不同土壤胶质芽孢杆菌生理生化特征及其解钾活性

利用土壤矿物为K源的硅酸盐细菌选择性培养基,从我国部分省市土壤中筛选到30株胶质芽孢杆菌Bacillus muci-laginosus,以辽宁菌种保藏中心胶质芽孢杆菌LICC10201(编号K31)为参照菌株,对其生理生化特性、耐盐性、耐酸碱性、温度敏感性及解K能力等生物学特性进行了测定.结果表明,30株胶质芽孢杆菌菌体均为杆状,产生椭圆至圆形芽孢.其中K3、K9、K19、K31为短杆状,30株菌株均为G~-.NH_4~+、NO_3~-为良好N源,且能在无N培养基上生长.菌株K5、K12和K31解K能力较强,释放的K比不加菌液对照分别增加2.39倍、2.28和2.27倍;K5、K11、K26、K31在w=3%NaCl的培养基上能生长;在25～30℃范围内供试胶质芽孢杆菌均能良好生长;以上试验数据可为将来微生物肥料的研制提供必要的依据.     

钒钛磁铁废矿土壤中根瘤菌的捕获及其共生固氮效应

根瘤菌与豆科植物共生能提供植物氮营养、增强植株抗逆性、增加土壤氮积累因而被应用于重金属污染土壤的生物修复中,为筛选出重金属耐受性强的土著根瘤菌应用于钒钛磁铁废矿土壤的生物修复,以钒钛磁铁废矿土壤作为基质进行大豆和豇豆盆栽实验捕获根瘤内生细菌,并通过分子鉴定筛选出根瘤菌,再测试根瘤菌的共生固氮效应.大豆和豇豆的盆栽捕获实验分离获得43株根瘤内生菌,BOX-A1R PCR电泳图谱聚类分析在84%相似水平上聚类为13个群,从13个类群中选取大豆和豇豆根瘤内生代表菌株进行16SrDNA测序和系统发育树的构建,结果表明只有类群8上的两株代表菌株(ms12-11,syj1)是根瘤菌,属于慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium).在盆栽回接实验中,ms12-11和syj1均能在贫瘠且重金属含量高的废矿土壤中与大豆和豇豆共生结瘤固氮,但ms12-11的固氮效率明显高于syj1;由于重金属的胁迫压力,播种于废矿土中的大豆和豇豆固氮效率明显低于蛭石中的大豆和豇豆固氮效率.综上表明钒钛磁铁废矿土壤中含有丰富的根瘤菌资源,能在逆境环境下与豆科植物共生固氮,增强植物抗逆性.     

硅酸盐细菌解钾兼拮抗活性菌株的筛选

从紫色土壤中分离筛选出具有解钾拮抗双重活性的硅酸盐细菌CS1和CS29菌株。接菌处理，其水溶性钾分别增加75％和65％，转化率达0．82％和0．72％。两株菌对革兰氏阳性的蜡样芽孢杆菌，金黄色葡萄球菌，藤黄八叠球菌等和革兰氏阴性的大肠杆菌均有较强的抑菌活性。筛选菌株中91．2％具有解钾活性，但拮抗活性菌株只占总数的11．6％，表明二性状之间无相关关系。表4参7     

镉钝化细菌对水稻幼苗镉吸收的影响

为了解根际重金属钝化微生物对作物生长及土壤重金属吸收的影响,将来源于镉(Cd)污染水稻土的镉钝化细菌枯草芽孢杆菌CDR-1、雷氏普罗威登斯菌CDR-2、阿耶波多氏芽孢杆菌CDR-3分别接种到水稻幼苗根际,通过测定水稻苗的生长、生物量及镉含量来分析根际镉钝化细菌对水稻生长及镉吸收的影响.结果显示,镉钝化细菌CDR-1、CDR-2、CDR-3的Cd~(2+)最低抑制浓度分别为200、200、400 mg/L,其在20 mg/L Cd~(2+)溶液中的镉钝化率均达到100%,且随Cd~(2+)浓度的上升镉钝化率呈现下降趋势.在5和10 mg/L Cd~(2+)胁迫下,这3株细菌对水稻幼苗的生长有不同程度的影响,并都能显著降低水稻幼苗根和地上部分的镉含量,其中CDR-1对水稻幼苗的促生降镉作用最优;在0.5、1和2mg/kgCd~(2+)胁迫下,CDR-1仍然能显著促进水稻幼苗生长,增加水稻幼苗生物量,并能使水稻幼苗根和地上部分的镉含量降低34.88%-61.63%.本研究表明Cd~(2+)钝化细菌能够显著降低水稻幼苗的镉吸收量,Cd~(2+)钝化促生细菌CDR-1可应用于镉污染农田土壤的生物修复.(图4表3参30)     

