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砷对环境的污染给人类造成了巨大的环境经济损失,给人类健康埋下了隐患。在我国广东粤北地区和湖南龙门等地土法炼砷活动造成的局部砷污染相当严重,土壤中的砷含量高达7609.82mg/kg,对高砷污染土壤进行生物修复已迫在眉睫。蜈蚣草是一种理想的砷超富集植物,价格低廉、易于工业化、环境友好,应用于砷污染土壤的修复有非常广阔的前景。但蜈蚣草与微生物联合作用提高修复效率的研究在国内外极少报道。
本研究历时5年跟踪调查了广东粤北某市的的土法炼砷对当地的土壤、生态环境、水体和植物的砷污染影响。调查发现蜈蚣草在野生环境下优先吸收As(V)。水培条件下蜈蚣草对不同价态砷的吸收差异性的研究也得出了相同的结论。加速土壤中砷的氧化可以提高蜈蚣草修复砷污染土壤的效率。
砷对土壤微生物数量、种群结构、遗传多样性等有着重大的影响。PCR-DGGE技术分析结果表明不同浓度的砷污染影响了土壤生态系统的细菌丰富度,从而使土壤微生物群落结构多样性发生显著变化。
从砷污染土壤中分离出10株异养砷氧化菌和2株兼性自养砷氧化菌,16SrDNA鉴定结果表明异养砷氧化菌分属于Alcaligenes,Rhizobium,Achromobacter等三个属,自养砷氧化菌分属于Micrococcus和Delftia两个属,这是首次发现Micrococcus和Delftia具有氧化砷的能力。
对其中四个代表性菌株进行了生理生化特性、生长特性、砷氧化特性的深入研究,发现这些菌株都具有很强的砷氧化能力。兼性自养砷氧化菌blyl在自养生长时从氧化砷的过程中获得能量进行生长,并表现出极强的砷氧化能力,对砷也具有一定的吸附富集能力。blyl的16SrDNA鉴定结果表明它属于Micrococcus,但具有独特的与该属其他种所没有的生理生化和生长特性。blyl在砷污染废水、地下水、土壤的植物,微生物修复中有着广阔的应用前景。
实验研究结果显示砷氧化菌在水培条件下促进了蜈蚣草对As(III)的吸收。本研究在植物-微生物联合修复砷污染土壤领域开辟了新的研究方向和途径。