土壤氨氧化過程和歐洲亞硝化單胞菌對重金屬的響應研究.pdf

1、近年來，隨著全世界范圍內污水灌溉、農藥和化肥的大量使用，以及采礦、冶金業(yè)的迅速發(fā)展，造成重金屬以各種形式進入大氣、水、土壤中，引起環(huán)境污染。這些重金屬污染物進入土壤后對土壤生物及土壤微生物產生嚴重的負面影響。硝化作用在氮循環(huán)中具有重要作用，并且硝化作用對重金屬脅迫非常敏感，也是對重金屬最敏感的土壤微生物過程之一?，F(xiàn)在已有的研究結果表明重金屬污染對土壤微生物群落結構、微生物生物量、基礎呼吸、營養(yǎng)物質礦化作用、CO2代謝商、土壤酶活性等都產

2、生了影響，并且高濃度重金屬對微生物的嚴重負面影響已被廣泛接受。
　　 本論文主要以氨氧化菌群豐富的潮土為研究對象，以土壤潛在硝化速率(PNR)為氨氧化菌群的生態(tài)響應指標，研究潮土硝化作用對重金屬的響應，同時利用超薄切片技術、透射電子顯微鏡(TEM)和能量擴散X射線光譜分析法(EDS)聯(lián)用技術，分析不同種類和不同濃度重金屬在歐洲亞硝化單胞菌細胞中的富集量及富集部位變化，主要研究結果如下：
　　 (1)在重金屬Zn2+、Ni

3、2+的處理下，PNR隨著潮土中Zn2+、Ni2+處理濃度的增加而極顯著地下降(P<0.01)，處理組與對照組均有差異(p<0.05)。潮土中Cd2+為低濃度(Cd2+濃度為1 mg·kg-1～10 mg·kg-1)時，潮土的PNR都較對照組顯著升高(p<0.05)；當Cd2+濃度大于10 mg·kg-1，PNR隨著潮土中Cd2+處理濃度的增加而極顯著地降低(p<0.01)。潮土中Cu2+、Pb2+為低濃度(0 mg·kg-1～1500

4、mg·kg-1)時，潮土的PNR與對照組之間沒有差異。當Cu2+、Pb2+為高濃度(濃度大于1500mg·kg-1)時，PNR隨著潮土中Cu2+、Pb2+處理濃度的增加而顯著地降低(p<0.05)。在Fe2+濃度(0 mg·kg-1～1500 mg·kg-1)、Hg2+(0 mg·kg-1～2000 mg·kg-1)、As2+(0mg.kg-1～20mg·kg-1)、Cr2+(0 mg·kg-1～600mg·kg-1)、Mn2+(0 m

5、g.kg-1～3000mg·kg-1)處理范圍內，土壤PNR與對照組之間沒有顯著差異。從EC50值上看，Pb(EC50)>Cu(EC50)>Ni(EC50)>Zn(EC50)>Cd(EC50)，對土壤PNR的抑制程度為：Pb　　 (2)雖然不同重金屬處理下，菌體會因為培養(yǎng)條件的不同出現(xiàn)細微的差異，但是歐洲亞硝化單胞菌的形貌均呈現(xiàn)橢圓形，并且細胞表面光滑，細胞壁沒有受到損害，細胞核區(qū)區(qū)分明顯?？瞻讓φ战M

6、和重金屬Zn的處理組，從超薄切片中看不出區(qū)別。但是重金屬Ca2+處理組可以明顯看出差異，即在細菌細胞體內存在黑色聚合物。并且經過EDX分析，對照組和重金屬Zn2+和Cd2+之間的C元素含量沒有差異，在重金屬Zn2+處理組中沒有發(fā)現(xiàn)Zn元素的存在，說明Zn元素沒有進入到歐洲亞硝化單胞菌體內，或者菌體內含有的Zn的質量太少，沒有檢測到Zn元素的存在。但是，通過對Cd2+的能譜分析可以看出，黑色聚合物中含有了大量的Cd元素，這說明Cd2+可以

7、在歐洲亞硝化單胞菌體內聚集，形成了80～100 nm的范圍內大小的黑色圖塊，形成了非特異性的重金屬復合物。
　　 (3)歐洲亞硝化單胞菌中含有16種氨基酸種類(天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、精氨酸、賴氨酸)?？瞻讓φ战M和重金屬處理組含有的氨基酸種類一致，但是他們的含量有差異。在重金屬Cd2+(濃度為0.02g·L-1)的處理下，氨基酸天冬氨

8、酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、頡氨酸、酪氨酸比空白對照組明顯增加(p<0.05)，但是當重金屬Cd2+在溶液中的濃度達到0.04 g·L-1時，這些氨基酸的含量又隨著重金屬含量的增加而降低。但是另一些氨基酸如谷氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸和精氨酸隨著重金屬含量的增加而明顯減低(p<0.01)。對于重金屬Zn2+來說，氨基酸變化的趨勢和重金屬Cd處理是基本一致的。當使用低濃度Zn2+(0.05 g·L-

9、1)處理時，氨基酸天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸和亮氨酸比空白對照組明顯增加(p<0.01)，但是當重金屬Zn的濃度達到0.5 g·L-1時，這些氨基酸會隨著重金屬含量的增加而降低(p<0.01)。但是另外一些氨基酸如甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、精氨酸隨著重金屬含量的增加而明顯減低(p<0.01)。
　　 本研究探討了氨氧化細菌對重金屬的響應，篩選出氨氧化菌群敏感的重金屬種類和濃度，并利用超薄