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铜单一污染与铜镉复合污染对稻田土壤微生态的影响及抗性菌株的分离与特征研究

黄峥  
【摘要】:我国的耕地资源极其匮乏,近年来其数量还在不断减少,成为限制农业可持续发展的重大障碍;另一方面,我国的土壤重金属污染问题日益严峻,不仅危及人类健康,还引起了一系列复杂严重的环境问题,应当引起社会各界的广泛关注。 本研究以稻田土壤为材料,以在我国稻田土壤中污染最为严重的铜、镉为研究对象,采用室内培养、纯培养及统计分析相结合的方法,针对铜离子单一污染及铜镉离子复合污染对土壤中微生物、土壤酶的毒性效应进行比较研究。通过对比分析,研究了铜镉离子对土壤生物学毒性的不同复合效应,并进一步探讨了稻田重金属污染状况与土壤生物学活性之间的相互关系。为重金属复合污染的生物学效应有别于重金属单一污染这一观点提供直观的试验证据,并为确立稻田土壤铜镉污染的早期预警指标提供基础资料。此外,分离筛选到一株高抗铜镉的抗性菌株,为铜镉污染稻田土壤的生物修复提供理论依据和种质资源。主要研究结果如下: 1.以稻田土为材料,在实验室条件下对铜离子单一污染与铜镉离子复合污染对淹水稻田土壤好氧微生物种群数量、区系的多样性影响进行比较研究。结果表明,培养初期(5d)低浓度200mgCu~(2+)/kg干土和(200mgCu~(2+)+0.5mgCd~(2+))/kg干土的铜镉离子对细菌、放线菌、真菌的生长均有一定的刺激作用。放线菌对铜镉离子极为敏感,数量变化与铜镉离子浓度之间存在显著的剂量效应关系,故可将放线菌作为土壤铜镉污染的早期预警指标。对单一污染与复合污染的抗性次序均为细菌真菌放线菌。Cu~(2+)和Cd~(2+)对细菌和放线菌产生的抑制作用低于Cu~(2+)单一污染,毒性作用可能存在拮抗,但拮抗作用并不显著;而对于真菌,铜镉复合污染尤其是高浓度的复合污染产生的抑制作用较Cu~(2+)单一污染更强,两者之间可能产生了毒性的协同作用。 2.采用改良的亨格特(Hungate)厌氧技术,通过试管液体培养法及滚管固体培养法系统研究了厌氧水解发酵细菌、厌氧固氮菌和反硝化细菌等几种土壤主要厌氧微生物种群数量在不同污染条件下的动态变化过程。结果表明,厌氧水解发酵细菌与厌氧固氮菌对单一Cu~(2+)抗性较强,尤其厌氧固氮菌,12d起各个处理的固氮菌数量呈大幅增长;反硝化细菌对Cu~(2+)敏感,可作为Cu~(2+)土壤污染的早期预警指标。无论是Cu~(2+)单一污染,还是Cu~(2+)和Cd~(2+)复合污染,对其抗性依次为厌氧固氮菌水解发酵细菌反硝化细菌。单一污染与复合污染对反


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