pb2+浓度比对照(1.59mg.L-1)高56.54～312.54mg.L-1，Cd2+浓度比对照(1.94mg.L-1)高42.05～50.06mg.L-1。测定J34、J113和J116培养液中氨基酸，发现酸性氨基酸的浓度高于碱性氨基酸。土壤试验表明，菌株对土壤中沉淀态铅镉也具有活化作用，接菌处理的土样中水溶性铅镉含量均高于不接菌对照。在含PbCO3的土样中，菌株J116使Pb2+浓度比对照高13.19倍；含CdCO3的土样中，菌株J34和J115使Cd2+浓度比对照分别高16.60和16.63倍；在同时含有PbCO3和CdCO3的土壤中，菌株J34和J116提高土壤中可溶性铅的效果显著，分别比对照高11.49和4.43倍；菌株J34、J113和J115对土壤中水溶态镉的增加作用明显，分别比对照高11.27、11.38和12.75倍。土壤固定态铅镉解吸试验结果表明，在含Pb200mg.kg-1的土壤中菌株J34和J116活化铅的效果较好，分别比对照高63.0％和52.2％；含Pb400mg.kg-1的土壤中，菌株J156和J116的活化效果较好，分别比对照高71.4％和51.4％。而在含Pb800mg.kg-1的土壤中，供试菌株对铅的活化作用不明显。在含Cd50、100和200mg.kg-1的土壤中，菌株J34、J116和J156均对镉具有较强的解吸能力。 选择对铅镉活化作用较好的菌株J34进行盆栽试验，研究其对油菜和超积累植物印度芥菜富集铅镉的影响。结果表明，J34能促进油菜和印度芥菜生长，使油菜地上部和地下部干重比对照高68.7％和200％，印度芥菜地上部和地下部干重比对照高55.9％和76.3％。接菌J34处理使含Pb400mg.kg-1土壤中的油菜地上部和地下部植株单位重量内铅浓度比CK增加291.1％和324.2％，含Cd50mg.kg-1的土壤中油菜地上部和地下部镉浓度比CK增加11.68％和8.86％；使印度芥菜和油菜地上部和地下部铅镉总含量均比对照有所增加，且油菜中的增加量大于印度芥菜。可见J34在中等程度铅镉污染土壤中的油菜根际能发挥强化植物修复的作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号及缩略语说明

引言

第一章文献综述

第二章铅、镉抗性细菌的筛选及其生物学特性研究

第三章摇瓶条件下重金属抗性菌株对铅镉的活化试验

第四章重金属抗性菌株对土壤中铅镉的活化试验

第五章重金属抗性菌株强化植物富集Pb、Cd的研究

全文总结

参考文献

附:攻读硕士学位期间发表论文

致谢