基于鎘超累積植物內(nèi)生菌的重金屬污染復(fù)研究.pdf

1、隨著人類活動(dòng),尤其是工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,重金屬污染變得日益嚴(yán)重。重金屬是一類典型的環(huán)境污染物,具有致癌、致畸等危害,因而對(duì)人類健康和自然環(huán)境造成了極大威脅。近年來(lái),利用物理化學(xué)方法治理重金屬污染的的方法取得了很大發(fā)展,主要有淋洗法、化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、氧化還原法、離子交換法、膜技術(shù)法、反向滲透法、蒸發(fā)治理等方法。但這些方法治理費(fèi)用高、效率低下、需要大量勞動(dòng)力、且處理過程缺乏選擇性。生物修復(fù)技術(shù)是指利用動(dòng)植物和微生物等生物的某些特性來(lái)改良重

2、金屬污染的措施,相比于物理化學(xué)法,其具有有明顯的安全性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì),因此成為重金屬污染修復(fù)的潛在技術(shù)之一。然而,現(xiàn)階段制約生物修復(fù)這一技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵在于如何高效、快速地從自然界中篩選得到具有潛在修復(fù)作用的重金屬抗性菌株。
　　 近期,關(guān)于內(nèi)生菌,特別是重金屬超累積植物內(nèi)生菌與其宿主植物協(xié)同處理重金屬污染的研究方面取得了明顯進(jìn)展。內(nèi)生菌是指寄居在植物組織內(nèi)而不對(duì)宿主植物產(chǎn)生傷害的一類微生物,其與宿主植物可能存在共生、互生

3、等多種作用關(guān)系。大部分內(nèi)生菌是通過植物的根圍或葉部進(jìn)入植物體內(nèi),部分可能一直存在于植物種子體內(nèi)。超累積植物是指能在重金屬污染土壤中生長(zhǎng)良好并能累積大量重金屬在其體內(nèi)的一類特殊植物。重金屬超累積植物的另一個(gè)功能是作為“過濾器”,自土壤微生物中篩選有潛在修復(fù)作用的重金屬抗性菌株,讓其定殖于體內(nèi)以幫助其對(duì)抗重金屬毒性?；谶@一理論,本研究首次提出了快速、高效地從重金屬超累積植物中篩選同時(shí)具有優(yōu)良環(huán)境適應(yīng)性和重金屬修復(fù)能力的菌株用于實(shí)際重金屬污

4、染的生物修復(fù)。
　　 首先,本論文在傳統(tǒng)植物內(nèi)生菌分離方法的基礎(chǔ)上建立了一種高效、快速的植物內(nèi)生菌分離方法。與傳統(tǒng)方法相比本方法主要應(yīng)用表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)和植物纖維素酶作為植物內(nèi)生菌的提取增溶劑。應(yīng)用傳統(tǒng)方法和本方法從龍葵、齒果草、螞蝗七、水雞仔4種植物體內(nèi)分別提取分離植物內(nèi)生菌,結(jié)果表明SDS和植物纖維素酶能通過水解植物纖維組織有效地提高植物內(nèi)生菌分離效果。
　　 隨后,利用該方法從鎘超累積植物龍葵體內(nèi)

5、分離獲得了97株內(nèi)生菌,其中根內(nèi)生菌34株,莖內(nèi)生菌36株,葉內(nèi)生菌27株。除從莖中分離到的唯一一株內(nèi)生菌是真菌以外,其他所有內(nèi)生菌都是細(xì)菌。通過檢測(cè)所有龍葵植物體內(nèi)重金屬鎘含量和龍葵內(nèi)生菌對(duì)重金屬抗性發(fā)現(xiàn):不同部位分離得到的內(nèi)生菌對(duì)重金屬鎘的抗性程度不一,從鎘含量較高部位分離得到的內(nèi)生菌其相應(yīng)的重金屬抗性要高于從鎘含量相對(duì)較低部位分離的內(nèi)生菌的重金屬抗性。這表明不同種類的內(nèi)生菌有可能寄居于植物的不同部位。
　　 內(nèi)生真菌LSE

