油葵内生菌的筛选及其对生物质浸镉的初探

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油葵(Helianthus annuus Linn.)是我国主要的油料作物和镉(Cd)富集作物之一。作为植物修复的最后环节,如何安全的处置重金属富集植物生物质被认为是衡量植物修复是否真正成功的重要因素。本研究以油葵品种S606为研究对象,利用16S r DNA对油葵中内生菌多样性进行分析。通过微生物试验从油葵中筛选出内生菌株,并利用内生菌株对油葵中的镉进行浸提,选择浸提效果较好的两种菌株进行下一步浸提体系的优化实验。通过改变浸提体系的条件,利用菌株对油葵中镉的浸出,探索菌株对油葵浸提镉的最佳条件及方法。将含镉的浸出液与油葵残渣进行合理分离,测定浸出前后油葵中镉含量以及有毒有害物质含量的变化,以综合评价菌株对油葵浸提镉最佳条件的可行性,以实现植物修复后的污染生物质的安全处置。主要结论如下:(1)本研究利用高通量测序发现在油葵叶与茎中它们的细菌丰度均为13个门和28个科。通过微生物培养实验筛选出不同的菌株,使用的筛选内生菌在对油葵镉浸提的方面表现出不同的效应,其中J14、J15和J16表现出较好的浸镉效果。后经16S r DNA鉴定J14和J16同属Enterobacter roggenkampii,故选择J14 Enterobacter roggenkampii和J15 Kosakonia cowanii进行后续试验,它们的生长对数期分别为2 h和1.5 h。(2)通过对浸出前油葵中Cd的化学形态进行分析,表明油葵中主要以蛋白结合态Cd和不溶性磷酸Cd为主。其中,油葵叶中均为不溶性磷酸Cd占比最多,为7.56 mg/kg(油葵干叶)、1.98 mg/kg(油葵鲜样);在油葵茎中均为蛋白结合态Cd占比最多,为3.66 mg/kg(油葵干茎)、2.10 mg/kg(油葵鲜茎)。通过对改变浸提体系条件的考察,相较于处理前油葵茎中各形态镉的原始浓度,J14和J15浸提使油葵茎中水溶态镉、蛋白结合态镉、不溶性磷酸镉、草酸镉四种形态的镉浓度降低多。其中,水溶态镉、不溶性磷酸镉、草酸镉三种形态的镉去除率均超过50%。(3)本研究结果表明响应面设计实验能对J14和J15浸提油葵干茎中镉进行较好的预测,得到最佳工艺:J14:p H=7,液体体积59.52 m L,温度25℃,油葵干茎中镉的去除率理论上可以达到48.34%,实际值达到46.29%;J15:p H=5,液体体积75 m L,温度25℃,油葵干茎中镉的去除率理论上可以达到48.62%,实际值达到43.26%。(4)在优化后的浸提条件下,对油葵干茎进行纤维素酶预处理和酸碱组合预处理,进行微生物浸提试验,结果表明内生菌浸提预处理后的油葵干茎,大大的提高了Cd去除率。其中,J14浸提单一纤维素酶预处理油葵茎和酸碱酶组合预处理油葵茎比优化条件的镉去除率分别提高了22.73%和46.62%。J15浸提单一纤维素酶预处理油葵茎和酸碱酶组合预处理油葵茎比优化条件的镉去除率分别提高了23.11%和43.90%。综上,酸碱酶组合预处理对油葵茎Cd的浸提是优于单酶预处理的,预处理生物质提高了内生菌对油葵茎中Cd的去除效率,为污染油葵的微生物浸镉研究提供理论基础,实现污染油葵作为肥料再利用。
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