【摘 要】
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随着中国市场经济的进一步发展,产业化进程的逐步推进,许多矿业开采及冶炼活动也应运而生,由此带来了一系列环境问题。包括工业废水的不当排放、工业制剂的不当使用以及尾矿的不当堆积等在内的行为,均会对周围土地造成严重的重金属污染,对自然环境和人体健康产生巨大危害。在土壤重金属对环境的毒性作用中,以砷、汞、镉、铅污染最为常见且毒害最大,因此土壤砷污染已成为亟待解决的问题。目前针对重金属污染土壤修复方法可归纳
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随着中国市场经济的进一步发展,产业化进程的逐步推进,许多矿业开采及冶炼活动也应运而生,由此带来了一系列环境问题。包括工业废水的不当排放、工业制剂的不当使用以及尾矿的不当堆积等在内的行为,均会对周围土地造成严重的重金属污染,对自然环境和人体健康产生巨大危害。在土壤重金属对环境的毒性作用中,以砷、汞、镉、铅污染最为常见且毒害最大,因此土壤砷污染已成为亟待解决的问题。目前针对重金属污染土壤修复方法可归纳为生物法、物理法和化学法,其中生物法因具有低成本、易施行、环境友好等优势,成为治理土壤砷污染领域的研究热点。本研究通过初筛及复筛,从尾矿土壤中分离并筛选出同时对As3+和As5+具有高耐受性的2株菌株(LSM1和LYT1),分别测定其对不同价态砷的最大耐受浓度及促生作用。进一步探究2株菌的最佳生长条件,构建复合菌剂,并在最适条件下分别测定菌剂对砷的去除率。通过砷胁迫下的转录组测序,探究了菌株的抗砷机制。最终利用复合菌剂联合蜈蚣草修复砷污染尾矿土壤,通过构建中型生态系统,研究植物-微生物对土壤的修复作用。以上工作旨在筛选出高耐砷促生菌株,初步探究菌株对砷的去除能力及耐砷机制,并将其应用于重金属污染土壤修复。主要研究结果如下:从实验室保藏及分离自铁尾矿土壤的菌株中筛选出对As3+和As5+均有高耐受性的6株菌,通过对菌株的砷耐受性进行进一步测定,最终选择菌株LYT1和LSM1用于后续研究。两株菌分别被鉴定为萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)和鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)。进一步探究筛得菌株的促生作用,结果表明,LSM1具有产吲哚乙酸能力,LYT1兼具解磷、固氮和产吲哚乙酸(IAA)能力。菌株的最适生长条件及复合菌剂的As5+去除能力研究结果表明,LSM1和LYT1均在p H=7,温度30℃,以胰蛋白胨为氮源时生长情况最佳,LSM1和LYT1分别在As5+为50 mg/L和100 mg/L时生长最优。研究表明,复合菌剂在48 h、培养液As5+浓度为50 mg/L时的砷去除率达到最大值,为67.40%。对菌株LYT1进行砷胁迫下的RNA-seq分析,得到的表达基因共有3 229个,与参考基因组的mapping率均在89.52%~92.34%之间。Unigenes的COG基础功能注释表明,共有2 935个基因注释到了20种COG功能类型中,其中主要有转录、氨基酸转运和代谢、能源生产和转化等功能基因。差异基因分析共得到615个差异表达基因,其中包含上调基因占69.76%,下调基因占30.24%。在GO注释中,差异基因大多被注释到分子功能条目中,包括DNA结合、金属离子结合、DNA结合转录因子活性等亚类,而注释到的基因数最多的为细胞组分类。在KEGG注释中,差异基因的注释分类主要集中在氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢等通路。GO富集显示,包括磷酸根离子转运、r RNA结合、核糖体的结构成分和翻译等在内的多类条目具有显著富集。在KEGG富集中,核糖体、苯甲酸盐降解、硫代谢和ABC转运系统等代谢通路占主导。RT-q PCR验证结果表明RNA-Seq结果准确并可信。设立中型生态系统,利用复合菌剂联合蜈蚣草修复砷污染尾矿土壤,结果表明:与对照组T相比,联合修复的JZ组对土壤各生理指标的改善效果最佳,修复90d后土壤p H由8.34降低至7.63,JZ组土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶分别增长了611.2%、492.4%和1591.0%,土壤有机质含量提高了1644.0%。加入复合菌剂后,蜈蚣草的生物量及叶绿素均高于对照组,且JZ组植株的丙二醛和脯氨酸含量均低于对照组。JZ组对土壤的修复效率最高,土壤砷含量相较于修复前降低了49.4%,蜈蚣草的砷富集系数比Z组高53.0%,表明复合菌剂可显著促进蜈蚣草对砷的富集,提高土壤修复效率。
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