镉、土霉素复合污染土壤的植物-微生物联合修复及其强化措施研究

发布时间：2016-08-20 06:18

第 1 章 绪论

近年来越来越多的抗生素进入土壤、水体等环境介质中，令生态系统面临严重威胁。抗生素被大量滥用，现有处理技术无法将其去除完全，虽然其半衰期较短，然而经过长期积累和不断流入，逐渐造成“假持续”现象。抗生素在土壤中大量留存，并通过扩散，转移，降解等方式扩大污染面积，对生态环境和动植物生命活动产生危害。也会通过影响生态系统中多类微生物的数量、种群结构和营养方式等，对土壤生态平衡系统产生影响[3]。抗生素可直接杀死细菌或抑制其生长，导致存在于土壤中的其它各类污染物的生物降解效率下降[4]。有研究指出土壤被氯霉素污染后，牛粪自然降解所需时间大幅增加[5]。另有研究表明，土壤中阿维菌素含量超过 125mg/kg，就会严重破坏土壤原有各类微生物生长繁殖[6]。另外，土壤中四环素污染水平达到 1mg/kg 时，土壤磷酸酶、脱氢酶的活力显著降低[7]。泰乐霉素还能破坏土壤中土著菌群的群落结构及生态功能。Thiele-Bruhn等实验结果指出被土霉素污染的土壤中，微生物的总含量明显减少，接触时间越长，接触面积越大，含量减少越严重[8]。

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第 2 章 土霉素高效降解菌的筛选纯化与鉴定

2.1 材料与方法

（1）取土壤样品 5.00g，加入 10mL 0.10moL/L 的 EDTA-Mcllvaine 缓冲液进行提取，2500r/min 涡旋混匀 10s，25℃超声 15min，4500r/min 离心 15min，收集上清液，重复 3 次。（2）将收集的样品过四氟聚乙烯滤膜。（3）将样品进行固相萃取：用 10mL 甲醇、6mL 纯水活化小柱，，待小柱完全湿润后，将样品转移至小柱中，待样品完全滴尽后，用 10mL 甲醇洗脱小柱，速率控制在 1mL/min，用小试管收集洗脱液。接收的液体倒于鸡心瓶中，旋转蒸发蒸至净干，用 1mL 色谱甲醇定容，收集于液相小瓶中（用 1mL 注射器从鸡心瓶中吸取样品，过粉色有机虑头收集在小瓶中）待测。将筛选纯化后的土霉素高效降解菌单一及混合处理，分别接种于液体培养基中，37℃，160r/min 震荡培养 8h，分别从每种处理中取出菌液 5mL、10mL、20mL、50mL、100mL，加入到土霉素含量为 30mg/kg 的土壤中，37℃，培养 12h。测定不同处理方式中土霉素降解率，确定适宜的接种量。

2.2 结果与分析

接种量对于降解菌单一、混合处理降解效果影响结果如表 2.1 所示，当菌种接种量是 10mL/L 时，土霉素降解速度最快，其中 A1 的降解率可达 62.74%，A2 的降解率可达 64.48%，A1+A2 的降解率可达 74.32%，伴随混合菌接种量逐步升高，其对土霉素的降解速度变慢，最终趋于平缓。王志强等在研究细菌接种量对土霉素降解能力效果的实验中也得出相似结论，当菌液接种量是10mL/L时，土霉素的降解率最高，达 71.45%，当接种量增大时，降解率逐渐变得迟缓，最终趋于平稳[117]。杨东旋等考察不同白腐真菌接种量对修复氯丹污染土壤的作用效果时，向污染土壤中分别接种 2、5、10、15、20mL 的白腐真菌菌液，结果表明，接种量只有 2mL 和 5mL 时，由于菌含量较少，降解速率较慢，当接种量增大至 10mL 和 15mL 时，降解速率明显加快，降解率可达 42.1%和 54.3%，当接种量进一步增至 20mL 时，降解速率几乎没有增长[118]。这是因为当接种量到达一定程度时，菌体与已经充分接触底物，接种量趋于饱和，继续增加接种量很可能导致种间竞争，在一定程度上抑制降解效果。因此，在以下的植物-微生物联合修复及强化实验中，选定 10mL/L 做为最佳接种量。

