銅單一污染與銅鎘復(fù)合污染對(duì)稻田土壤微生態(tài)的影響及抗性菌株的分離與特征研究.pdf

1、我國(guó)的耕地資源極其匱乏，近年來(lái)其數(shù)量還在不斷減少，成為限制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙；另一方面，我國(guó)的土壤重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，不僅危及人類(lèi)健康，還引起了一系列復(fù)雜嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。 本研究以稻田土壤為材料，以在我國(guó)稻田土壤中污染最為嚴(yán)重的銅、鎘為研究對(duì)象，采用室內(nèi)培養(yǎng)、純培養(yǎng)及統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法，針對(duì)銅離子單一污染及銅鎘離子復(fù)合污染對(duì)土壤中微生物、土壤酶的毒性效應(yīng)進(jìn)行比較研究。通過(guò)對(duì)比分析，研究了銅

2、鎘離子對(duì)土壤生物學(xué)毒性的不同復(fù)合效應(yīng)，并進(jìn)一步探討了稻田重金屬污染狀況與土壤生物學(xué)活性之間的相互關(guān)系。為重金屬?gòu)?fù)合污染的生物學(xué)效應(yīng)有別于重金屬單一污染這一觀點(diǎn)提供直觀的試驗(yàn)證據(jù)，并為確立稻田土壤銅鎘污染的早期預(yù)警指標(biāo)提供基礎(chǔ)資料。此外，分離篩選到一株高抗銅鎘的抗性菌株，為銅鎘污染稻田土壤的生物修復(fù)提供理論依據(jù)和種質(zhì)資源。主要研究結(jié)果如下： 1.以稻田土為材料，在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)銅離子單一污染與銅鎘離子復(fù)合污染對(duì)淹水稻田土壤好氧微生

3、物種群數(shù)量、區(qū)系的多樣性影響進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明，培養(yǎng)初期(5d)低濃度200mgCu2+/kg干土和(200mgCu2++0.5mgCd2+)/kg干土的銅鎘離子對(duì)細(xì)菌、放線菌、真菌的生長(zhǎng)均有一定的刺激作用。放線菌對(duì)銅鎘離子極為敏感，數(shù)量變化與銅鎘離子濃度之間存在顯著的劑量效應(yīng)關(guān)系，故可將放線菌作為土壤銅鎘污染的早期預(yù)警指標(biāo)。對(duì)單一污染與復(fù)合污染的抗性次序均為細(xì)菌＞真菌＞放線菌。Cu2+和Cd2+對(duì)細(xì)菌和放線菌產(chǎn)生的抑制作用低于Cu

4、2+單一污染，毒性作用可能存在拮抗，但拮抗作用并不顯著；而對(duì)于真菌，銅鎘復(fù)合污染尤其是高濃度的復(fù)合污染產(chǎn)生的抑制作用較Cu2+單一污染更強(qiáng)，兩者之間可能產(chǎn)生了毒性的協(xié)同作用。 2.采用改良的亨格特(Hungate)厭氧技術(shù)，通過(guò)試管液體培養(yǎng)法及滾管固體培養(yǎng)法系統(tǒng)研究了厭氧水解發(fā)酵細(xì)菌、厭氧固氮菌和反硝化細(xì)菌等幾種土壤主要厭氧微生物種群數(shù)量在不同污染條件下的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。結(jié)果表明，厭氧水解發(fā)酵細(xì)菌與厭氧固氮菌對(duì)單一Cu2+抗性較強(qiáng)

