砷超累積植物內(nèi)生菌對(duì)重金屬砷、鉛抗性及吸附性能的研究.pdf

1、在污染日趨嚴(yán)重的今天，污染物的治理己經(jīng)越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。而傳統(tǒng)的治理方法己漸漸不能滿足現(xiàn)今治理污染物的需求，大量新型的處理技術(shù)正在研發(fā)當(dāng)中。其中，生物法以其高吸附容量、環(huán)境友好性以及價(jià)格低兼等優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
　　湖南省石門縣雄黃礦尾砂礦因長(zhǎng)年采挖As2S3，造成附近區(qū)域砷污染嚴(yán)重，而蜈蚣草和大葉井口邊草己經(jīng)被證實(shí)為砷超累積植物，因此可以作為砷污染土壤的改良植物。然而，植物修復(fù)在處理污染的環(huán)境中具有局限性。比如，修復(fù)

2、時(shí)間長(zhǎng)，受環(huán)境因素影響大以及很難利用植物在大面積水體中進(jìn)行處理。本實(shí)驗(yàn)將利用從砷超累積植物體內(nèi)分離的內(nèi)生菌對(duì)重金屬砷、鉛進(jìn)行抗性以及相互作用展開(kāi)研究：
　　1.超累積植物及其生長(zhǎng)環(huán)境中砷含量的檢測(cè)。從湖南省石門縣雄黃礦尾砂礦采得蜈蚣草和大葉井口邊草，并將土壤，植物的根，莖，葉分離后處理，最后利用原子熒光光譜法進(jìn)行檢測(cè)各樣品中的砷含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：第一，該地區(qū)土壤砷含量很高，污染嚴(yán)重，急需處理；第二，證實(shí)了蜈蚣草和大葉井口邊草是重

3、金屬砷超累積植物，其中大葉井口邊草和尾礦邊上蜈蚣草中砷含量分布為葉>根>莖，而生長(zhǎng)在礦渣上的蜈蚣草中砷含量分布為葉>莖>根。但兩種植物體內(nèi)砷含量的最高部位都為葉部，證實(shí)了植物對(duì)砷的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)途徑是由下至上。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道相符。
　　2.從超累積植物體內(nèi)分離純化高砷抗性內(nèi)生菌并加以鑒定和進(jìn)行相關(guān)生理生化性能的研究。實(shí)驗(yàn)證明蜈蚣草和大葉井口邊草都具有砷超累積效應(yīng)，且這種效應(yīng)能夠提供細(xì)菌一個(gè)良好的高砷環(huán)境，植物本身相當(dāng)于一個(gè)細(xì)菌

4、篩選器，從而可以使得紛繁復(fù)雜的分離純化過(guò)程更加簡(jiǎn)單。利用這種優(yōu)勢(shì)，從這兩種植物體內(nèi)分離篩選出三株高砷抗性內(nèi)生細(xì)菌，并命名為大葉 S03，大葉L01，尾礦L02，其對(duì)三價(jià)砷的抗性分別為7000 mg/L，6000 mg/L，6000 mg/L。經(jīng)鑒定這三株內(nèi)生菌分別為芽苞桿菌、芽苞桿菌和土壤桿菌。此三株細(xì)菌的砷抗性比目前文獻(xiàn)中所報(bào)導(dǎo)的相關(guān)細(xì)菌的抗性還要強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，同為砷超累積植物，蜈蚣草中分離所得的內(nèi)生細(xì)菌的耐受性要比從大葉井口邊草中

5、分離得到的細(xì)菌要小，由第二章中實(shí)驗(yàn)所測(cè)兩種植物體內(nèi)砷含量的多少呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，也映證了細(xì)菌的抗性與其在所處環(huán)境一致性。
　　3.利用分離所得的活體高砷抗性菌進(jìn)行與砷相互作用的研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了多種可能性條件，如在有充足的養(yǎng)分條件下和在沒(méi)有養(yǎng)分的條件下，細(xì)菌細(xì)胞對(duì)砷有無(wú)吸附作用進(jìn)行探討，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)論有養(yǎng)分還是沒(méi)有養(yǎng)分細(xì)菌活體細(xì)胞對(duì)砷的吸收能力都不明顯。為了進(jìn)一步說(shuō)明細(xì)菌的高砷抗性和低砷吸附性，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)利用細(xì)菌與砷作用時(shí)細(xì)胞外EPS（胞

6、外聚合物）的變化，從EPS的量的變化來(lái)側(cè)面說(shuō)明細(xì)菌抗性高無(wú)吸附的原因是否是由于EPS的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明EPS的量隨砷濃度的增加而減少，并非隨砷濃度的增加而增加。因此，只能說(shuō)明 EPS在內(nèi)生菌對(duì)砷的抗性中起到一定的作用。最后利用原子熒光法對(duì)細(xì)菌能否將三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三種細(xì)菌對(duì)三價(jià)砷都具有一定的氧化能力，且采自尾礦邊草的內(nèi)生菌的氧化能力最高。實(shí)驗(yàn)從側(cè)面表明細(xì)菌的抗性原因很大一部分與氧化性有關(guān)。
　　4.利用高

7、砷抗性內(nèi)生菌對(duì)重金屬砷、鉛的吸附實(shí)驗(yàn)。將細(xì)菌擴(kuò)大培養(yǎng)后滅活，再經(jīng)離心烘干，碾磨過(guò)篩得到細(xì)菌粉末，并將該粉末用于三價(jià)砷，五價(jià)砷和鉛離子的吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該細(xì)菌粉末在任何pH范圍內(nèi)對(duì)三價(jià)和五價(jià)砷都沒(méi)有吸附效果。由于植物內(nèi)生菌對(duì)砷并無(wú)明顯的吸附作用，實(shí)驗(yàn)首先考查了細(xì)菌對(duì)重金屬鉛離子的抗性，實(shí)驗(yàn)得出細(xì)菌大葉L01對(duì)鉛離子的抗性可高達(dá)1000 mg/L。利用該細(xì)菌死體菌粉對(duì)溶液中的鉛離子進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了三個(gè)鉛離子濃度高低不同的溶液

8、進(jìn)行平行對(duì)比，并分別考查了溶液pH值，吸附劑用量，等溫吸附實(shí)驗(yàn)，吸附動(dòng)力學(xué)和吸附劑重復(fù)利用次數(shù)等實(shí)驗(yàn)因素。結(jié)果表明在生物吸附劑濃度為1 g/L，含鉛離子水溶液pH為5.0的條件下大葉L01對(duì)鉛離子的吸附效果最好。在鉛離子初始濃度為100 mg/L的條件下，吸附劑大葉L01對(duì)鉛離子等溫吸附后經(jīng)線性Langmuir擬合得該吸附劑理論最大吸附容量為93.6 mg/g。吸附劑L01對(duì)鉛的吸附動(dòng)力學(xué)表明吸附劑在短短的10 min內(nèi)就可以達(dá)到平衡。