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《华中农业大学》 2012年
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矿区镉污染土壤生物修复过程中土壤微生物多样性及工程菌的定量监测

单宏宇  
【摘要】:镉是一种对生物有着严重危害的重金属污染物,土壤中高浓度的镉污染会对微生物的种群活性产生严重的抑制作用。湖北省大冶市铜矿区土壤受重金属污染严重,铜、镉含量均超标,其中铜属轻度污染,镉属重度污染。在前期工作中,实验室探讨了接种微生物菌剂和施用秸秆对其进行生物修复。为检测矿区镉污染土壤生物修复过程中土壤微生物群落多样性的变化,本研究采集矿区镉污染土样在实验室进行盆栽试验,利用Biolog微平板技术及DGGE技术评价了污染土壤中施用低、中、高量稻草秸秆(施用量分别为5.2t/ha、10.3t/ha(?)口23.2t/ha)以及联合施用低、中、高量秸秆与表面展示工程菌(X4/pCIM)对土壤微生物群落的影响。同时利用Real-time PCR对工程菌X4/pCIM进行了定量监测。获得的主要结果如下: 1. Biolog实验结果表明施用稻草秸秆和工程菌能够改变土壤微生物群落组成,但对根际、非根际土壤微生物影响不一。低量秸秆提高了非根际土壤微生物群落的生理活性,抑制了根际土壤微生物群落的生理活性。中量秸秆同时抑制根际及非根际土壤微生物群落的生理活性。高量秸秆抑制了非根际土壤微生物群落的生理活性,提高了根际土壤微生物群落的生理活性。而联合施用秸秆与菌剂和单施秸秆相比,接种工程菌后,显著提高了非根际土壤微生物群落的生理活性,显著抑制了根际土壤微生物群落的生理活性。根据Biolog实验数据进行多样性指数指数结果分析,显示施用低量秸秆提高了非根际土壤微生物群落的物种丰富度和均匀度,抑制了根际土壤微生物群落的丰富度和均匀度。与之相反,施用高量秸秆抑制了非根际土壤微生物群落的物种丰富度和均匀度,提高了根际土壤微生物群落的丰富度和均匀度。施用中量秸秆对根际和非根际土壤微生物群落的丰富度和均匀度均有抑制作用。联合施用低、中量秸秆及工程菌提高了非根际土壤微生物群落的物种丰富度和均匀度,抑制了根际土壤微生物群落的丰富度和均匀度。联合施用高量秸秆及工程菌对根际和非根际土壤微生物群落的物种丰富度和均匀度均有提高作用。Biolog实验数据的主成分分析结果揭示了施用不同量的秸秆对土壤中非根际微生物群落的碳源利用效率无明显影响,联合施用低、高量秸秆及工程菌改变了土壤非根际微生物群落对不同碳源的利用效率。施用低、高量秸秆和联合施用低量秸秆及工程菌改变了根际土壤微生物群落对不同碳源的利用效率,根际土壤微生物利用碳源的种类发生了转移。 2.DGGE克隆测序的结果表明,供试土壤中主要以不可培养的微生物为主。条带6-2、3-3、7-2、10-1、9-1、7-1、3-1等7个基因序列属于不可培养的嗜酸菌,占58.33%;条带10-2的基因序列属于变形菌纲,占8.33%;条带3-2、6-1等2个基因序列属于环境样品中的其他不可培养微生物,占16.67%;条带4-2的基因序列属于肠杆菌属,占8.33%;条带4-1的基因序列属于地芽孢杆菌,占8.33%。其中,基因序列3-3在所有的供试土样中都具有明显的条带,是良好的镉抗性菌。 3.Real-time PCR结果表明,经120天的修复后工程菌的数量由初始接种量的108降低至103左右。在非根际样品中,工程菌X4/pCIM在联合施用中量秸秆及工程菌的样品RS2+B中的定殖能力最好,为2797±176CFU/g土,而工程菌X4/pCIM在联合施用低、高量秸秆及工程菌的样品RS1+B和RS3+B则分别为2483±210CFU/g土和1870±109CFU/g土,工程菌X4/pCIM在非根际各样品中的数量均存在显著差异(p0.05),施用中量秸秆显著提高了工程菌X4/pCIM在非根际土壤中的定殖能力,而施用高量秸秆会对工程菌X4/pCIM在非根际土壤的定殖产生抑制作用。在根际样品中,工程菌X4/pCIM在联合施用高量秸秆及工程菌的样品RS3+BR中的定殖能力最好,为3967±247CFU/g土,而工程菌X4/pCIM在联合施用低、中量秸秆及工程菌的样品RS1+BR和RS2+BR则分别为1639±190CFU/g土和750±56CFU/g土,工程菌X4/pCIM在根际各样品中的数量均存在显著差异(p0.05)。施用低、高量秸秆均有利于工程菌X4/pCIM在根际附近土壤定殖,而施用中量秸秆抑制了工程菌X4/pCIM在根际土壤定殖。 总之,施用稻草秸秆和工程菌可以改变土壤的微生物群落组成,但随着施用量的改变,影响不一,并无明显的规律。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S154.3

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