重金属复合污染土壤中耐铅镉微生物的筛选及鉴定

为获得复合重金属高耐性微生物资源菌株,采集广西桂西北尾矿区重金属污染的土壤样品,采用改良的马丁氏培养基分离和筛选既耐铅又耐镉的高耐性微生物.结果获得了一株耐铅浓度为1 200 mg/L、镉浓度为120 mg/L的铅镉复合耐性真菌——菌株K-3.该菌株(K-3)最适生长环境为温度30℃、p H值7.0、盐浓度3%.通过形态结合分子生物学鉴定得知,K-3菌株与已知分类地位的标准菌株Uncultured Westerdykella的18S rDNA序列一致性为99%.本研究获得的铅镉复合耐性真菌——菌株K-3是重金属铅和镉的最强双耐真菌之一,可为微生物或微生物联合植物修复重金属污染土壤提供重要的微生物种质资源.(图8表3参39)     

紫色土硅酸盐细菌的表型特征及溶磷解钾能力

对40株分离自四川、重庆等地的代表笥紫色土中的硅酸盐细菌和1株参照菌株进行了52个表型性状的数值分析，探讨了硅酸盐细菌液体振荡培养后pH值、菌数变化与溶磷、解钾量之间的关系，结果表明：紫色土硅酸盐细菌绝大部分属于胶胨样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus），但在个体和群体生长特征、碳氮源利用、硝酸盐还原能力、耐Ⅰ菌株在86％相似水平分为2个亚群，不同的硅酸盐细菌菌株的溶磷、解钾特性差异较大，具有溶磷解钾双重特性的菌株约占供试菌株（含参考菌株）的22％，只具溶磷特性的约占29％,其溶磷效果较显著（有效磷增加最高达40.64%），而解钾效果不明显（有效钾增加最多的只有7.9%）。供试紫色土硅酸盐细菌的溶磷、解钾特性与菌株生长过程中产酸有关，其溶磷、解钾量与培养液中pH值的降低呈正相关，图5表3参20。     

镉胁迫下油菜毛状根的生理响应及铁钾含量

利用液体悬浮培养法研究不同镉(Cd)浓度(0、25、50、100、200和400μmol/L)胁迫下油菜毛状根的生理响应及对铁钾含量的影响,探究油菜毛状根对镉胁迫的耐受与富集能力.结果显示:(1)低镉浓度(100μmol/L以下)对毛状根的生长无显著影响,高镉浓度(100μmol/L以上)下毛状根的生长则受到明显的抑制,25μmol/L镉胁迫7 d时毛状根的鲜重最大(4.34 g).(2)油菜毛状根中活性氧(ROS)的含量随着镉浓度的增加而上升,根中主要抗氧化酶(超氧化物酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT)的活性在镉胁迫1 d时,表现出先降低后升高的趋势;镉胁迫7 d时,表现出先升高后降低的趋势.(3)碘化丙啶PI染色与丙二醛MDA分析表明,根细胞的损伤随着镉浓度的增加越发严重.(4)油菜毛状根中的镉含量随着培养基中镉浓度的增加而增加,400μmol/L、7 d时,达到最大值2.97 mg/g.毛状根中的铁含量在镉胁迫1 d时随着镉浓度的增加显著上升,最大值达到14.52 mg/g;镉胁迫7 d时没有明显变化.镉胁迫7 d时毛状根中的钾含量是镉胁迫1 d时(15.73 mg/g)的1.6倍.本研究结果表明,油菜毛状根对镉胁迫的生理响应变化与镉的作用浓度和时间相关;同时镉胁迫造成了毛状根中铁、钾元素代谢紊乱,但油菜毛状根对镉有较好的富集效果.     

中条山铜尾矿坝面土壤细菌群落的结构特征

微生物在尾矿废弃地土壤发育、营养物质循环、有毒物质降解等生态恢复过程中发挥重要作用.采用Illumina Mi Seq测序的方法,分析中条山十八河尾矿废弃地不同恢复阶段(1-45年)的细菌群落结构,并结合植物群落、土壤理化性质和土壤酶活性,探讨细菌群落结构与功能变化的调控机制.结果表明,不同恢复年限的尾矿坝,土壤理化性质、土壤酶活性和植物群落结构发生梯度变化.在这一环境梯度下,不同恢复年限的细菌群落结构具有显著差异,其中优势细菌主要有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteri)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes).细菌群落组成与环境因子和植物群落多样性显著相关.细菌优势科的相对丰度主要与重金属(Cu、Mn、Pb、Zn)含量相关,鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)的相对丰度与重金属(Cd、Cu、Pb、Zn)含量极显著正相关.恢复45年、15年的土壤中细菌多样性最高,且群落组成相似,恢复1年的土壤中细菌丰度较高,而多样性最低.本研究表明,土壤理化因子、重金属含量和植物群落结构是造成土壤中细菌群落结构变化的关键因素;鞘脂单胞菌科对重金属具有一定的耐受性,因此可作为重金属污染区域生态恢复的理想菌种.     

