【摘 要】
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我国土壤汞污染严峻,且部分汞污染农田仍被用于居住和农业种植,而我国耕地资源又极度稀缺,为了即能保障土壤修复又能兼顾农作物生产,我们探寻能用于土壤原位修复的汞抗性菌株,并希望能通过生物炭固定制备成生物菌剂。从汞污染地区的植物体内分离筛选出内生菌,并通过摇瓶实验测定其重金属抗性和汞去除效能;之后通过土壤强化实验和水培实验研究细菌的土壤修复效能以及细菌的汞去除机制。最后通过盆栽实验测定生物炭对汞污染土壤
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我国土壤汞污染严峻,且部分汞污染农田仍被用于居住和农业种植,而我国耕地资源又极度稀缺,为了即能保障土壤修复又能兼顾农作物生产,我们探寻能用于土壤原位修复的汞抗性菌株,并希望能通过生物炭固定制备成生物菌剂。从汞污染地区的植物体内分离筛选出内生菌,并通过摇瓶实验测定其重金属抗性和汞去除效能;之后通过土壤强化实验和水培实验研究细菌的土壤修复效能以及细菌的汞去除机制。最后通过盆栽实验测定生物炭对汞污染土壤的修复效能。从受汞污染的农田土壤植物体内及根际土壤中选育获得一株具有高抗汞性能的植物促生细菌AN-B15,经16S rDNA鉴定其属于假单胞菌属(Pseudomonas)。摇瓶实验发现,AN-B15在5和20 mg/L汞浓度下,能高效去除液体培养基中的汞(总去除率>90%),其中生物挥发去除率约60%,吸附和沉淀去除率约27%。转录组分析表明,在汞胁迫下,AN-B15的mer操作子表达上调,且检测出较强的汞还原酶活性。对菌体和沉淀进行透射电镜以及EDS、XPS、XRD分析,可以确定沉淀中含有β-HgS。其次,汞污染土壤的强化修复实验表明,AN-B15能显著降低土壤总汞含量和有效态汞的含量。水培实验表,AN-B15可以提高汞胁迫条件下小麦的生物量,降低小麦植株汞含量。同时,接种AN-B15提高了小麦植株的抗氧化酶活性(SOD、POD和CAT),说明AN-B15可以减轻汞对小麦幼苗的毒性。转录组分析表明,与植物促生相关的基因(iaaM、PqqC、pvdA、speD、speE、TreS、TreY、TreZ)上调表达。添加生物炭,使汞污染土壤pH、TOC、A-P值增加,且生物炭含量越高增加幅度越大,NH4-N含量减少,小麦株高、干重和叶绿素含量增加,小麦地上部和地下部汞含量显著降低。土壤微生态分析表明,汞处理降低土壤样本的OTU数量、丰度、多样性,α微生物多样性分析显示1%生物炭添加有利于土壤微生物丰富度的增加,4%生物炭添加更有利于土壤微生物多样性增加。环境因子与土壤微生物相关性分析显示,Alphaproteobacteria、Actinobacteria Sphingobacteriia、Chloroplast等11种优势纲与pH、Total Hg、TOC、DOC、NH4-N、A-P呈正相关。前二十优势属中Massilia、Mucilaginbacter、BurKholderia-Paraburkholderia、Sphingomonas、hgcl-clade、Lactobacillus、Methylobacterium等与pH、TOC、DOC、A-P、Total Hg呈正相关,与DTPA-Hg呈负相关。通过以上研究表明植物促生菌AN-B15表现出较高的汞污染土壤修复潜力。AN-B15具有将Hg2+还原为可挥发的Hg0的生物挥发作用,AN-B15具有将生物有效性较高的Hg2+转化为生物活性较低的HgS的生物钝化作用。抗氧化酶活的增强以及有关植物促生剂基因的表达上调部分解释了AN-B15对小麦幼苗汞解毒的分子机制。生物炭作为土壤改良剂还可用于微生物固定,总体上,生物炭可以增加土壤养分,钝化土壤有效态,改善汞胁迫下的小麦幼苗生长。综上,植物促生菌AN-B15和绿色材料生物炭对汞污染土壤有较好的修复潜力,本研究可为完善汞污染土壤原位修复手段提供参考,具有一定的现实意义和应用价值。
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