耐铅细菌对铅污染土壤生物修复作用的研究

论文摘要

当前国内土壤的重金属污染十分严重,据统计约140万公顷的污灌区中受重金属污染的占64.8%,每年因重金属污染而损失的粮食有上千万吨,严重危害生产生活和人体健康。仅近三年就发生了三十多起重金属中毒事件,数千人血液重金属超标。因此,重金属污染的防治迫在眉睫。目前可采用的土壤修复方法包括物理法、化学法、生物法或者几种方法相结合。但物理和化学方法存在着费用高、不彻底、易二次污染等缺点而应用有限,而生物修复技术具有低成本,不破坏土壤结构,不带来二次污染等优点而受到普遍关注。本试验即研究耐铅细菌对植物吸收重金属的促进作用,提高植物修复效率,增加植物修复的实用价值,对今后推广微生物-植物联合修复技术有重要意义。本研究针对两株耐铅细菌（短小芽孢杆菌、铜绿假单胞菌）对铅污染土壤的影响及在生物修复过程中的作用。将两株耐铅细菌接种到不同铅浓度的土壤中,考察外源细菌对土壤微生物的数量、结构,土壤酶活,植物生物量和铅吸收量的影响。结果表明两株耐铅细菌具有以下作用:1.提高微生物的数量,在同样的重金属浓度下接种耐铅细菌使土壤中细菌数量增长17.3%-290.0%（远远地超过接种量）,真菌数量提高40.1%,而放线菌的数量提高5.3%-40.7%。2.对土壤酶活产生显著影响,在耐铅细菌的作用下,土壤脲酶、磷酸酶、转化酶都比对照组有了显著的提高。而且在不同的重金属浓度下接种耐铅细菌提高了脲酶、转化酶对铅的抵抗力。3.对小白菜生物量和植物体铅含量的影响,接种耐铅细菌后,小白菜的生物量增长了20.9%-31.3%,但小白菜的高度并无明显变化;而且小白菜体内铅的浓度也有明显提高,地上部分吸收量增加15.1-25.7%,根部吸收量增加15.6-36.8%。4.对根际土壤重金属含量影响,耐铅细菌除具有重金属转化能力还能够促进小白菜对重金属的吸收。因此,接种耐铅细菌可显著减少小白菜根际土壤中铅含量。与对照组相比,接种短小芽孢杆菌组铅浓度最大降幅为16.4%,接种铜绿假单胞菌组铅浓度最大降幅为9.8%。5.通过现代分子生物学手段,利用变性梯度凝胶电泳（DGGE）对土壤微生物群落分析,结果表明接种耐铅细菌后,细菌的种类显著增多;真菌受影响不大;而放线菌无论在种类上还是数量上都在减少。可以得出结论,接种耐铅细菌对土壤的生化性质产生了显著的影响,不仅使土壤的生物活性得到了提高,而且土壤中的重金属铅含量降低,促进了植物的生长。因此,短小芽孢杆菌和铜绿假单胞菌能够参与和促进土壤铅污染的修复。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 土壤重金属污染
• 1.1.1 土壤重金属污染的现状
• 1.1.2 土壤重金属污染的来源
• 1.1.3 土壤重金属污染的特点
• 1.1.4 土壤重金属污染的生态影响
• 1.1.5 土壤重金属污染的防治
• 1.2 重金属对土壤微生物学特性影响
• 1.2.1 重金属对土壤酶活性的影响
• 1.2.2 重金属对土壤微生物种群数量和群落结构的影响
• 1.3 土壤重金属污染的微生物修复作用
• 1.3.1 微生物对重金属的作用
• 1.3.2 土壤重金属污染微生物修复作用研究进展
• 1.4 重金属污染的植物修复
• 1.5 研究的目的、意义
• 1.6 研究的主要内容
• 1.7 试验设计路线
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料与仪器
• 2.1.1 试验试剂与材料
• 2.1.2 试验仪器
• 2.2 试验设计
• 2.3 土壤理化性质测定
• 2.3.1 土壤密度测定
• 2.3.2 土壤有机质含量测定
• 2.3.3 土壤pH 值测定
• 2.4 土壤微生物计数
• 2.4.1 土壤预处理
• 2.4.2 土壤微生物计数方法
• 2.5 土壤酶活的测定
• 2.5.1 土壤脲酶活性的测定
• 2.5.2 土壤磷酸酶活性的测定
• 2.5.3 土壤转化酶活性的测定
• 2.5.4 土壤过氧化氢酶活性的测定
• 2.6 土壤重金属含量的测定
• 2.6.1 土壤预处理
• 2.6.2 土壤的湿法消解
• 2.6.3 原子吸收法测量铅含量
• 2.7 小白菜生物量及重金属含量的测定
• 2.7.1 小白菜生物量的测定
• 2.7.2 小白菜重金属含量的测定
• 2.8 土壤DNA 的提取与纯化
• 2.8.1 土壤DNA 提取试剂的配制
• 2.8.2 土壤DNA 提取过程
• 2.8.3 土壤粗提DNA 胶回收纯化
• 2.9 土壤DNA 的PCR 扩增
• 2.9.1 土壤DNA 的PCR 扩增体系
• 2.9.2 土壤DNA 扩增过程
• 2.10 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 2.10.1 试剂配制
• 2.10.2 胶液制备
• 2.10.3 变性梯度凝胶电泳过程
• 2.11 DGGE 指纹图谱分析
• 2.11.1 香农指数分析
• 2.11.2 聚类分析
• 2.11.3 相似性分析
• 2.11.4 主成分分析
• 3 结果与分析
• 3.1 土壤理化性质
• 3.2 土壤微生物计数结果
• 3.2.1 不同浓度Pb 对土壤微生物数量的影响
• 3.2.2 不同孵育时间对土壤微生物数量的影响
• 3.3 土壤酶活结果
• 3.3.1 不同处理土壤酶活的差异
• 3.3.2 不同处理对土壤脲酶活性的影响
• 3.3.3 不同处理对土壤磷酸酶活性的影响
• 3.3.4 不同处理对土壤转化酶活性的影响
• 3.3.5 不同处理对土壤过氧化氢酶活性的影响
• 3.4 植物生物量及重金属测定结果
• 3.4.1 土壤不同处理对植物生物量的影响
• 3.4.2 土壤不同处理对植物吸收铅的影响
• 3.4.3 土壤不同处理对pH 值的影响
• 3.5 土壤重金属测定结果
• 3.6 土壤微生物群落多样性研究
• 3.6.1 土壤DNA 的提取、纯化及PCR 扩增
• 3.6.2 细菌DGGE 图谱分析
• 3.6.3 真菌DGGE 图谱分析
• 3.6.4 放线菌DGGE 图谱分析
• 4 讨论
• 4.1 接种耐铅细菌对微生物数量的影响
• 4.2 接种耐铅细菌对土壤酶活的影响
• 4.3 接种耐铅细菌对植物生物量的影响及促进铅吸收作用
• 4.4 接种耐铅细菌对土壤重金属含量的影响
• 4.5 接种耐铅细菌对微生物群落多样性的影响
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文