生物表面活性剂产生菌株的筛选及提高植物吸收土壤铅镉效应的研究

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目前在重金属污染土壤修复中植物修复技术因具有永久性修复土壤、操作简单、绿色廉价、对环境扰动少、不会造成二次污染等优点而倍受人们关注,但是植物修复也有它的局限性:修复植物对重金属耐性有限,修复植物生长周期一般比较长,环境因素对修复植物影响很大,同时对固定态和沉淀态的重金属不易吸收。通过添加酸制剂、螯合剂、化学合成表面活性剂等化学物质强化植物修复效果虽然明显,但却存在修复成本较高,环境风险大,容易造成二次污染的弊端。因此利用微生物与植物之间互利关系探索一条既能大幅度提高植物修复效率、又能改善土壤生态环境,环境友好且成本低廉的微生物强化植物修复途径,将具有重要的理论意义和现实意义。本研究从15个土样中筛选出7株产生物表面活性剂性的菌株T4、J3、J119、R、Q1、U和C1,并对3株产生物表面活性剂性能良好的菌株进行了初步鉴定:T4和J3属于假单胞菌属(Pseudomonas spp.),J119属于土壤芽孢杆菌菌属(Bacillus sp.)。同时初步鉴定3株菌J119、T4和J3所产生物表面活性剂分别为脂肽类生物表面活性剂和糖脂类生物表面活性剂。研究环境因素、重金属铅镉及抗生素对菌株生长的影响,试验结果表明菌株J119、T4和J3均能在4~37℃和pH4~9.0范围内生长良好,J119最适生长温度28℃,T4和J3最适生长温度37℃,J119最适pH5.5左右,T4和J3最适pH7.2左右,最适接种菌龄都在15h左右。菌株J119、T4和J3对高渗条件适应性强,在5%NaCl条件下能良好生长。菌株J119对重金属铅镉和抗生素的抗性较普遍。土壤试验表明,7株菌对土壤中沉淀态铅镉都具有活化作用,接发酵液处理的土样中交换态铅镉浓度均高于空白对照。其中菌株J119效果最好,在含PbCO3200、400、800mg kg-1的土样中,菌株J119发酵液使交换态铅浓度分别比对照提高了14.6%、59.1%和39.6%;含CdCO350、100、150mg kg-1的土样中,菌株J119发酵液使交换态镉浓度分别比对照提高了70.3%、65.7%和7.5%。土壤固定态铅镉解吸试验结果表明:在含有固定态铅200、400、800mg kg-1土样中,菌株J119发酵液提高土壤中交换态铅的效果显著,分别比对照提高了31.2%、75.3%和22.1%;含固定态镉50、100、150mgkg-1的土样中,菌株J119发酵液使交换态镉浓度分别比对照提高了64.1%、55.6%和87.4%。同时研究菌株J119不同天数的发酵液和3种化学合成表面活性剂对沉淀态PbCO3和CdCO3与固定态铅镉的活化,结果表明:菌株J1191-5d的发酵液的活化效率随天数的增加而提高,4-8d的发酵液的活化效率之间没有显著差异。并且菌株第五天发酵液对铅的活化效果比3种化学合成表面活性剂要好,对镉的活化效果与3种化学合成表面活性剂相当.通过在发酵培养液中分别添加PbCO3、CdCO3和Pb(NO32、CdSO4形成不溶性铅镉,研究摇瓶条件下菌株J119与3种化学合成表面活性剂对沉淀态铅镉的活化能力,结果表明菌株能使添加PbCO3、CdCO3培养液中离子态铅镉的浓度显著增加,Pb2+浓度比对照(0.53mg.L-1)提高158.49%,Cd2+浓度比对照(0.63mg.L-1)提高98.41%,同时与3种化学合成表面活性剂之间有显著差异。菌株也能使添加Pb(NO32、CdSO4培养液中离子态铅镉的浓度显著增加,铅浓度(200、400、800 mg.L-1)培养基中Pb2+浓度比对照分别提高151.8%、149.6%、125.4%,镉浓度(50、100、200 mg.L-1)培养基中Cd2+浓度比对照提高260.0%、269.9%、365.5%。选择6种植物接菌株J119进行盆栽试验,研究菌株与植物之间的匹配关系,结果表明,在单一铅污染时,接菌处理使得油菜、玉米、苏丹草、番茄、茄子干重分别比不接菌处理增加了5.8%、11.4%、28.8%、23.3%、7.8%,使得油菜的地上部和油菜,狼尾草,苏丹草的根部中铅的浓度增加,分别增加了31.0%、35.0%、28.0%和19.0%;在单一镉污染时,接菌处理使得油菜、玉米、番茄、茄子分别比不接菌处理增加了24.8%、25.0%、22.3%、14.0%,接菌处理使得油菜,玉米,苏丹草,番茄,茄子的地上部和根部中镉的浓度分别比对照增加了43.0%、34.0%、7.0%、32.0%、110.0%和740.0%、23.0%、6.0%、20.0%、8.0%,同时油菜、番茄、茄子的地上部富集系数分别达到了2.87、1.81、2.02。在水培试验中,菌株J119发酵液和发酵液上清与3种化学合成表面活性剂都使得番茄、油菜和印度芥菜根部的相对电导率增加,但相对电导率增加的大小与植物体内重金属浓度的高低没有线性关系,而与表面活性剂的类型有关,非离子型的TW80与菌株J119发酵液和发酵液上清效果最好,不但使番茄、油菜和印度芥菜体内重金属铅镉浓度显著提高,同时它们生物量与对照相比没有显著变化。
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