根瘤菌与促生菌双接种对铜污染土壤螯合诱导植物修复的影响

摘要

随着矿产资源的开采利用，土壤重金属污染严重影响地球生态系统，威胁人类的生存环境，阻碍经济可持续发展，因此土壤修复技术的探究具有重要意义。本论文以废弃矿区铜污染土壤作为研究对象，在野外调查采集土壤样品测定分析其重金属含量的基础上，以紫花苜蓿为铜污染土壤修复的富集材料，通过盆栽实验研究紫花苜蓿对Sinorhizobium meliloti CCNWSX0020与Paenibacillus mucilaginosus ACCC10013双接种体系的响应，并使用植物-微生物-螯合剂联合修复技术，探究双接种对铜污染土壤螯合诱导植物修复的影响，揭示双接种体系强化联合修复技术修复铜污染土壤的效果。主要研究结果如下:
　　1.在铜胁迫下紫花苜蓿外源双接种S.meliloti和P.mucilaginosus后，能够显著促进紫花苜蓿生长发育，增加生物量，提高总氮含量以及促进叶绿素的合成，并且促进紫花苜蓿对铜的吸收，显著增加对铜的富集系数，促进提取效率。双接种处理植物地上、地下部分生物量分别高出未接菌处理28.89％和32.92％，植物地上总氮量比未接种以及单接种根瘤菌和胶质类芽孢杆菌处理分别高出24.83％，16.84％，3.54％以及地下部分分别高出76.53％，43.05％，19.28％。双接种处理的植物地上的铜浓度为44.57±4.10mg kg-1，双接菌处理地上部分铜浓度是不接菌处理植物地上部分的1.15倍。并且双接菌后会显著增加植物地上以及地下部分富集系数，其中单接种根瘤菌植物的富集系数会高于单接种胶质类芽孢杆菌植物。
　　2.植物-微生物-螯合剂联合修复铜污染土壤过程中，双接菌显著促进了紫花苜蓿抗氧化酶系统的能力，显著降低紫花苜蓿体内有害物质的产生，提高了紫花苜蓿对重金属的抗性。对照组中双接种能提高植物抗性，显著抑制植物地上以及地下部分的丙二醛、过氧化氢以及超氧阴离子的含量。虽然EDDS的加入会使得植物体内MDA、H2O2和O-2含量与对照组相比会显著上升，但是双接种后仍能够有效降低植物体内这三种有害物质的含量。对照组中植物抗氧化酶系统的SOD、CAT以及APX等酶活有显著性提高，虽EDDS的加入会抑制酶活性，但是接菌处理明显高于未接菌处理，而且混合接菌处理的SOD、CAT以及APX酶活地上地下含量均为最高。
　　3.联合修复过程中，添加螯合剂活化的重金属会对紫花苜蓿造成一定的毒害作用，但是双接菌处理的植物生物量仍会比未接菌以及单接菌处理显著性增加。联合修复植物对重金属的吸收转运能力显著增加，复合接菌处理的转运系数以及地上部分富集系数显著增加，分别能达到5.78和26.40％。因此，复合接菌大大促进了植物对重金属铜的提取能力。EDDS的添加会暂时对土壤酶活以及微生物会造成危害，但是随着EDDS的降解，形成植物可利用的营养元素被吸收，土壤酶活以及微生物群落逐渐恢复，对土壤肥力的改善以及营养元素的循环都有一定的促进作用。其中复合接菌处理根际群落恢复能力显著高于其他处理。并且对土壤重金属污染达到较高的去除率，最高达到14.01％，有效降低土壤中重金属铜的含量。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 土壤重金属污染概况

1．2．1 土壤重金属污染现状

1．2．2 土壤中重金属的来源

1．2．3 土壤重金属污染的危害

1．3 土壤重金属污染修复措施

1．3．1 物理修复

1．3．2 化学修复

1．3．3 生物修复

1．4 土壤重金属污染植物修复技术与强化措施

1．4．1 植物修复重金属传统技术

1．4．2 植物修复重金属的机制

1．4．3 植物修复传统技术的局限性

1．4．4 螯合诱导植物修复

1．4．5 微生物-植物联合修复

1．4．6 植物抗重金属的分子机制

1．5 材料选择

1．6 研究目的和意义

1．7 研究内容和技术路线

1．7．1 研究内容

1．7．2 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 供试土壤

2．1．2 供试植物

2．1．3 供试菌种

2．1．4 培养基

2．1．5 供试试剂

2．1．6 供试仪器与设备

2．2 方法

2．2．1 污染土壤的制备处理

2．2．2 种子处理

2．2．3 菌株生长曲线

2．2．4 菌悬液的制备

2．2．5 实验设计

2．2．6 实验样品处理方法

2．2．7 植物指标的测定方法

2．2．8 土壤理化指标的测定方法

2．2．9 土壤酶活测定方法

2．2．10 微生物生物量测定方法

2．2．11 根际土壤高通量16S rDNA测序

2．2．12 数据处理与分析方法

第三章 铜胁迫下紫花苜蓿对双接种体系的响应

3．1 菌种抗胁迫能力的确定

3．2 紫花苜蓿对双接种体系的响应

3．2．1 对植物生长表型的影响

3．2．2 对植物叶绿素含量的影响

3．2．3 对植物营养元素提取状况的影响

3．2．4 对植物生物量的影响

3．2．5 对植物提取重金属能力的影响

3．3 小结

第四章 双接种体系对螯合诱导植物修复的影响

4．1 对植物生长状况的影响

4．1．1 植物生物量

4．1．2 植物重金属含量

4．1．3 植物铜转移系数和富集系数

4．2 对植物耐受重金属能力的影响

4．2．1 植物脂膜过氧化产物和氧自由基含量

4．2．2 植物抗氧化酶系统

4．3 对土壤理化性质的影响

4．4 对土壤酶活的影响

4．4．1 脲酶

4．4．2 过氧化氢酶

4．4．3 蔗糖酶

4．4．4 β-葡糖苷酶

4．4．5 酸性磷酸酶

4．5 对土壤微生物生物量的影响

4．6 对苜蓿根际微生物区系的影响

4．6．1 群落组成

4．6．2 α多样性

4．6．3 β多样性

4．6．4 RDA分析

4．7 盆栽前后各处理重金属铜的去除率

4．8 小结

第五章 讨论

5．1 双接菌体系对苜蓿生长的影响

5．2 EDDS以及复合菌剂的添加对各处理植物的影响

5．3 对土壤性质的影响

5．4 对微生物生物量以及根际群落的影响

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．1．1 铜胁迫下供试菌株抗性能力的研究

6．1．2 铜胁迫下紫花苜蓿对双接种体系的响应

6．1．3 双接种体系对螯合诱导植物修复铜污染土壤的影响

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

缩略词(ABBREVIATIONS)

致谢

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