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重金属污染土壤的微生物分子生态及对修复效应的影响

王远鹏  
【摘要】:微生物作为土壤生态系统的重要组成成分,其活性和种群变化影响着土壤质量。土壤微生物对重金属的适应性与耐性虽相当普遍,但有关其机理及定量描述适应性大小方面的工作仍很缺乏。本项目拟采用PCR-DGGE、分子克隆、荧光定量PCR等生物技术并结合传统微生物学方法研究野外实验条件下重金属污染土壤的微生物分子生态变化规律,获得重金属污染下土壤微生物结构和功能组成,为重金属污染土壤生态系统的恢复及土壤重金属的修复提供理论依据,主要结论有: (1)浙江富阳因铜矿冶炼而导致废水引灌和废气颗粒沉降引起的土壤Cu、Zn等复合污染,因此我们在浙江富阳某铜冶炼厂附近建立铜污染土壤的修复示范基地,占地20亩,示范区土壤铜浓度最高达833mg/kg,锌浓度在1000-4000mg/kg。土壤中重金属Cu和Zn不同提取态的浓度与微生物生物量和磷酸酶的活性呈负相关。对DGGE结果分析得知距冶炼厂50m、200m、600m在微生物物种组成上差异显著。而且代表优势物种的较亮的条带在数量和位置上有明显的不同。 (2)为了研究植物根际效应对微生物的影响,利用PCR-DGGE结合克隆与荧光定量连用探讨海州香薷、三叶草和鸭趾草根际微生物群落组成。结果显示Cu的浓度显著的影响了植物生物量,尤其以三叶草最为明显,而海州香薷在Cu处理为500mg/kg时其生物量显著高于鸭趾草与三叶草。随着重金属浓度的升高,根际土壤pH值明显下降。随着添加土壤铜浓度的增加,未种植植物、Cu敏感植物三叶草、鸭趾草根际微生物群落结构多样性下降,但是当低于500mg/kg处理,Cu耐性植物海州香薷根际微生物多样性增加。通过条带回收、克隆测序的结果揭示了海州香薷根际微生物的种群主要以α、β、γ-Proteobacteria、放线菌、CFB类群等构成,并构建了铜污染土壤植物根际微生物的微生物群落组成基因文库。我们进一步对β-Proteobacteria进行荧光定量,发现未种植植物、Cu敏感植物三叶草、鸭趾草根际β-Proteobacteria的拷贝数下降。对于铜的耐性植物海州香薷,随着重金属浓度的升高,其拷贝数是先增加后下降,铜的浓度200mg/kg处理下β-Proteobacteria的拷贝数出现一个拐点。进一步表明了表明土壤微生物在海州香薷对土壤铜的耐性中发挥着重要的作用。 (3)于海州香薷根际存在大量的铜耐性微生物,因此我们研究了海州香薷根际微生物对土壤重金属活性的影响及植物对铜吸收的影响。从根际分离到的微生物增加了富阳土壤水溶态Cu、Zn的活性。进一步的微生物抑制试验证实由于氨比西林(0.1mgg~(-1))


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