巨大芽孢桿菌對(duì)印度芥菜富集土壤鎘的影響研究.pdf

1、近年來(lái)農(nóng)田土壤Cd污染已成為我國(guó)最嚴(yán)重的土壤環(huán)境問(wèn)題之一，已嚴(yán)重危及農(nóng)產(chǎn)品安全及通過(guò)食物鏈威脅人體健康。植物修復(fù)是目前Cd污染土壤修復(fù)的研究熱點(diǎn)之一，但其修復(fù)效率受土壤Cd生物有效性的制約。已研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)酸菌具有活化土壤Cd的潛力，從而大幅度提升植物修復(fù)Cd污染土壤的效率。基于此，本研究以巨大芽孢桿菌和印度芥菜為試材，研究微生物—植物聯(lián)合作用對(duì)印度芥菜富集Cd的影響。首先開(kāi)展短期和長(zhǎng)期土培試驗(yàn)，明確巨大芽孢桿菌用于土壤Cd活化的可行性，

2、進(jìn)一步開(kāi)展土培試驗(yàn)，研究巨大芽孢桿菌對(duì)土壤Cd的活化效果及適宜的接菌量及培養(yǎng)時(shí)間條件;其次，以巨大芽孢桿菌和印度芥菜為供試材料，開(kāi)展印度芥菜盆栽試驗(yàn)，明確巨大芽孢桿菌和印度芥菜聯(lián)合作用對(duì)土壤Cd形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響;再次，采用土培根際試驗(yàn)，分析接菌處理后印度芥菜根際與非根際土壤中低分子有機(jī)酸、土壤酶活性等影響印度芥菜富集土壤Cd的因子的變化;進(jìn)而，采用水培試驗(yàn)，分析水培條件下巨大芽孢桿菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中印度芥菜富集Cd的影響規(guī)律;最后綜合分析土培和

3、水培條件下巨大芽孢桿菌對(duì)印度芥菜富集Cd能力及其影響因子的差異，揭示巨大芽孢桿菌促進(jìn)印度芥菜富集Cd的影響機(jī)制，為篩選活化土壤Cd的微生物，創(chuàng)建植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)奠定科學(xué)基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　1、明確了巨大芽孢桿菌對(duì)土壤Cd具有活化作用。以巨大芽孢桿菌為研究對(duì)象，以膠凍樣類芽孢桿菌為參比菌，開(kāi)展兩種菌液用于不同Cd脅迫土壤的恒溫培養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，巨大芽孢桿菌可增加土壤中DTPA提取態(tài)Cd(DTPA-Cd)含量，且對(duì)

4、相對(duì)低Cd污染水平土壤Cd的活化效果更為明顯;短期培養(yǎng)84 h后接菌處理的土壤DTPA-Cd較對(duì)照增加24.3％，長(zhǎng)期培養(yǎng)60 d后接菌處理的土壤DTPA-Cd增加44.0％;而膠凍樣類芽孢桿菌及兩菌混合液對(duì)土壤Cd有一定鈍化作用。綜上，土培條件下巨大芽孢桿菌可增加土壤Cd有效性。
　　2、明確了巨大芽孢桿菌對(duì)土壤Cd的活化程度及適宜接菌量及培養(yǎng)時(shí)間條件。巨大芽孢桿菌發(fā)酵液與與土重比為1∶1.5、培養(yǎng)24 h時(shí)，土壤DTPA-Cd

5、增加14.2％;巨大芽孢桿菌種子液接種量為土重5％、培養(yǎng)25d時(shí)，發(fā)酵液接種量為土重5％、培養(yǎng)40 d時(shí)，土壤DTPA-Cd較對(duì)照分別增加11.4％，19.6％;膠凍樣類芽孢桿菌及混合菌各處理的DTPA-Cd較對(duì)照減少或與對(duì)照無(wú)顯著差異。綜上，短期培養(yǎng)條件下菌土比為1.5∶1，培養(yǎng)24h～48h，長(zhǎng)期培養(yǎng)條件下，接菌量為土重5％，培養(yǎng)25d～40d時(shí)，巨大芽孢桿菌對(duì)土壤Cd活化效果較好。
　　3、巨大芽孢桿菌可促進(jìn)印度芥菜的生長(zhǎng)，

