刺槐-根瘤菌共生体系对铜锌矿区污染土壤的生物修复机理研究

In order to resolve the ecological restoration and reuse of .the contaminated soil at copper-zinc mine, Robinia pseudoacacia-rhizobia symbiosis will be used as bioremediation medium in the contaminated soil at copper and zinc. From the diversity of rhizosphere soil microbial populations and the interaction between the symbiosis and heavy metal, PLFAs, Community Level Physiological Profile (CLPP), cultivable method (BOX-PCR) and uncultivable method (PCR-DGGE) will be used in laboratory potting and field experiments. The diversity characteristics of rhizosphere soil microbial populations will be studied by using Robinia pseudoacacia-rhizobia symbiosis in the contaminated soils. Analyze the relationship among soil physical and chemical characteristics, the growth of Robinia pseudoacacia and rhizosphere soil microbial populations. Discuss the effect of Robinia pseudoacacia and rhizosphere soil microorganisms on bioavailability of heavy metals. The results will proclaim bioremediation mechanism of Robinia pseudoacacia- rhizobia symbiosis in the copper-zinc tailing abandoned land. It will also provide the scientific proofs for the recovery and rebuilding of the copper-zinc mine abandoned land and the degraded ecosystems.

本研究针对西北铜锌矿区污染土壤的生态修复和再利用问题，利用刺槐-根瘤菌共生体系对铜、锌污染土壤进行生物修复，从根际土壤微生物群落多样性和共生体系-重金属相互作用入手，通过室内盆栽和野外实地修复相结合的方法，采用磷脂脂肪酸（PLFA）、CLPP指纹分析、可培养BOX-PCR和非培养PCR-DGGE等方法，研究刺槐-根瘤菌共生体系修复污染土壤过程中根际微生物群落多样性变化特征，分析根际土壤理化特征、刺槐生长与土壤微生物群落的相关性，探讨刺槐与根际微生物对重金属生物有效性的调节作用，揭示刺槐-根瘤菌共生体系对重金属污染土壤的生物修复机理，为矿区废弃地的生态恢复与退化生态系统恢复重建提供理论依据。

本研究采用16S rRNA 基因扩增子测序技术对矿上废水处理沉淀池河岸带土壤中微生物群落进行研究。表明微生物群落结构主要受采样区（入水口，上游，下游，出水口）影响，而不受季节影响。重金属（Zn，Pb和Cu）、全硫、pH和有效钾主要对微生物群落有显著影响，其中重金属是导致入水口区样本与其他区分开的主要因素，且入水口有较低的多样性。在入水口发现了与硫和有机碳代谢相关的潜在指示种。从生长在铅锌矿区刺槐的根瘤中分离到82株内生细菌，并对这些菌株的重金属抗性和促植物生长特性进行测定。结果表明，分离到的菌株划分为21个属。Mesorhizbium，Pseudomonas和Rhizobium三个属占所有菌株的45.1%，12.2%和7.3%。大多数菌株对Cu、Zn、Pb和Cd的最小抑制浓度低于1.0 mM/L。50株菌具有产IAA能力，43株菌具有ACC脱氨酶活性。63株菌可以产铁载体。三株菌（属于P. chlororaphis）能在体外溶解三磷酸钙。菌株A. radiobacter HZ6，E. adhaerens H14和 M. loti HZ76是三株促生优势菌株。为解释植物-微生物联合对重金属污染土壤修复过程中微生物群落的变化，采集矿山废水处理沉淀池附近的重金属污染（轻度和重度）土壤种植刺槐，并接种根瘤菌（HZ76，HZ14，HZ6）。采用16S rRNA基因测序和宏基因组测序技术对不同处理土壤微生物群落结构和功能进行测定。土壤微生物随土壤污染水平呈现显著变化，植物对其也有一定影响。虽然接种根瘤菌非决定性因素，但对微生物群落也有影响。在选择压力下，根际中发现与促植物生长相关指示种相对丰度随着接菌而增加，如Mesorhizobium，Variovorax，Streptomyces和Rhodococcus属；接菌后的根际微生物中编码ATP结合转运蛋白的基因与硫或氮代谢相关基因相比上调。