解磷菌修复土壤铅污染机理探索

1..A lead-resistant phosphate solubilizing bacteria（Enterobacter agglomerans）RKMC-7 will be used for immobilization of lead in lead-contaminated soil. Some modified instruments and methods such as X-Ray Diffractionmeter detection, Scanning Electron Microscope analysis，Fourier Transform Infrared Spectrometer and Denaturing Gradient Gel Electrophoresis technique combined with conventional physical and chemical methods, through the analysis of influencing factors of immobilization of lead and biosorption, accumulation and induced sedimentation by phosphate solubilizing bacteria, the comparative analysis of lead absorbed by plant, the phytoavailability of lead and microbial community structures in soil of plant rhizosphere and non- rhizosphere, the mechenisms of lead immobilization by phosphate solubilizing bacteria will be interpreted. The results could be used for optimizing bioremediation techniche and increasing safety and yields of crops, providing the theory basis for improvement of bioremediation of heavy metal contaminated soil. Moreover, the results of the project could provide supplement for the thoery of microbial precipitation of heavy metal.

本项目将选用具有较强抗铅生长能力的解磷菌（Enterobacter agglomerans）RKMC-7固定污染土壤中的铅，采用现代仪器分析手段如等X-射线衍射、透射电镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱分析（FTIR）和变性梯度凝胶电泳（DGGE）等技术并结合传统的物理化学方法，通过对解磷菌固定铅的影响因素的分析、解磷菌对铅的吸附、富集和诱导沉淀作用的研究以及解磷菌产生的有机酸在固定过程中的作用分析，并通过解磷菌对植物吸收铅、根际和非根际土壤中铅的生物可利用性和微生物群落结构的比较分析，解释解磷菌固定铅的作用机制。其研究成果可直接用于修复工艺的优化，并在修复的同时提高作物的产量和安全性，为提高环境重金属污染的生物修复效率提供理论依据；最后，本研究是利用微生物沉淀作用固定环境中的重金属，可对现有的关于微生物沉淀作用的研究理论体系进行重要的补充。

土壤铅污染已成为全球关注的环境问题之一。本项目选用多株具有较强抗铅生长能力的解磷菌株固定污染土壤中的铅，分析了解磷菌固定铅的影响因素；解磷菌对铅的吸附、富集和诱导沉淀作用；比较分析了解磷菌对植物吸收铅、根际和非根际土壤中铅的生物可利用性和微生物的群落结构，初步探讨了解磷菌固定土壤铅污染的作用机制。.实验结果表明：RKMC-7抗铅生长能力最佳，运用响应面法拟合分析得到解磷菌修复铅污染土壤的最优方案：水分、TOC和氯离子含量分别为5.33g/kg、803.91mg/kg和3610.9mg/kg，温度为22.14℃，pH为6时，解磷菌RKMC-7固定效率达到最大值为67.46%；解磷菌对Pb2+的吸附和富集作用分析结果表明：吸附Pb2+后，细胞表面出现椭圆形的粒状物，密集处表面呈现片状暗灰色，表面孔隙被填充，并出现结晶。FTIR分析结果表明：细胞中参与吸附Pb2+的主要是含有N-H，C-O，C=O，C-H，O-H，C-N，P=O，P-OH，PO43-等键的基团。其中，羰基氧吸附Pb2+能力最强。解磷菌培养上清液对铅离子的沉淀作用和菌体对铅离子的吸附作用结果表明：上清液对铅离子的去除率高达92.45%，菌体对铅离子的去除率略低，达到87.46%。因此，解磷菌菌体和上清液均能够迅速去除溶液中的铅离子，且效率较高。盆栽实验结果表明：随着施加的重金属铅浓度的增加，青菜生长的情况受到明显的抑制作用，植株的生物量先增加后减少再升高最后缓慢降低；植株地下部分和地上部分铅含量随着土壤中铅浓度的升高均呈现先升高后降低最后缓慢上升的趋势；施加解磷菌菌剂能够显著降低植株地上部分铅的含量，但植株地下部分铅的含量明显上升，其原因可能是解磷菌在植物根际的活动明显增加了根部对铅的沉积作用，可以通过植物根部富集铅的作用降低甚至去除土壤中的铅污染，这一点在国内外尚未见报道。