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人工纳米材料由于具有独特的物理、化学性质而被广泛应用。近年来,其对环境和人体健康的潜在风险与影响已引起政府部门和学术界的高度关注。目前,国内外对钠米材料在环境中的迁移、转化和生物致毒机理等方面开展了大量研究,但如何对受钠米材料污染的环境进行修复和治理还鲜有报道。 土壤微生物是土壤中的活性胶体,其带电荷、比表面积较大、代谢活动旺盛,微生物本身及其产生的各种代谢物广泛参与大气、水体、土壤、沉积物等环境中的物理、化学和生物化学反应,从而改变重金属的表面特性、形态,进而影响其生物有效性。氧化铜纳米颗粒(CuO nanoparticles,CuO NPs)主要用于抗菌性涂料、塑料制品、纺织品和食品的包装,由于颗粒物效应和溶出的大量铜离子,使其相对于其它纳米材料具有更强的毒性。本研究通过PCR-DGGE和测序等方法,分析了铜累积性植物茵陈蒿(Artemisia capillarisThunb.)根际的细菌群落,对耐铜细菌菌群进行了筛选和驯化,并研究了耐铜细菌对CuO NPs的淋滤作用,试图通过微生物的作用提高CuO NPs的生物有效性,强化铜累积植物的吸收和富集效率,实现植物与土壤微生物对CuO NPs污染环境的联合修复,以加速修复进程。取得的主要研究结果如下: (1)对茵陈蒿根际土壤样品进行了宏基因测序和多样性指标分析。结果表明,随着铜浓度水平的提高,土壤细菌多样性指数呈下降趋势。土壤中主要的优势细菌类群为Proteobacteria(变形菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Verrucomicrobia(疣微菌门)、Planctomycetes(浮霉菌门)和Firmicutes(厚壁菌门)。通过冗余分析(RDA)定量研究了土壤细菌群落结构与土壤环境因子的关系。结果表明,土壤细菌群落主要受pH、有机质(OM)、有效铜(ACu)的影响。 (2)从茵陈蒿根际土壤中筛选到三个耐铜细菌群落,并测定了其对CuO NPs淋滤的影响。细菌群落在不同CuO NPs浓度下的淋滤效果有显著差异,三种细菌群落在200 mg/LCuO NPs浓度下淋滤出的Cu2+量显著低于对照组,群落S3在800 mg/L下淋滤值最高,而S1和S2分别在400 mg/L和600 mg/L时表现最好。耐铜细菌群落多样性较低,主要包括气球菌、寡养单胞菌和微球菌等三个属,气球菌为优势属。 (3)细菌S33对铜耐性最强,但S31的驯化效果最好,100 mg/L和200 mg/L的CuO NPs处理对S31的生长有一定促进作用,但400 mg/L的CuO NPs仍会产生明显抑制。 (4)不同处理浓度下,细菌S31对CuO NPs的淋滤作用、驯化对淋滤的影响均有明显差异,这可能与细菌的增殖、有机酸的释放,以及菌体对铜离子的吸附等因素有关。 研究结果表明,经梯度驯化后,耐铜细菌对CuO NPs的淋滤有明显增加,生长状况改善。但是,CuO NPs在土壤等介质中的环境行为要复杂的多,能否利用耐铜细菌增加Cu2+的溶出,从而强化植物的吸收,实现植物-微生物联合修复,加速修复进程,还有待进一步的实验进行验证。