植物組合技術(shù)修復(fù)鉛、鎘污染土壤的研究.pdf

1、土壤重金屬污染不僅影響到整個(gè)人類(lèi)生存環(huán)境的質(zhì)量，而且能通過(guò)直接接觸、食物鏈傳遞等途徑危及人類(lèi)的健康和生命，世界各國(guó)都非常重視有效治理土壤重金屬污染。利用多種組合技術(shù)強(qiáng)化植物修復(fù)，可彌補(bǔ)單一技術(shù)的不足。植物組合修復(fù)技術(shù)是指將植物修復(fù)技術(shù)與其它土壤重金屬污染治理方法綜合利用形成的修復(fù)土壤中重金屬污染的技術(shù)。由于它能很大限度地清除土壤中的有害重金屬，并且投資少，和單一修復(fù)方法相比，植物組合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的周期短，操作程序簡(jiǎn)單。
　　本研究

2、是植物組合技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤的新嘗試，擬通過(guò)細(xì)菌、螯合劑強(qiáng)化植物修復(fù)效應(yīng)的研究，對(duì)我國(guó)的環(huán)境污染治理、生態(tài)恢復(fù)重建有著重大的理論意義和實(shí)踐意義。
　　實(shí)驗(yàn)室篩選出對(duì)重金屬Pb、Cd具有較強(qiáng)抗性的菌株，研究其活化效能、環(huán)境影響因素、吸附條件等。用熒光定量PCR技術(shù)(qPCR)研究抗性菌株抗性基因的差異表達(dá)，為下一步克隆抗性基因提供理論基礎(chǔ)。利用生理學(xué)指標(biāo)測(cè)定和重金屬含量分析希望從草類(lèi)植物中篩選出Pb、Cd超富集植物，研究Pb、C

3、d復(fù)合污染對(duì)植物的影響和植物富集Pb、Cd的機(jī)理。通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究菌株、乙二胺二琥珀酸(EDDS)和EDDS/菌株三種處理對(duì)植物富集Pb、Cd的影響，比較不同處理下植物富集Pb、Cd的能力，探討生物修復(fù)的機(jī)制，以尋找更加高效經(jīng)濟(jì)的修復(fù)措施，以期對(duì)重金屬污染的可持續(xù)治理提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)積累。
　　主要結(jié)果如下:
　　(1)篩選得到2株生長(zhǎng)勢(shì)好、活化硝酸鉛、硫酸鎘效果顯著的抗性菌株JB11和JB12，菌株JB12對(duì)Pb、Cd抗

4、性最強(qiáng)，選用JB12作為最優(yōu)菌種，用于植物實(shí)驗(yàn)。經(jīng)生理生化和16SrDNA序列分析鑒定JB11為腸桿菌科泛菌屬成團(tuán)泛菌(Pantoeaagglomerans)， Genbank登錄號(hào)為JX262490。JB12為腸桿菌科伯克霍爾德氏菌屬洋蔥伯克霍爾德菌(Burkholderia cepacia.)Genbank登錄號(hào)為JQ346057。
　　對(duì)菌株JB11和JB12生物學(xué)特性的研究結(jié)果表明，菌株對(duì)重金屬、抗生素有普遍的耐受性。在最

5、佳培養(yǎng)條件下，JB11和JB12對(duì)Pb2+、Cd2+的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，JB11對(duì)Pb2+吸附應(yīng)選擇投菌量5g/L、pH5、吸附30min; JB11對(duì)Cd2+吸附應(yīng)選擇投菌量5g/L、pH6、吸附35min。JB12對(duì)Pb2+吸附應(yīng)選擇投菌量6g/L、pH5、吸附20min; JB12對(duì)Cd2+吸附應(yīng)選擇投菌量5g/L、pH6、吸附20min。
　　(2)運(yùn)用熒光定量PCR(qPCR)，研究了在Pb、Cd脅迫下JB12內(nèi)與Pb2

6、+、Cd2+轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因的表達(dá)差異。選取金屬離子運(yùn)輸?shù)鞍谆騈RAMP(Natural resistance-associated macrophage Proteins)和外流基因CadCA系統(tǒng)的調(diào)節(jié)因子CadR基因作為研究對(duì)象，進(jìn)行Pb、Cd脅迫下基因轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)變化的研究。
　　JB12在4種濃度的Pb和Cd的環(huán)境中，培養(yǎng)0.5h、2h和4h后CadR和Nramp基因多有上調(diào)表達(dá)，表明CadR和Nramp基因?qū)b和Cd脅

7、迫非常敏感，促進(jìn)重金屬的運(yùn)輸和外流，在細(xì)菌Pb、Cd抗性機(jī)制中起著重要作用。
　　(3)選取34種草類(lèi)植物為研究對(duì)象，篩選Pb、Cd超富集植物，對(duì)Pb單一污染有較強(qiáng)耐性的非超富集植物有13種，對(duì)Cd單一污染耐性較強(qiáng)的非超富集植物有12種，對(duì)Pb、Cd復(fù)合污染有較強(qiáng)抗性的植物有7種，可以用于Pb、Cd復(fù)合污染土壤的植物修復(fù)。
　　用含Pb/Cd濃度為500/50 mg/kg的溶液處理高羊茅和紅三葉植物幼苗，分別在脅迫5d、10

8、d、15d和20d后測(cè)定地上部長(zhǎng)度、根長(zhǎng)、地上部干重、根部干重及葉綠素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量和可溶性蛋白含量等生理指標(biāo)。結(jié)果顯示隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)各生理指標(biāo)都有顯著變化，7種植物對(duì)較低濃度Pb、Cd復(fù)合污染有較強(qiáng)的抗性和適應(yīng)性。
　　(4)在花盆中分別裝入含不同濃度重金屬的土樣400g，每盆分別播入高羊茅和紅三葉種子，播種30d后，在生長(zhǎng)良好的植株根部接入對(duì)數(shù)期的JB11或J

9、B12，設(shè)以下4種處理:接無(wú)菌水的空白對(duì)照(CK)、接無(wú)菌水洗的1×106cfu/g菌液(JB11或JB12)、接1.0mmol/kg EDDS、接0.5mmol/kg EDDS+5×105cfu/g菌液(1/2 EDDS+JB11或JB12)。收獲后稱(chēng)地上部和根部的干重，以及重金屬離子濃度。
　　結(jié)果表明菌株JB11和JB12能明顯提高供試植物的生物量和Pb、Cd吸收量,且高羊茅中的增加量大于紅三葉。EDDS能提高植物地上部Pb