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铜是生物有机体进行生命活动所必需的微量元素之一,是许多酶参与解毒、氧化磷酸化等生化过程不可缺少的元素。然而,一旦铜在环境中的浓度超过一定范围就会对生物产生毒害作用。但也存在一些对铜等重金属具有较好抗性的微生物,表现为它们在较高金属浓度的介质中仍能正常存活。有些抗重金属微生物甚至能通过自身的活动减弱重金属对其它土壤生物(尤其植物)的毒害作用,使这些土壤生物也能在超过自身耐受范围的重金属浓度中进行正常的新陈代谢。另外,一些微生物也可以通过自身与植物的共生关系加快超累积植物对重金属的吸收和富集,从而加速重金属污染的修复进程。
自然界中抗重金属微生物种类较多,生长范围较广,即使在重金属本底值很高的土壤或废水中也能找到适应高浓度重金属的抗性微生物。本文从广东—铜矿尾矿土壤中纯化分离得到一株对铜及其它重金属盐都有较高抗性的菌株,检测了该菌对Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr6+、cd2+、Ni2+等重金属离子的吸附特性,同时从重金属的生物有效性出发,研究了此菌株对土壤中铜的化学形态的影响。最后在不同铜浓度中,将此菌接种到水稻种子并进行种子萌发实验,以评价该菌株对植物种子萌发过程中铜毒害作用的影响,考察分离到的菌株的应用价值。研究结果如下:
1.从铜矿尾矿土壤中分离到的菌株,编号为A1,经鉴定为青霉,其最低抗重金属盐能力分别为:Cu2+150 mM、Zn2+150 mM、Pb2+35mM、Ni2+15 mM、Cr6+5 mM、Cd2+5 mM。
2.吸附实验结果表明在pH 5.0,Cu2+10 mg/L时,菌株可吸附98%Cu2+;pH6.0,菌体对100 mg/LCu2+、Zn2+、Pb2+、Cr6+、Ni2+、Cd2+的吸附量分别为22.8、8.9、18.2、4.3、8.4、5.5 mg/g干菌体。另外,Cu2+的存在抑制了菌体对zn2+、pb2+、Ni2+、Cd2+的吸附,促进了对Cr6+的吸附。
3.该菌株能显著改变土壤中铜的化学形态。A1的侵染使每千克土壤中水可溶性铜含量降低3.8 mg,酸提取态、氧化结合态、有机结合态铜则分别增加6.1 mg、7.07 mg、7.28 mg,相比于未侵染A1的土壤,A1的存在使铜的水可溶性量降低了23.3%,酸提取态、氧化结合态、有机结合态铜分别增加3.1%、5.7%和7.9%,残余态铜则减少5-3%。
4.水稻种子的萌发实验结果表明青霉菌A1对水稻种子的侵染在不明显影响种子萌发过程中水稻的发芽率、幼根及幼芽伸长的条件下,能在一定程度上提高幼芽中叶绿素a含量以及α-淀粉酶活性,并能显著缓解高浓度铜对过氧化物酶活性的毒害作用。