解有机磷菌对酸性土壤铅镉铜钝化效应和机理研究

发布时间：2020-08-29 09:08

　　本文将解有机磷菌和菜籽粕应用于Pb,Cd和Cu重金属污染的酸性土壤中,研究其对酸性土壤中重金属的钝化效应及微生物钝化机制。本实验采用的解有机磷菌为粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)OPDB3-6-1。OPDB3-6-1的解有机磷能力为167.62mg/L,培养基pH在其降解有机磷过程中从7升高至8.95,在400 mg/L Pb~(2+)、100mg/LCd~(2+)、200 mg/L Cu~(2+)条件下生长良好。同时,OPDB3-6-1对于多种抗生素有很强耐性,该菌株可以分泌吲哚乙酸IAA,并且ACC脱氨酶的活性较高,促生效果较好。将OPDB3-6-1和菜籽粕分两次加入不同梯度(中高低三个梯度)铅镉铜污染的土壤中,每次修复周期30天,分别检验两次修复后重金属形态变化。实验的研究表明:在Pb污染土壤中,Pb为200 mg/kg、600 mg/kg和1200 mg/kg时,在添加菜籽粕与解磷菌之后,酸可提取态由初始的14.37%、19.97%、34.15%降低到4.90%、7.43%、10.46%;而残渣态由初始的2.89%、11.55%、10.53%上升至8.76%、17.37%、23.76%,第二次加菌后残渣态进一步上升至11.37%、28.12%、28.14%。在添加Cd的污染土壤中,Cd浓度分别为1,5,20 mg/kg时,初次加菌后,酸提取态分别由初始的36.80%、37.39%、43.39%降低到18.46%、20.08%、33.56%;残渣态由初始的3.55%、5.41%、1.31%上升至13.1%、7.59%、8.89%,第二次加菌后残渣态上升至19.94%、12.84%、19.20%。在Cu污染土壤中,初次加菌水溶态由初始的5.17%、2.25%、3.20%降低到1.81%、0.37%、1.68%,残渣态由初始的5.67%、5.68%、3.72%上升至10.2%、10.93%、5.59%,二次加菌后残渣态上升至24.52%、16.76%、13.07%,复合污染的钝化效果也十分显著。第二轮加菌(第60天)后土壤pH和土壤养分的变化为:所有梯度重金属污染土壤中修复后pH显著上升,涨幅最大为4.5-6.1,酸性土壤改良效果明显。同时,土壤酶活性,阳离子交换量等参数的升高表明土壤活性的明显提升。OPDB3-6-1对于不同浓度梯度的Pb,Cd和Cu微生物吸附沉淀效率实验表明,OPDB3-6-1在1h内能快速去除溶液中的金属离子,对Cu(浓度为200 mg/L)的吸附效果最好,吸附率可达到97%,Pb(浓度为200 mg/L)的沉淀作用最好,达到73%。OPDB3-6-1对重金属离子的沉淀作用比吸附作用稳定性高,不易被解吸出来。OPDB3-6-1重金属固定的机理包括对重金属的吸附和沉淀作用两方面,通过X射线衍射(XRD)以及X射线荧光(XRF)分析每种重金属的生物沉淀,数据显示铅镉铜生物可能的沉淀形式分别为,磷氯铅矿(Pb_5(PO4)_3Cl)、碳酸镉(CdCO_3)和碱式氯化铜(Cu_4(OH)_6Cl_2)。此外,通过FTIR和SEM研究了生物吸附的机理。我们发现P=O,P-OH,PO_4~(3-)和C-O在重金属的吸附中起重要作用。总体而言,微生物钝化重金属的机制主要涉及生物吸附和生物沉淀,解有机磷菌和有机磷化合物的联合使用在重金属污染控制和酸性土壤改良方面具有良好的应用前景。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X53;X172
【部分图文】：

机制,重金属

OPDB3-6-1钝化重金属机制

标准曲线,标准曲线,重金属,固体培养基

图 2.1 磷含量标准曲线液 pH 的测定：活化好的菌种液按 2%比例接种添加大豆卵磷脂床中培养。每天取样，使用校准后的 pH 计测量。属能力测定浊法。将菌株 OPDB3-6-1 接种在含不同浓度重金属的 LB 培养基用 Pb(NO3)2、CdCl2和 Cu(NO3)2来配制浓度梯度为 Pb2+（200，400 100 mg L-1），Cu2+（100，200 mg L-1）或重金属组合（Pb2+，Cd2+00； 400，100，200 mg L-1）重金属溶液。600 nm 波长下用分光。化特性测定菌形态的观察布平板法。将活化好的菌株梯度稀释在 LB 和解磷固体培养基后涂时将菌液在两种固体培养基中划线，分别观察其生长形态。

标准曲线,标准曲线,脱氨酶

图 2.2 IAA 标准曲线抗生素抗性实验对抗生素的敏感性实验采用 Kirby Bauer 纸片扩散法。共有 6 种霉素（10 μg），氯霉素（30 μg），红霉素（15 μg），诺氟沙（10 μg）和环丙沙星（5 μg）。将菌株涂布之后无菌环境下将基的表面。置于 28℃培养箱培养 18-24 h 后测量抑菌圈直径，其分为三个级别：敏感、中介和耐药。C 脱氨酶活性测定测量菌液产生的脱氨酶来催化降解 ACC 脱氨形成 α－丁酮酸 μmol/(h·mg)，protein］。测定结果为 3 次重复的平均值[78]。

【参考文献】