铀及伴生重金属污染土壤植物促生菌修复机理研究

摘要

本文以某铀尾矿区的本土植物酸模以及铀及伴生重金属的超富集植物：苜蓿、菊苣、印度芥菜为研究材料。通过富集培养法和平均吸光度法筛选分离植物促生菌，研究其生长和促生特性。并通过盆栽实验，在单一污染处理下，分析了促生菌对苜蓿、菊苣、印度芥菜3种植物的生物量和富集特征的影响，筛选出生物量和富集量提高最多的植物苜蓿；分析了铀及其伴生重金属单一污染处理下，植物促生菌对苜蓿生理生化指标及光合性能的影响。为其在铀尾矿区核素土壤污染的生态修复应用中提供一定的参考。主要研究结果如下 ：　　（1）从酸模根部分离出22株不同的细菌，其中10株具有一定的促生特性。最后根据定量分析促生特性得到一株目的菌株D16。该菌株的MIC（最小抑制浓度）为350 mg/Kg（U）、1200 mg/Kg（Mn）、800 mg/Kg（Pb）、125 mg/Kg（Ni）。普通培养基条件下24小时产IAA 40.21 mg/L。普通培养基条件下24小时ACC酶活为0.32 U/μg。温度为35℃，pH为7，转速为150 r/min，氮源为酵母膏，碳源为甘油时，是菌株最佳的产IAA条件。温度为30℃， pH为7，转速180r/min，是菌株最佳的ACC酶活条件。结合形态学特征，生理生化初步特征和16s rDNA 序列确定菌株为伯克氏菌目的木糖氧化无色杆菌。荧光示踪实验表明，第10天时，D16菌株在模拟的污染土壤中有最多的总量。　　（2）通过盆栽实验，比较了D16菌株对苜蓿、菊苣、印度芥菜3种植物生长以及对铀及伴生重金属富集特征的影响。D16菌株加入后，相比于菊苣和印度芥菜，苜蓿在各处理中的生物量与对照相比均有较大的增加量，在800 mg/Kg的锰处理下，加入D16菌株使苜蓿有最大的干重，达到0.970 g。在各U处理下，与对照组相比，D16菌株使苜蓿干重提升显著，提高了22.7%—83.3%。在U1处理下，苜蓿的富集系数提升值最大，为0.186，相比对照组提升48.7%。在Ni1处理下，苜蓿有最大的富集系数，为0.512。在铀及伴生重金属处理下， D16菌株对苜蓿的转移系数提升不明显。　　（3）通过盆栽实验，研究D16菌株在铀及伴生重金属的处理下，对苜蓿根系的抗氧化系统和苜蓿叶片光合系统的影响。结果发现，与未接D16菌株对照组相比，苜蓿根部的抗氧化酶活性均有所增加。在U、Mn、Ni处理下，SOD（超氧化物歧化酶）随着土壤中重金属浓度的增加呈现总体增加的趋势；在Pb处理下，呈先增后降的趋势。在Pb2处理下有最大SOD酶活值，达到51.17 U/g，相比对照增加了15.6%，在U1处理下，酶活增加最多，相比对照增加了25.9%。D16菌株对苜蓿POD也有提升作用，但未达到显著水平。在Mn3处理下有最大的POD酶活，达到28.14 U?g-1?min-1，相比对照增加了13.0%。在U1处理下，酶活增加最多，增加了14.1%。CAT活性总体上也有所增加，在Ni1处理下，酶活增加最多，增加了9.3%。D16菌株对苜蓿MDA含量也有一定的降低作用，在Ni1处理下，MDA有最小值1.16μmol/g，比对照降低了17.2%。随着铀及伴生重金属浓度的增加，荧光值逐步降低，在D16菌株加入后，荧光值有所增加。在U1处理下，vj值最大，为0.57，比对照增加了12.7%。在U2处理下Fv/Fm增加最多，比对照增加了11.2%。U1处理下PIabs增加最多，增加了28.2%。苜蓿的光合值的变化不规律，在U1处理下，光合速率提升了86.8%。D16菌株同样使气孔导度增加，在Mn3处理下增加了36.1%。Mn2处理下胞间CO2增加了24.1%，同时蒸腾速率增加了12.9%。

目录

1 绪 论

1.1引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1国内外对放射性污染土壤修复方法

1.2.2植物微生物联合修复污染土壤

1.3植物内生促生菌促进植物修复机理

1.3.1修复土壤重金属污染的内生菌

1.3.2影响植物生物量

1.3.3 影响植物摄取重金属的能力

1.3.4 影响植物抗氧化酶系统

1.3.5 菌体自身对重金属的作用

1.4本课题来源和主要研究内容

1.4.1项目来源

1.4.2 主要研究内容

1.5创新点和研究意义

1.5.1创新点

1.5.2研究意义

1.6技术路线图

2 耐铀及伴生重金属植物内生促生细菌的分离与筛选

2.1材料与方法

2.1.1供试材料与试剂

2.1.2主要设备仪器

2.1.3 实验方法

2.2结果与分析

2.2.1 耐铀内生菌的分离筛选

2.2.2 待测菌株促生潜力研究

2.2.3 内生促生菌铀及伴生重金属抗性实验

2.2.4 D16的生理生化及分子鉴定

2.2.5 D16促生特性研究

2.2.6荧光示踪实验

2.3 讨论

2.4 小结

3 D16菌株对植物富集铀及伴生重金属能力的影响

3.1 材料和方法

3.1.1供试材料与试剂

3.1.2 主要设备和仪器

3.1.3实验设计和处理方法

3.2结果与分析

3.2.1 D16菌株对3种植物干重的影响

3.2.2 D16菌株对3种植物U积累特征的影响

3.2.3 D16菌株对3种植物Mn积累特征的影响

3.2.4 D16菌株对3种植物Pb积累特征的影响

3.2.5 D16菌株对3种植物Ni积累特征的影响

3.3讨论

3.4 小结

4 D16菌株对苜蓿生理生化特性以及荧光光合特性的影响

4.1 材料与方法

4.1.1供试植物与试剂

4.1.2 主要仪器与设备

4.1.3 实验设计和处理方法

4.2结果与分析

4.2.1 D16菌株对植物根部中抗氧化酶系统的影响研究

4.2.2 D16菌株对植物根部中MDA的影响研究

4.2.3 D16菌株对植物光合气体交换参数的影响研究

4.2.4 D16菌株对苜蓿叶绿素荧光参数的影响研究

4.3 讨论

4.4 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果