第 3 章 土霉素、镉复合污染土壤的植物-微生物联合修复.....................23 

3.1 材料与方法.............23 
3.2 结果分析.............25 
3.3 小结...................38
第 4 章 土霉素、镉复合污染土壤植物-微生物联合修复的强化措施研究..............................40
4.1 材料与方法.............................40 
4.2 植物-微生物联合修复强化措施结果分析.............42 
4.3 小结..............................45

第 5 章 结论.......47

第 4 章 土霉素、镉复合污染土壤植物-微生物联合修复的强化措施研究

4.1 材料与方法

采用盆栽实验，自制不同污染负荷的土霉素、镉单一与复合污染土壤，土霉素 5mg/kg + 镉 5mg/kg + 菌液 10mL（对照）；土霉素 5mg/kg + 镉 5mg/kg +菌液10mL + 强化措施—其中强化措施包括以下 8 种处理：肥料（硫酸铵、磷酸二氢钙、氯化钾）；有机酸（酒石酸、草酸、柠檬酸）；化学螯合剂（NTA 和 EDTA），共计 9 个处理，每个处理 3 次重复。花盆随机放置在温室中并不定期更换位置，植物每日用去离子水浇灌并保持60%田间持水量，接种微生物 3 个月后收获植物。植物收获后，测定植物地上部、根部干重；植物地上部、根部体内镉浓度；土壤样品中土霉素浓度，考察不同强化措施下，植物对重金属的富集特征及微生物对土霉素的降解效率。

4.2 植物-微生物联合修复强化措施结果分析

不同强化措施处理下孔雀草的生物量情况如表 4.1 所示，相比空白对照，3种肥料对孔雀草根部、地上部、总生物量均有所提高，其中硫酸铵处理对植物生长促进作用最为明显，根部、地上部、总干重分别达到 0.821g、4.119g、4.940g，显著优于磷酸二氢钙和氯化钾处理。孙磊等研究不同氮肥对污染土壤玉米生长和重金属 Cu、Cd 吸收的影响时也指出，施用硫酸铵可显著提高玉米的生物量[131]。N 元素对植物生长有非常重要的作用，是植物体内氨基酸的组成部分，可合成蛋白质，促进光合作用等，因此对植物生长促进效果明显。此外施加磷酸二氢钙和氯化钾的处理方式中，生物量也有明显提升，通过数据可以看出，磷酸二氢钙对于孔雀草根部生物量增加要优于氯化钾，但对于地上部生物量的提高低于氯化钾。磷肥的主要作用为促进植物果实、籽粒的饱满，钾肥主要作用为提高植物抗逆性，虽然也有一定促生长作用，但促进效果不如氮肥。

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第 5 章 结论

（1）筛选出两株土霉素高效降解菌，经鉴定可确定为细菌：紫金牛叶杆菌（ Phyllobacterium-myrsinacearum ）、 真 菌 A2 胶 红 酵 母 （ Rhodotorulamucilaginosa）。这两株菌在单一、混合处理对土霉素均具有降解作用，其中紫金牛叶杆菌对土霉素降解率为 58.9%，胶红酵母对土霉素降解率为 62.9%，混合菌对于土霉素降解率为 71.1%，混合菌对土霉素的降解效果最好，最佳降解时间为8-12h，最适宜接种量为 10mL。（2）孔雀草、紫茉莉两种植物对重金属镉均表现出良好的耐性，生物量都随土壤中污染物含量增加而下降，土霉素抑制植物对镉的富集，土霉素降解菌有利于提高植物生物量，显著促进孔雀草、紫茉莉对镉吸收及提高紫茉莉富集系数。相同条件下，孔雀草的根部、地上部、镉总富集量都优于紫茉莉。（3）加入降解菌可显著提高土壤中土霉素的降解率，污染物含量的增加对降解菌降解效果有抑制作用，孔雀草与降解菌的联合修复效果优于紫茉莉同降解菌的联合修复效果。（4）肥料强化处理对降解菌降解土霉素效果最好，其次是有机酸处理，螯合剂处理降解效果最差。综合比较各强化措施对镉富集量、土霉素降解率，选择硫酸铵肥料作为强化措施最为适宜。

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参考文献（略）

本文编号：98641