解磷菌对土壤铅污染钝化效应及作用机理探究

来源 :西北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:honghui2009
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重金属污染土壤的修复对提高农作物产量和安全性具有重要的意义。本研究从铅锌选矿厂的尾矿土壤中分离出两株具有高效解磷能力和耐铅生长能力解磷菌株。分别研究了两株供试菌株的理化性质,介质pH与溶磷量之间的相关性,采用盆栽试验研究了两株解磷菌对土壤铅污染的钝化效应,并初步探讨了解磷菌钝化铅污染的作用机制。菌株的理化特性研究表明,菌株KMC-7a-2解磷能力在第8天达到最大值256.73mg/L,此时介质pH为3.98。菌株4-5a-1解磷能力在第6天达到最大值49.59mg/L,此时介质pH值为8.98。菌株KMC-7a-2溶磷量与介质pH存在显著相关性(P=0.004<0.01),菌株4-5a-1溶磷量与介质pH相关性不显著(P=0.051>0.05)。采用16SrRNA序列鉴定表明,菌株KMC-7a-2为盖氏假单胞菌(Pseudomonasgessardii);菌株4-5a-1为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)。盆栽实验结果表明,解磷菌能够显著降低土壤中可交换态和碳酸盐结合态铅。含量大小关系为:CK组(对照组)>C组(施加Ca3P04)>A(施加解无机磷菌KMC-7a-2)/B组(施加解有机磷菌4-5a-1)。SEM图表明土壤施加解无机磷菌株的A8组和施加解有机磷菌株的B8通过菌体的吸附及培养液的沉淀作用,可能生成了磷酸氢铅,磷氯铅矿或者羟基磷酸铅盐化合物类稳定的物质。加入解无机磷菌株的A组对钝化土壤中的重金属Pb和对土壤蔗糖酶,酸性磷酸酶和过氧化氢酶的保护作用相对较强。加入解有机磷菌株的B组对钝化土壤中的重金属Pb和对土壤脲酶和碱性磷酸酶的保护作用相对较强。与空白对照CK组相比,接种KMC-7a-2的A组、接种4-5a-1的B组和添加Ca3(P04)2的C组植物叶绿素增加的百分比分别为9.09%~54.36%、10.96%~47.26%和3.21%~16.07%;植物过氧化氢酶活性增加的百分比分别为4.40%~22.04%、5.94%~29.12%和0.00%~2.52%;植物过氧化物酶活性增加百分比分别为9.90%~133.35%、11.30%~130.64%和0.00%~14.33%。青菜叶绿素含量的大小关系为:A组>B组>C组>CK组。随着土壤铅含量的增加,青菜叶绿素、过氧化氢酶和过氧化物酶呈现出先上升后降低的变化趋势。当土壤铅含量为600mg/kg时,过氧化物酶活性达到最大。青菜植株生物量呈波动的趋势。青菜茎叶部分干重和湿重的大小关系为:B组>A组>C组>CK组。当土壤铅浓度为900~1800mg/kg时,青菜茎叶部分干重和湿重的大小关系为:A组>B组>C组>CK组。青菜根部铅含量的大小关系为:A组>CK组>C组>B组;当土壤铅浓度为0~1200mg/kg时,青菜茎叶部分铅含量的大小关系为:CK组>C组>A组>B组。当土壤铅浓度为1200~2100mg/kg时,青菜茎叶部分铅含量的大小关系为:CK组>C组>B组>A组。KMC-7a-2菌株在pH为6.0,接菌量为2.0%,吸附时间为5天时对Pb2+的吸附率可达97.15%。4-5a-1菌株在pH为7.0,接菌量为1.0%,吸附时间为3天时对Pb2+吸附率可达95.95%。Pb2+浓度为200mg/L时,菌株KMC-7a-2培养液对Pb2+沉淀效果较好,去除率达到92.56%。Pb2+浓度为400mg/L时,KMC-7a-2菌体对于Pb2+吸附效果较好,吸附率达到92.45%。当Pb2+浓度为200mg/L和400mg/L时,菌株4-5a-1菌体对于Pb2+吸附效果均优于培养液对Pb2+沉淀效果。即利用解磷菌对重金属Pb的吸附和沉淀联合作用优于只使用微生物的吸附作用。供试菌株KMC-7a-2和4-5a-1均在pH为6.0时,生成沉淀的稳定性最好。说明采用微生物沉淀作用比单独采用其吸附作用修复效果更佳。菌株KMC-7a-2培养液与含铅溶液生成的沉淀经XRD图谱分析表明,氯磷酸铅盐化合物[Pb5(P04)3Cl,CIP]、磷酸氢铅[PbHPO4,HP]和磷酸铅盐[Pb3(PO4)2,Pb-P]有较强的衍射峰。菌株4-5a-1培养液与含铅溶液生成的沉淀经XRD图谱分析表明,磷酸铅盐[Pb3(PO4)2,Pb-P]和羟基磷酸铅盐化合物[Pb10(PO4)6(OH)2,PH]均有较强的衍射峰。本文不仅可直接用于工艺的优化而且可在修复的同时提高作物的产量和安全性,为提高环境重金属污染的生物修复效率提供理论依据。
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