铅污染土壤微生物多样性和耐铅菌株筛选及修复能力研究

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hlyhky
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铅污染对人体的健康和社会的稳定危害严重,已成为世界范围内影响较广泛、危害较大的环境问题之一。寻求铅污染土壤的高效修复技术已成为土壤污染防治工作的重要内容。植物-微生物联合修复技术因其能耗少、对环境破坏小、兼具社会和生态双重效益等优点,成为土壤污染修复研究的热点。本研究以铅污染土壤为研究对象,利用BIOLOG技术进行土壤微生物群落功能多样性差异分析,明确铅污染对土壤微生物群落的影响;通过梯度浓度铅胁迫处理,筛选、分离、纯化耐铅微生物,基于内转录间隔区(ITS)测序技术,鉴定耐铅微生物种属;并从铅浓度与吸附时间两方面研究耐铅菌株的铅吸附特性;最后将耐铅菌株接种到锯木屑中,通过黑麦草盆栽试验,研究耐铅菌株对黑麦草铅胁迫的缓解效应,从生理、基因表达水平揭示其缓解机理,为利用耐铅菌株进行植物-微生物联合修复铅污染土壤提供科学依据。主要研究结果如下:  1.铅污染(土壤铅含量>300mg kg-1)显著影响土壤中微生物的群落结构多样性以及微生物代谢功能。对铅污染地区七个不同采样点的调查研究表明,铅污染极显著地降低土壤中微生物量碳与微生物量氮含量,显著降低土壤过氧化氢酶活性,显著提高土壤蔗糖酶活性。通过BIOLOG板测定结果发现,铅污染显著降低土壤微生物的整体活性,尤其是降低微生物对糖类、氨基酸类、酯类、醇类、胺类和酸类等碳源的利用能力,导致微生物优势种群主要利用碳源类型的改变。同时,还发现在缺乏植被覆盖的铅污染区域,土壤微生物的Shannon、Simpson、Mcintosh等多样性指数显著下降。  2.通过分离铅污染土壤微生物,经梯度浓度铅胁迫处理,在铅浓度1500mg L-1处理下,分离、纯化获得三种耐铅菌株,经ITS测序鉴定为R.oryzae SD-1(KY807765)、T.asperellum SD-5(KY807766)和M.irregularis SD-8(KY807767))。三种耐铅菌株对铅的抗性大小为T.asperellum SD-5>R.oryzae SD-1>M.irregularis SD-8,其中菌株T.asperellum SD-5对铅的耐受性最强,最大耐受浓度为2000mg L-1。据最低抑菌浓度(MIC)结果,三株菌株对铜的耐受浓度均达到了400mg L-1;菌株R.oryzaeSD-1和M.irregularisSD-8对Zn的最大耐受浓度为400mg L-1,T.asperellumSD-5为300mg L-1;同时菌株R.oryzaeSD-1对Cd也具有较高耐受性,达到了250mg L-1。  3.三株耐铅菌株对不同初始浓度下铅的吸附规律不同,随着铅浓度的提高,R.oryzae SD-1对铅的吸附量不断提高;而菌株T.asperellum SD-5对铅的吸附量在铅浓度达到150mg L-1后不再增加。三种耐铅菌株对铅浓度为100mg L-1的铅溶液中铅离子的吸收,在最初的5min吸附速率最快,在30min后基本达到吸附平衡。根据100mg L-1的Pb2+浓度下拟合的Elovich方程和双常数方程,菌株M.irregularis SD-8的吸附能力最强,吸附速率最快。根据拟合的Langmuir与Freundlich方程,菌株T.asperellum SD-5、M.irregularis SD-8对Pb2+的理论最大吸附量分别为456.62mg g-1、93.62mg g-1,而菌株R.oryzaeSD-1的理论最大吸附量无法从Langmuir方程得出。综合两种等温吸附方程,M.irregularis SD-8对Pb2+的亲和力和吸附稳定性最高,菌株R.oryzae SD-1最低。  4.基于多年生黑麦草盆栽试验,添加耐铅菌株可以促进铅胁迫下多年生黑麦草的生长,提高多年生黑麦草的生物量;耐铅菌株能够显著提高铅胁迫下多年生黑麦草叶片中叶绿素含量,增强多年生黑麦草的光合作用;显著提高铅胁迫下多年生黑麦草的总蛋白含量以及pAPX、POD、SOD、GPX基因表达量,改善多年生黑麦草抗氧化系统环境,缓解铅胁迫。耐铅菌株能够强化多年生黑麦草对土壤铅的提取量,提高修复效果。
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