5、，尤其厭氧固氮菌，12d起各個(gè)處理的固氮菌數(shù)量呈大幅增長(zhǎng)；反硝化細(xì)菌對(duì)Cu2+敏感，可作為Cu2+土壤污染的早期預(yù)警指標(biāo)。無(wú)論是Cu2+單一污染，還是Cu2+和Cd2+復(fù)合污染，對(duì)其抗性依次為厭氧固氮菌＞水解發(fā)酵細(xì)菌＞反硝化細(xì)菌。單一污染與復(fù)合污染對(duì)反硝化細(xì)菌的抑制作用均達(dá)到顯著水平，但銅鎘復(fù)合污染尤其是高濃度的復(fù)合污染對(duì)厭氧水解發(fā)酵細(xì)菌和厭氧固氮菌產(chǎn)生的抑制作用均強(qiáng)于銅離子單一污染，兩者之間可能產(chǎn)生了毒性的協(xié)同作用，說(shuō)明重金屬?gòu)?fù)合污染

6、與單一元素污染的生物學(xué)效應(yīng)有所不同。 3.通過(guò)對(duì)比分析，研究了銅鎘離子對(duì)土壤酶毒性的不同復(fù)合效應(yīng)以及稻田土壤重金屬污染狀況與土壤酶活性的相互關(guān)系。結(jié)果表明，重金屬?gòu)?fù)合污染對(duì)土壤酶活性的影響較單一污染更為復(fù)雜。Cu2+單一污染對(duì)稻田土壤酶的抑制效應(yīng)順序?yàn)榱姿崦福倦迕福具^(guò)氧化氫酶，與銅鎘復(fù)合污染的抑制效應(yīng)順序脲酶＞磷酸酶＞過(guò)氧化氫酶不同。脲酶和磷酸酶對(duì)銅鎘污染反應(yīng)敏銳，其活性與Cu2+濃度和銅鎘復(fù)合濃度均呈顯著負(fù)相關(guān)。銅鎘復(fù)合污染對(duì)

7、脲酶表現(xiàn)出協(xié)同抑制的特征；對(duì)過(guò)氧化氫酶和磷酸酶的毒性表現(xiàn)出不同程度的拮抗作用。建議結(jié)合脲酶和磷酸酶活性作為評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)稻田土壤銅鎘污染的生物學(xué)指標(biāo)。 4.從國(guó)家特大型化工聯(lián)合企業(yè)——巨化集團(tuán)公司廢水排放監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)耐寥乐蟹蛛x獲得一株高抗銅鎘的細(xì)菌菌株HLC2。通過(guò)形態(tài)觀察、生理生化試驗(yàn)，結(jié)合Biolog碳源利用分析、G+Cmol％測(cè)定及16SrDNA序列同源性比較，該菌鑒定為Brevundimonasdiminuta。菌株HLC2

8、為革蘭氏陰性細(xì)菌，無(wú)芽孢，菌體細(xì)胞為短桿狀，菌落大小呈針尖狀，不易刮取。顯微鏡下觀察菌落邊緣不整透明，中間密集，形態(tài)類(lèi)似草帽狀。 菌株HLC2對(duì)青霉素和氨芐青霉素非常敏感，對(duì)紅霉素和頭孢拉定其次，對(duì)慶大霉素、卡那霉素和氯霉素不敏感。最適生長(zhǎng)溫度在30℃～37℃之間，最適pH8.5，適應(yīng)堿性生長(zhǎng)環(huán)境。在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)依賴(lài)于Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+、Cr3+和Hg2+等重金屬的存在，對(duì)上述幾種重金屬的最適生長(zhǎng)濃度范

9、圍分別為：4900mg/L～5900mg/L，600mg/L，1000mg/L，500mg/L，600mg/L和5mg/L。銅鎘復(fù)合處理培養(yǎng)時(shí)的最適生長(zhǎng)濃度高達(dá)Cd2+600mg/L+Cu2+2000mg/L。在一定銅鎘復(fù)合濃度范圍內(nèi)生長(zhǎng)速度較單一重金屬時(shí)更快，更適應(yīng)銅鎘共存的生長(zhǎng)環(huán)境。Cu2+和Cd2+單一處理時(shí)，菌株HLC2對(duì)兩者的吸收量大致相等，但當(dāng)Cu2+和Cd2+共存時(shí)，菌株HLC2吸收Cu2+的量多余Cd2+近5倍，并且菌體