6、同時(shí)增加土壤Cd的生物有效性，從而增加印度芥菜對(duì)Cd的富集。結(jié)果表明，接菌量為土重1％～4％時(shí)，印度芥菜地上部干重較對(duì)照最高提高56.67％，地上部Cd含量較對(duì)照提高達(dá)53.7％;接菌處理印度芥菜Cd富集量較對(duì)照最高增加74.7～111.1％;1％接菌量處理的土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶活性較對(duì)照增加，既可改善土壤養(yǎng)分，又可緩解環(huán)境毒害，從而促進(jìn)印度芥菜的生長(zhǎng);通過(guò)對(duì)不同形態(tài)Cd含量分析發(fā)現(xiàn)，巨大芽孢桿菌與印度芥菜聯(lián)合作用下，碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd及

7、鐵錳結(jié)合態(tài)Cd轉(zhuǎn)化為可交換態(tài)Cd;根際與非根際土壤草酸含量與DTPA-Cd含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，草酸對(duì)土壤Cd起到了活化作用從而增加了土壤DTPA-Cd含量;根際土壤中5％接菌量處理＞對(duì)照＞1％接菌量處理的草酸含量，而非根際土壤中5％接菌量處理＞1％接菌量處理＞對(duì)照的草酸含量，說(shuō)明巨大芽孢桿菌是草酸重要來(lái)源，1％接菌量處理的根際土中，Cd與草酸絡(luò)合后更多的被印度芥菜吸收，導(dǎo)致其含量下降。綜上，接菌量為土重1％～4％時(shí)，巨大芽孢桿菌可增加

8、土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶活性從而促進(jìn)印度芥菜生長(zhǎng)，同時(shí)增加土壤草酸含量從而增加土壤Cd的生物有效性，因此促進(jìn)了印度芥菜對(duì)土壤Cd的富集。
　　4、水培環(huán)境中巨大芽孢桿菌與印度芥菜聯(lián)合作用也促進(jìn)了印度芥菜對(duì)Cd的富集。接菌處理的印度芥菜地上部和地下部Cd含量均高于未接菌處理，接菌后培養(yǎng)15d，20 d時(shí)，接菌處理的印度芥菜對(duì)Cd的富集量大于未接菌處理，接菌處理的地下部和地上部對(duì)Cd的富集量比對(duì)照分別提高高達(dá)51.34％，94.94％。營(yíng)

9、養(yǎng)液中7種有機(jī)酸的變化趨勢(shì)各有特點(diǎn)，且均有一定的升降波動(dòng)，酒石酸主要來(lái)源于菌體分泌，Cd對(duì)菌體的脅迫作用增加了乙酸分泌，琥珀酸則主要是源于印度芥菜根系分泌物，且Cd對(duì)根系分泌琥珀酸起到了誘導(dǎo)作用。印度芥菜Cd含量與營(yíng)養(yǎng)液中草酸、丙二酸呈顯著正相關(guān)關(guān)系，主要是這兩種有機(jī)酸促進(jìn)了印度芥菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中Cd的富集。綜上，水培環(huán)境中，巨大芽孢桿菌和印度芥菜聯(lián)合作用下，促進(jìn)了小分子有機(jī)酸的分泌從而增加了印度芥菜對(duì)Cd的富集量。
　　5、土培印度

10、芥菜時(shí)，土壤Cd主要是被印度芥菜地上部富集，印度芥菜地上部中Cd的富集量占總富集量的85.9％～96.5％。水培印度芥菜時(shí)，營(yíng)養(yǎng)液中的Cd主要是被印度芥菜地下部富集，接菌處理的地下部對(duì)Cd的富集量占總富集量的57.80％～71.99％，未接菌處理的地下部對(duì)Cd的富集量占總富集量的54.34％～76.94％，且Cd被印度芥菜富集后在印度芥菜生長(zhǎng)到一定階段有可能再次釋放出來(lái)。綜上，土培和水培條件下，雖然Cd在印度芥菜中的主要富集部位不同，但