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《中国地质大学(北京)》 2017年
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铅锌矿区土壤中特异性微生物吸附转化铅机理研究

曾远  
【摘要】:矿山探寻与开采是国民经济的重要影响因素,但其导致的重金属污染也正在成为环境和人类健康最严重的危害之一。采用生物找矿及生物修复重金属污染等方式具有绿色环保、可持续、无二次污染等优点。在重金属矿区发现的特异性微生物参与金属的矿物分解、元素释放、迁移转化、沉淀和富集等过程,可以应用于金隐伏矿山的探索过程。微生物还可以通过吸附、累积及生物转化(氧化/还原或配体络合等)等过程改变重金属的元素分布、价态、赋存形态、生物有效性或毒性等,在土壤及水体重金属修复中也有广泛应用。特异性微生物通过分泌物如有机酸、生长素等的作用可以促进植物在重金属胁迫下的生长、提高植物对重金属的耐受性及吸附累积能力,提高植物生物修复重金属效率。为探究特异性微生物在生物修复重金属污染的微观机理,本文引入原位微区同步辐射X射线荧光(μ-SRXRF)、X射线吸收近边结构谱(XANES)及透射电子显微镜(TEM-EDXA)研究云南兰坪铅锌矿区农田土壤样品中筛选的铅耐受性细菌吸附铅(Pb)的分布特征及其对铅形态的转化规律,是本文主要的创新性之一。通过定向筛选与培养,发现该矿区具有Pb耐受性的特异性菌株主要为节杆菌属(Arthrobacter sp.),其对Pb的耐受浓度在200-600μg/g之间,在含有高Pb浓度的原始土壤样品中筛选的菌株对Pb的耐受浓度也较高。建立μ-SRXRF快速测定特异性细菌吸附Pb浓度的标准曲线,结果显示特异性细菌吸附铅的含量高达5925μg/g,富集系数达14.8。结合XANES和TEMEDXA结果显示,在较高浓度Pb环境培养基中,特异性细菌吸附Pb后,可累积在细胞体内,主要以PbS(58%)、Pb_5(PO_4)_3Cl(19.8%)和(C_(17)H_(35)COO)_2Pb(22%)沉积在细胞质基质中。将特异性细菌接种到含有Pb矿物的液体培养基中,发现该矿物在培养基中溶解,以小分子有机结合态Pb(Ac)2·3H2O(76.8%)存在,接种耐受性菌株后,可以转化为大分子有机结合态如(C_(17)H_(35)COO)_2Pb(83.3%)或C32H66PbS2(54.1%)形式。在土壤中接种细菌后,其对土壤中铅的硝酸铵提取态增加,提高土壤中铅生物有效性1倍,表明其可以应用于辅助植物修复过程中。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X172;X753

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