6、10是從鎘超累積植物龍葵的莖中分離得到的唯一真菌。分子生物學(xué)鑒定表明它屬于Microsphaeropsis sp.。在體外培養(yǎng)條件下,LSE10的生物量是同等條件下培養(yǎng)的非內(nèi)生真菌Rhizopus cohnii.的2倍以上。利用LSE10作為生物吸附劑直接吸附廢水中的重金屬鎘,結(jié)果表明其理論最大吸附能力高達(dá)247.5mg/g(2.2 mmol/g),高于絕大多數(shù)已經(jīng)報(bào)道的生物吸附劑或者其他類型吸附劑。紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)LSE10表面存在的

7、羧基、氨基、巰基、羥基等化學(xué)基團(tuán)在鎘的生物吸附中起關(guān)鍵作用。
　　 具有多種優(yōu)良重金屬抗性的內(nèi)生細(xì)菌EB L14是從鎘超累積植物龍葵葉部分離得到的內(nèi)生菌。生理生化鑒定以及16S rDNA的鑒定都表明它是桿菌屬(Bacillussp.)細(xì)菌。在相對(duì)較低二價(jià)重金屬離子存在條件下EB L14的生物量反而高于無(wú)重金屬存在條件下的生物量,即:表現(xiàn)出毒物興奮效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),該現(xiàn)象是ATP酶活性異常增高所帶來(lái)的副作用。EB L14在二價(jià)重金屬

8、離子存在條件下通過提高ATP酶的活性向胞外排出有毒的重金屬離子,而能量利用的異常增多導(dǎo)致了其生物量的過度增長(zhǎng)。在24 h培養(yǎng)時(shí)間內(nèi),EB L14能特異性地從含濃度為10 mg/L,不同重金屬的培養(yǎng)基中分別去除75.78％的鎘,80.48％的鉛,以及21.25％的銅。在相同條件下EB L14對(duì)重金屬鉻幾乎沒有任何吸收和去除作用。對(duì)EB L14去除重金屬機(jī)理研究表明:能夠通過抑制其ATP酶的活力來(lái)提高它的重金屬修復(fù)效率。EB L14優(yōu)良的環(huán)

9、境適應(yīng)性和其高效的重金屬去除能力,表明它在低濃度重金屬生物修復(fù)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
　　 在工業(yè)代謝抑制劑N,N’-二環(huán)已基碳二亞胺(DCC)或2,4-二硝基酚(DNP)存在的條件下,內(nèi)生菌EB L14對(duì)鎘的生物修復(fù)效果研究表明:雖然,在DCC或DNP存在的條件下,EB L14的生物量受到很大的抑制。但是其對(duì)重金屬鎘的去除率卻分別從73.6％升高至93.7％和80.8％。在培養(yǎng)24小時(shí)后,通過分別分析其鎘的總吸收去除濃度和細(xì)

10、胞內(nèi)鎘濃度,發(fā)現(xiàn)DCC和DNP都是通過抑制EB L14的向胞外運(yùn)輸鎘離子從而有效地增強(qiáng)了鎘去除率。EB L14的這一特性強(qiáng)有力地證明在工業(yè)代謝抑制劑存在的情況下,內(nèi)生菌EB L14具有實(shí)踐應(yīng)用于鎘的生物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)。
　　 本論文是首次嘗試?yán)弥亟饘俪鄯e植物內(nèi)生菌這一不但具有良好環(huán)境適應(yīng)能力而且具有多種重金屬去除機(jī)制的微生物直接用于重金屬生物修復(fù)的研究。本研究有助于生物修復(fù)這一更安全、更經(jīng)濟(jì)的重金屬污染處理方法能夠走出實(shí)驗(yàn)室最終