【摘要】：釩礦開發(fā)導致的土壤釩(V)、鉻(Cr)、鎘(Cd)等復合重金屬污染問題日益嚴重,目前國內(nèi)外對釩礦污染土壤的修復技術研究較少,本研究采用內(nèi)生細菌協(xié)同植物修復釩礦污染土壤,通過系列篩選試驗、盆栽試驗和水培試驗,采用高通量測序、BIOLOG等技術手段和SEM-EDS、HPLC等分析方法,深入研究了內(nèi)生細菌強化植物修復釩礦污染土壤的效應及機理。首先從釩礦污染區(qū)野生型蜈蚣草體內(nèi)分離篩選出2株優(yōu)勢菌株,PRE01和PRE05,經(jīng)鑒定分別為Serratia marcescens和Arthrobacter ginsengisoli。發(fā)現(xiàn)兩株細菌均能高效產(chǎn)生IAA、鐵載體、ACC脫氨酶和溶解礦質磷酸鹽,同時具有較強的V、Cr和Cd抗性,其中PRE01抗性最優(yōu),對V、Cr和Cd抗性分別可達到30、6和4 mmol/L,其對Cd的最高吸附去除率為97.6%,對V(V)和Cr(VI)最大還原解毒率分別為81.1%和84.4%。Biolog Gen III板測試表明兩株細菌在面對生物的或非生物的環(huán)境脅迫時擁有競爭優(yōu)勢。盆栽試驗發(fā)現(xiàn)PRE01和PRE05可促進宿主植物蜈蚣草和非宿主植物印度芥菜的生長和對重金屬的富集效果。PRE01使蜈蚣草體內(nèi)V、Cr和Cd的積累總量分別提高了25.4%、14.3%和41.3%;印度芥菜體內(nèi)V、Cr和Cd的積累總量分別提高了3 1.0%、18.0%和35.2%。生理生化分析表明,增強植物抗氧化酶活性是內(nèi)生細菌緩解植物重金屬氧化損傷,促進植物的生長的重要協(xié)作機制。內(nèi)生細菌對蜈蚣草重金屬解毒及溶礦促生機理研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)生細菌主要通過增加蜈蚣草根系表面吸附態(tài)釩含量,強化根部對V(V)的還原,促進蜈蛇草分泌植酸、草酸和蘋果酸來強化其對釩的解毒過程。同時發(fā)現(xiàn)內(nèi)生細菌分泌鐵載體和促進蜈蚣草分泌植酸溶解根際V-Fe復合物,是其促進蜈蚣草對鐵和釩的吸收以及生長的主要原因。最后研究了內(nèi)生細菌接種對根際及內(nèi)生微生態(tài)的調控作用與機制,發(fā)現(xiàn)內(nèi)生細菌接種可增加根際土有機質含量和重金屬的有效性,其對根際細菌群落影響較小,但可顯著影響內(nèi)生細菌群落。盡管添加的PRE01和PRE05在植物根際和根內(nèi)并沒有持續(xù)性定殖,它們可在定殖早期通過營養(yǎng)物質和生態(tài)位的競爭作用提高內(nèi)生細菌群落中Pseudomonas、Microbacterium等與促生和重金屬解毒相關的菌屬豐度。本文的研究成果將為內(nèi)生細菌協(xié)同植物修復方法體系的構建提供借鑒,為內(nèi)生細菌強化植物修復機制研究提供理論參考,對推動釩礦污染土壤生物修復研究與實踐應用具有重要意義。
【圖文】：

物本身的重金屬耐受性和生物量；二是提高植物對重金屬的吸收，，增加植物逡逑體內(nèi)重金屬濃度，兩方面的作用都能顯著提高植物提取重金屬的總量［７９］，具逡逑體見圖２－１和表２－２。逡逑植物揮發(fā)：：逡逑ｒａｉｌ邐＾逡逑轉運到莖葉中邐植物穩(wěn)定：逡逑重金屬富集逡逑并固定于根部逡逑促進植物生長ｆ邐：緩解重金屬毒性逡逑植物生長促生特性％ｆ降低重金屬生物可利用性逡逑分泌植物＾素或者酶：：恑，１邐產(chǎn)Ｉｆ逡逑ＡＣＣ脫氨酶邐一’邐植物可提取邐Ｌ邐沉淀逡逑提高營養(yǎng)植物可利用性邐１＾ｇ邋；邐產(chǎn)生抗氧化酶逡逑鐵載體邐／營養(yǎng)邐重金屬邐氧化還原反應逡逑固氮邐一－／＿邐細菌活化邐轉化逡逑洛解礦質磷邐／邋？相際細菌邐＜５邋Ｎ邐生物吸附／生物累積逡逑抑制植物病原體邐？內(nèi)生細菌邐０0ｆ｜金屬整＾物邐去甲基化逡逑生藏制邐病原菌邐竹金屬整口物ｉ邐降解有機汞逡逑圖２－１內(nèi)生細菌強化重金屬污染土壤植物修復機制｜７９］逡逑（１）促進植物生長機制逡逑內(nèi)生細菌可以通過多種方式促進植物生長，提高植物的生物量。在長期逡逑的重金屬脅迫的環(huán)境下，內(nèi)生細菌與植物形成了穩(wěn)定而緊密的互利共生的關逡逑系

對從釩重污染區(qū)取回的蜈蚣草植株組織進行表面滅菌、研磨，將最后一逡逑次清洗液及植物各組織研磨稀釋液涂布于ＬＢ固體平板上，３０°Ｃ恒溫培養(yǎng)３ｄ，逡逑內(nèi)生細菌菌落生長情況見圖４－１。結果表明，表面滅菌的空白平板上無菌落逡逑長出，說明表面滅菌過程已將植物組織表面附生菌全部殺滅，分離得到的菌逡逑株都是內(nèi)生細菌。根據(jù)菌落形態(tài)的差異，從生長在石煤釩礦冶煉區(qū)的蜈蚣草逡逑根、莖、葉組織內(nèi)部共分離出１５株不同的可培養(yǎng)細菌，分別標記為逡逑ＰＲＥ０１邋？ＰＲＥ０７邋（根部）、ＰＳＥ０１邋和邋ＰＳＥ０２邋（莖部）、ＰＬＥ０１邋和邋ＰＬＥ０２邋（葉部）、逡逑ＰＫＥ０１？ＰＫＥ０４邋（塊根），見圖４－２、表４－２。這些菌株在ＬＢ固體平板上多長逡逑出圓形和光滑菌落，顏色各異，有白色、乳白色、黃色、橙紅色、紅色等，逡逑表明了即使在重度污染區(qū)，蜈蚣草內(nèi)生細菌資源依然十分豐富。與其他研宄逡逑成果一致１６３］，超過７０％的菌株分離自宿主植物根部，表明植物根部組織內(nèi)生逡逑細菌密度最大
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X53;X17

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本文編號：2662832