外加功能菌群对芒草修复矿区周边农田重金属污染的效应及其机制研究

With the rapid development of world economy, people's production and life are excessive and unregulated, and the problem of soil heavy metal pollution is becoming increasingly severe. The remediation is an immediate emergency. As a environmental protection technology, the synergetic remediation of microorganisms and plants has attracted more and more attention.This project investigates the variation rule of the rhizospheric microorganisms, the contents of soil and energy plant miscanthus heavy metal after functional consortiums introducing during the miscanthus planting in the farmland soil around the mine area, using the technology of metagenomic sequencing and the methods of soil analysis and statistical analysis. In this project, we aim to clarify the soil heavy metal transformation and migration rules and its molecular mechanism with the introduction of functional consortium, and to explore the relationships among the functional consortium, indigenous microorganisms and heavy metals transformation/migration. To improve the synergetic remediation effects of microorganisms and energy plants miscanthus on soil heavy metal pollution, Artificial neural network (ANN) model will be built and functional microbial consortium will be optimized. Therefore, it is not only of very important scientific and theoretical value, but also of high applicable significance on farmland soil heavy metal remediation.

随着世界经济快速发展，人们生产生活过度且不规范，土壤重金属污染问题日益严重，其修复与治理迫在眉睫。微生物与植物联合修复方法作为一种绿色环保技术，越来越受到研究人员的关注。本项目以矿区周边农田为研究对象，利用宏基因组测序技术、土壤学分析方法和统计分析方法等手段，研究引入具有产酸和促生长能力的功能菌群后，能源植物芒草根际土壤土著微生物群落的演替规律，结合土壤重金属形态和芒草重金属富集量的变化规律，阐明功能菌群引入对土壤重金属转化和迁移的影响规律及其分子机理，探究功能菌群、土著微生物与重金属转化/迁移之间的关联机制。通过构建神经网络模型优化功能菌群，从而提高微生物与能源植物芒草联合修复土壤重金属污染的效应，不仅具有十分重要的科学理论意义，而且还对农田土壤重金属修复具有直接指导意义。

随着工业进程不断深化，矿山开采过度且不规范，矿区耕地土壤重金属污染问题日益严重，其修复与治理迫在眉睫。微生物与植物联合修复方法作为一种绿色环保技术，受到广泛关注。本研究从湖南省花垣县铅锌矿区生长的优势植物艾草，唐菖蒲，苎麻，婆婆纳和五节芒的根际土壤分离出23株细菌，根内分离出18株细菌。通过植物促生长特性、产酸能力对41株菌进行复筛，最终筛选并确定功能性最优的根际土壤菌株以及根内菌株；并将功能菌株进行复配和发酵条件优化，筛选出最佳的功能菌群；通过盆栽实验探讨功能菌株及菌群强化芒草对重金属污染土壤的修复效果。. 主要研究结果：筛选出10株植物促生菌株；将10株功能菌两两组合进行复配筛选出无拮抗、及最佳促生菌群4组，分别为MR2-TS8、MR2-ZR1、ZS1-ZR1和TS8-ZR1，经综合考虑后续采用MR2-TS8复合菌群进行盆栽实验；（3）盆栽实验发现L. jeotgali MR2和K. michiganensis TS8单菌及其复合菌均能促进五节芒的生长，且一定程度上能增强五节芒地下部或地上部以及土壤抗氧化酶的活性，缓解了重金属胁迫环境对五节芒造成的氧化应激损伤，还对土壤中总氮、有效磷、速效钾和有机质等土壤养分指标具有积极意义。相比对照组，MR2和TS8能有效降低土壤总镉含量，所有处理均能有效降低土壤总铅锌含量，相比对照组，MR2对镉的去除提高了14.18%、TS8对铅的去除提高了12.62%、混菌对锌的去除提高了19.15%；此外，外加功能菌/菌群虽然降低了土壤微生物群落多样性，但是增加了根围土中变形菌门和放线菌门细菌的丰度。通过RDA分析发现有机质含量、pH值、总氮、抗氧化酶活对植物的重金属富集呈正相关关系，Armatimonadetes_gp4有利于Cd的转移，Algisphaera有利于Zn的转移，Gp3有利于Pb的转移。. 上述研究结果能为长期镉/铅/锌污染农田土壤的重新利用提供了新的思路，本文筛选的植物促生细菌MR2和TS8可通过合理配施，强化镉/铅/锌的生物有效性和五节芒生物量，提高植物对土壤重金属的修复效率。