巨大芽孢桿菌對印度芥菜富集土壤鎘的影響研究.pdf

1、近年來農(nóng)田土壤Cd污染已成為我國最嚴重的土壤環(huán)境問題之一，已嚴重危及農(nóng)產(chǎn)品安全及通過食物鏈威脅人體健康。植物修復是目前Cd污染土壤修復的研究熱點之一，但其修復效率受土壤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Cd污染土壤的效率?；诖?，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)合作用對印度芥菜富集Cd的影響。首先開展短期和長期土培試驗，明確巨大芽孢桿菌用于土壤Cd活化的可行性，

2、進一步開展土培試驗，研究巨大芽孢桿菌對土壤Cd的活化效果及適宜的接菌量及培養(yǎng)時間條件;其次，以巨大芽孢桿菌和印度芥菜為供試材料，開展印度芥菜盆栽試驗，明確巨大芽孢桿菌和印度芥菜聯(lián)合作用對土壤Cd形態(tài)轉化的影響;再次，采用土培根際試驗，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;進而，采用水培試驗，分析水培條件下巨大芽孢桿菌對營養(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印度芥菜富集Cd的影響機制，為篩選活化土壤Cd的微生物，創(chuàng)建植物—微生物聯(lián)合修復技術奠定科學基礎。主要研究結果如下:
　　1、明確了巨大芽孢桿菌對土壤Cd具有活化作用。以巨大芽孢桿菌為研究對象，以膠凍樣類芽孢桿菌為參比菌，開展兩種菌液用于不同Cd脅迫土壤的恒溫培養(yǎng)試驗，結果表明，巨大芽孢桿菌可增加土壤中DTPA提取態(tài)Cd(DTPA-Cd)含量，且對

4、相對低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較對照增加24.3％，長期培養(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土壤Cd的活化程度及適宜接菌量及培養(yǎng)時間條件。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，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，發(fā)酵液接種量為土重5％、培養(yǎng)40 d時，土壤DTPA-Cd較對照分別增加11.4％，19.6％;膠凍樣類芽孢桿菌及混合菌各處理的DTPA-Cd較對照減少或與對照無顯著差異。綜上，短期培養(yǎng)條件下菌土比為1.5∶1，培養(yǎng)24h～48h，長期培養(yǎng)條件下，接菌量為土重5％，培養(yǎng)25d～40d時，巨大芽孢桿菌對土壤Cd活化效果較好。
　　3、巨大芽孢桿菌可促進印度芥菜的生長，

6、同時增加土壤Cd的生物有效性，從而增加印度芥菜對Cd的富集。結果表明，接菌量為土重1％～4％時，印度芥菜地上部干重較對照最高提高56.67％，地上部Cd含量較對照提高達53.7％;接菌處理印度芥菜Cd富集量較對照最高增加74.7～111.1％;1％接菌量處理的土壤過氧化氫酶、脲酶活性較對照增加，既可改善土壤養(yǎng)分，又可緩解環(huán)境毒害，從而促進印度芥菜的生長;通過對不同形態(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，碳酸鹽結合態(tài)Cd及

7、鐵錳結合態(tài)Cd轉化為可交換態(tài)Cd;根際與非根際土壤草酸含量與DTPA-Cd含量呈顯著正相關關系，草酸對土壤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＞對照的草酸含量，說明巨大芽孢桿菌是草酸重要來源，1％接菌量處理的根際土中，Cd與草酸絡合后更多的被印度芥菜吸收，導致其含量下降。綜上，接菌量為土重1％～4％時，巨大芽孢桿菌可增加

8、土壤過氧化氫酶、脲酶活性從而促進印度芥菜生長，同時增加土壤草酸含量從而增加土壤Cd的生物有效性，因此促進了印度芥菜對土壤Cd的富集。
　　4、水培環(huán)境中巨大芽孢桿菌與印度芥菜聯(lián)合作用也促進了印度芥菜對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，接菌處理的印度芥菜對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Cd的富集量比對照分別提高高達51.34％，94.94％。營

9、養(yǎng)液中7種有機酸的變化趨勢各有特點，且均有一定的升降波動，酒石酸主要來源于菌體分泌，Cd對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對根系分泌琥珀酸起到了誘導作用。印度芥菜Cd含量與營養(yǎng)液中草酸、丙二酸呈顯著正相關關系，主要是這兩種有機酸促進了印度芥菜對營養(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，促進了小分子有機酸的分泌從而增加了印度芥菜對Cd的富集量。
　　5、土培印度

10、芥菜時，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，營養(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到一定階段有可能再次釋放出來。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