耐铅镉菌株的筛选及其在污染土壤修复中的应用

论文摘要

重金属污染土壤修复的传统方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法工程量大、费用高,化学法易造成二次污染,生物修复技术正在成为污染土壤修复的主要手段。近年来植物修复法和微生物修复法受到特别的重视,并取得了显著进展。植物根际-微生物系统的相互促进作用,能够有效提高污染土壤的生物修复能力。如何筛选耐受重金属的微生物,以强化植物对重金属的吸收,一直是生物修复研究的热点问题,但是将植物和微生物联合用于污染土壤的修复还少见报道。为此,本文筛选了耐受铅、镉的菌株,以提高植物对Pb、Cd的吸收效率,并将植物和微生物修复联合,应用于污染土壤中重金属的去除。采用瓶培养法富集技术,从重金属污染土壤中分离和筛选出耐Pb、Cd的菌株。鉴定了它们的生物学特性,获得了能够耐受高浓度Pb的菌株——绿色木霉菌（Hypocrea virens）,耐受高浓度Cd的菌株——淡紫拟青霉菌（Paecilomvces lilacinus）。两种真菌对环境均有良好的适应能力,在15～30℃、pH 4-12的条件下生长良好,最佳生长和产孢温度为25-30℃,菌丝生长最佳pH为5-9。菌株对环境的良好适应性和耐受能力为重金属污染土壤的生物修复提供了基础。以两种真菌的菌丝体活细胞为吸附剂,分别用绿色木霉菌吸附Pb2+、淡紫拟青霉菌吸附Cd2+,考察了温度、菌量、pH值、重金属的初始浓度等吸附条件对吸附效果的影响。结果表明：随着菌量和Pb2+、Cd2+初始浓度的增加,菌株对两种重金属离子的吸附量逐渐增大,去除率逐渐降低。吸附液pH值是影响菌丝体吸附重金属离子的重要因素,绿色木霉菌吸附Pb2+的最佳pH为5,每克菌丝体（干重）对Pb2+的吸附量为53.56 mg／g,去除率为20.65%；淡紫拟青霉菌吸附Cd2+的最佳pH为7,每克菌丝体（干重）对Cd2+的吸附量为28.5 mg／g,去除率为12.0%。菌株吸附两种重金属离子的最佳温度均为30℃,最大吸附量分别达到53.7 mg／g和45.4 mg／g。在最佳的吸附实验条件下,研究了两种真菌分别对Pb2+、Cd2+的吸附动力学特征和等温吸附特征。结果表明Elovich方程、双常数方程均能较好地描述绿色木霉菌对Pb2+的吸附过程,双常数方程能较好地描述淡紫拟青霉菌对Cd2+的吸附过程。绿色木霉菌对Pb2+的吸附速率大于淡紫拟青霉菌对Cd2+的吸附。研究发现Langmuir和Frendlich等温吸附模型均可用于描述两种菌株对重金属离子的吸附,并获得绿色木霉菌对Pb2+、淡紫拟青霉菌对Cd2+的最大吸附量分别为126.58 mg／g菌丝体（干重）、90.09 mg／g菌丝体（干重）。其中,Langmuir方程能更好地描述绿色木霉菌对Pb2+的吸附特征,Freundlich方程能更好地描述淡紫拟青霉菌对Cd2+的吸附。绿色木霉菌与Pb2+结合的稳定性和亲和力大于淡紫拟青霉菌与Cd2+的结合。两种菌株对重金属离子都有较高的吸附量,说明它们在重金属污染土壤修复中具有潜在的应用价值。在温室用盆栽试验培育龙葵,在供试土壤中接种两种菌株,研究了微生物-植物对土壤中Cd2+、Pb2+的联合去除效果。结果表明：菌株对龙葵生长具有明显的促进作用,提高了龙葵对两种重金属离子的吸收富集能力。其中,淡紫拟青霉菌对Cd2+有较好的活化作用,促进了Cd2+从地下向地上部分的迁移,在高浓度的Cd2+存在下,可提高去除率35.5%；单一Pb处理下绿色木霉菌对Pb2+的活化作用不明显；复合污染下混合菌液能明显促进龙葵对Cd2+和Pb2+的吸收和富集,高浓度的重金属离子处理下,可分别提高去除率20.6%和64.8%；龙葵对Cd2+的富集系数最高可达到4.25,而对Pb2+的富集系数较低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 重金属铅、镉污染及其生物有效性
• 1.1.1 土壤重金属污染来源
• 1.1.2 土壤重金属污染现状及危害
• 1.1.3 重金属的生物有效性
• 1.2 微生物对土壤重金属的生物修复机理
• 1.2.1 微生物对土壤重金属的生物吸附和富集
• 1.2.2 微生物对土壤重金属的溶解
• 1.2.3 微生物对土壤重金属的生物转化
• 1.2.4 根际微生物对植物吸收重金属的作用
• 1.3 重金属污染土壤的修复方法
• 1.3.1 土壤重金属污染的单一修复
• 1.3.2 土壤重金属污染的联合修复
• 第二章 绪论
• 2.1 目的意义
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 耐Pb、Cd微生物菌群的筛选
• 2.2.2 菌株对Pb、Cd的吸附特性研究
• 2.2.3 微生物-植物对Pb、Cd污染土壤的联合修复
• 2.3 技术路线
• 第三章 材料与方法
• 3.1 试验材料
• 3.2 主要仪器和试剂
• 3.2.1 主要仪器
• 3.2.2 主要试剂
• 3.3 试验方法
• 3.4 试验步骤
• 3.4.1 耐Pb、Cd菌群的筛选
• 3.4.2 微生物对Pb、Cd的吸附试验
• 3.4.3 微生物-植物对Pb、Cd污染土壤的联合修复
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 耐Pb、Cd菌群的筛选
• 4.1.1 微生物的分离与筛选
• 4.1.2 菌株的分子生物学鉴定
• 4.1.3 菌株的形态及生物学特性
• 4.2 微生物对Pb、Cd的吸附特性研究
• 4.2.1 菌量效应
• 4.2.2 pH效应
• 4.2.3 温度效应
• 4.2.4 重金属的初始浓度效应
• 4.2.5 微生物对铅、镉的吸附动力学
• 4.2.6 菌株对铅、镉的吸附等温特征
• 4.3 微生物-植物对铅、镉污染土壤的联合修复特征
• 4.3.1 植物生物量变化
• 4.3.2 联合修复下微生物对龙葵吸附土壤重金属的影响
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间参与课题与发表的论文