龙葵与微生物联合修复Cd污染土壤研究

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金属冶炼、污水灌溉、矿山开采等人类生产活动所产生的重金属污染物广泛存在于环境之中。重金属进入土壤后不仅影响土壤环境,降低作物质量和质量,恶化水质,而且还会通过食物链在人体内蓄积,对人体健康造成威胁。植物修复是一种绿色、环保、有效、经济的治理方法,但植物修复往往存在生长缓慢、修复周期长等问题,利用微生物可强化植物修复的效果,弥补了植物修复的不足,提高植物修复的效率,植物-微生物联合修复在治理重金属污染土壤方面具有一定的应用前景。本研究以重金属Cd为研究对象,通过盆栽试验,从重金属污染区植物根际土壤和龙葵植株体内筛选出具有Cd抗性的根际菌和内生菌,研究微生物对超富集植物龙葵吸收Cd效果的强化作用。研究结果表明:1.从广东大宝山尾矿区重金属污染带采集的19种不同的植物中,筛选到一种具有Cd耐受和富集能力的植物-S14,在自然污染条件下体内Cd富集量可达到52.3mg/kg。以Cd超富集植物龙葵作为参照,利用盆栽试验,对S14植物富集Cd能力进行考察,结果发现,在生长前期(培养15天),S14植物对Cd的耐受能力较弱,且10、30、60mg/kgCd浓度对S14植物的生长有明显抑制作用;生长后期(培养45天),S14植物在低浓度的Cd(10mg/kg)污染环境下有较强的耐受能力,植株根系发达,生物量显著高于对照;在高浓度Cd(60mg/kg)污染环境下,S14植物地上部分Cd含量达到了44.38mg/kg。2.从广东大宝山尾矿区植物根际土壤和龙葵植株根、茎、叶中,筛选出25株具有较强Cd(100mg/L)耐受能力的微生物,植物根际菌17株,植物内生细菌8株;5株可耐受高达400mg/L的Cd浓度;16S rRNA序列分析结果表明,筛选到的Cd耐受菌株主要分布于芽孢杆菌属(Bacillu)、假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、变形杆菌属(Proteus)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)和贪食菌属(Variovorax),其中以变形杆菌属和芽孢杆菌属细菌为最多。3.通过考察筛选菌株产ACC脱氨酶、吲哚乙酸及草酸、乳酸等有机酸的能力,综合筛选出8株具有较好耐Cd活性的抗性菌株,并依据形态特征,生理生化特性以及16S rRNA序列分析,对其进行了鉴定。结果如下:从植物根际土壤分离的3株植物根际菌TL3、DBS2、TL14(1)均为奇异变形杆菌(Proteus mirabilis),从龙葵植物体内分离的5株内生细菌N1、N2、N4、DE2、DE5分别为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)细菌、肠杆菌属(Enterobacter sp.)细菌、巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)、克雷伯氏菌属(Klebsiella Trevisan)细菌、贪食菌属(Variovoraxparadoxus)细菌。4.开展联合盆栽试验,在龙葵根际土壤分别接入Cd抗性植物根际菌TL3、DBS2和分别接入Cd抗性植物内生菌N1、N2、N4,研究了两种不同分离源的Cd抗性菌株对促进龙葵生长和强化龙葵吸收Cd的效果。结果如下:无论接入根际菌还是内生菌,均对Cd污染环境中龙葵的生长和吸收土壤中Cd具有明显促进作用,且混菌效果优于单菌,差异显著。添加菌株TL3、DBS2及TL3与DBS2混菌的3个实验组龙葵根部Cd含量分别比对照组增加了17.2%、85.6%和130.1%;接菌N1+N2、N2+N4、N1+N4、N1+N2+N4的4组处理,龙葵地上部和地下部Cd吸总量均比对照高出50%上,尤其以接菌N1+N2+N4的处理,地上部和地下部Cd含量分别增加了109.53%和83.01%,且接菌N1+N2+N4的处理的龙葵叶、茎、根部Cd吸收总量也均比对照增加135.30%、79.87%、83%。5.土壤盆栽条件下,在龙葵根际土壤同时接入Cd抗性植物根际菌TL14(1)和植物内生菌DE2、DE5,研究了不同Cd污染浓度下,两种不同来源Cd抗性菌株共同促进龙葵生长和吸收Cd的作用。结果如下:在土壤Cd浓度为0时,加菌对龙葵生长的促进作用不明显,与不接菌的对照间无差异;当土壤中Cd浓度升高至50和100mg/kg时,接入根际菌-内生菌混菌处理的龙葵生物量增加显著,要优于单菌处理,鲜质量的增加量分别达到了64.81%和116.01%,干质量的增加量分别达到了84.93%和116.67%。在Cd吸收量上,当土壤Cd浓度较低时(50mg/kg),添加根际菌-内生菌混菌处理的相比单菌,效果显著;而当土壤Cd浓度较高时(100mg/kg),添加根际菌、内生菌单菌的处理效果,要优于混菌。
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