龙葵根际和内生Cd抗性细菌的筛选及其生物学特性

调查了南京栖霞铅锌银矿区龙葵根际土壤和植株的重金属含量,采用稀释培养法和选择性培养基分离筛选Cd抗性细菌并研究其生物学特性.结果表明,栖霞山铅锌银矿区龙葵根际土壤总Cd含量平均为19.74 mg·kg -1,污染十分严重,龙葵(Solanum nigrum)茎和叶的Cd富集系数分别为1.21 ～9.65和0.65 ～4.76,对Cd具有较强富集能力.从龙葵根际土壤和植株中分离筛选到5株Cd抗性细菌,菌株AR1和AY1分别分离自根和叶内,BGJ4和CGJ1均分离自根际土.16S rDNA序列分析表明5株Cd抗性细菌均属于芽孢杆菌属(Bacillus),能够产生吲哚乙酸(IAA)和铁载体,根内生细菌AR1在含Cd2+ 30 mg·L-1的培养基中仍能生长良好.在1.5 mg· L-1Cd2+污染条件下,Cd抗性细菌AR1、AY1、BGJ4菌株能够明显促进油菜(Oilseed rape)幼苗根的伸长,在植物-微生物联合修复重金属污染土壤方面具有潜在的应用前景.     

不同比例钾钙锌共存对土壤镉吸附的影响

采用等温平衡法,测定了锌、钾、钙两两共存下赤红壤镉的吸附量,应用Freundlich方程分析了土壤镉的吸附特征,并计算了镉的分配系数(KdCd).结果表明,用Freundlich吸附等温方程拟合土壤镉的吸附特征具有很好的相关性.与单钠体系相比,钙钾、钙锌及锌钾共存均使赤红壤吸附镉的能力减弱,赤红壤的总吸附容量(Kf值)分别降低了56.5%、96.73%和91.3%.不同离子两两共存下改变土壤吸附镉能力的程度不同,钙钾共存的Kf值明显高于钙锌、钾锌共存,对Kf值的影响程度的次序为:锌钾≈钙锌,钙钾.钙锌、钾共存时,增加吸附体系中锌质量浓度将明显降低镉的分配系数(KdCd值),共存离子中锌含量与KdCd值呈明显负相关.钙锌、钾锌以不同比例与镉共存时,锌含量高低是制约KdCd值大小的主要因子.     

桑树(Morus alba L.)原位修复某尾矿区重金属污染土壤

木本植物具有根系发达、生物量大、适应性强等特点,可广泛用于重金属污染土壤修复.本文通过5年的田间修复试验,研究了桑树(Morus alba L.)对污染土壤中重金属的累积和分布特征、土壤中重金属和营养元素有效性含量的变化,来探讨桑树修复某尾矿区污染土壤中Mn、Zn和Cd等重金属的效果.研究结果表明,桑树生物量大,可用于重金属污染土壤的生态修复与景观恢复.田间种植5年后,桑树整株干重每株可达4 kg.桑树对土壤中重金属具有一定的转运和累积能力,地上部分中Cd、Zn和Mn等重金属含量明显大于根部,尤其是叶片中重金属含量明显大于枝和主干中的含量.修复5年后,桑树地上部分Zn和Mn的累积总量可达3277.7 mg·100 m~(-2)和2422.4 mg·100 m~(-2),且土壤中Mn和Zn含量分别从2192.5 mg·kg~(-1)和103.2 mg·kg~(-1)降低至1790.0 mg·kg~(-1)和85.94 mg·kg~(-1),同时土壤有效态Mn和Zn分别显著(P0.05)降低66.0%和28.6%.然而,桑树落叶中Cd、Zn和Mn含量分别可达0.36、64.5、189.2 mg·kg~(-1).因此,通过定期清除桑树落叶或刈割地上部分,可防止叶片中重金属对土壤造成二次污染,同时削减土壤中重金属含量.同时,经桑树修复5年后土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著(P0.05)降低,需定期补充相应氮、磷和钾肥来强化桑树修复尾矿区重金属污染土壤.     

钙锌钾共存对赤红壤镉吸附的影响

采用等温平衡法,测定了钙、钾、锌单一或两两共存下赤红壤镉的吸附量,并应用Freundlich方程log[Cs]=logKf nlog[Ce]分析了土壤镉的吸附特征。结果表明,与钠离子相比,Zn2 ,Ca2 ,K 共存均使赤红壤吸附镉的能力减弱,三种离子对分配系数Kf值的影响程度(设符号为y)的次序为y(Zn2 )y(钙钾)。锌与钙、钾两两共存时,锌对降低赤红壤镉的吸附能力具有决定作用。     

铜尾矿复垦后土壤微生物活性及其群落功能多样性研究

对安徽铜陵五公里尾矿区三叶草复垦后的土壤微生物活性和群落的功能多样性研究表明,复垦后每克土壤微生物细菌数已达2.3×107个,并存在一定量耐Cu2 、Cd2 、Zn2 、Cr6 、Pb2 、Ni2 的菌株,但种类少,主要为芽孢杆菌属、假单胞菌属和短杆菌属。BIOLOG测试结果显示,铜镉重金属离子的复合污染使土壤微生物群落丰富度降低;外源耐铜镉微生物菌剂的添加使尾矿区土壤微生物群落代谢剖面(AWCD)变化明显,提高微生物对单一碳源底物的利用能力,增加利用不同碳底物的微生物数量,减轻了重金属污染引起的土壤微生物群落功能多样性的下降,为尾矿区生境加速恢复提供一条有效途径。     

基于高通量测序技术的铬污染农田土壤菌群多样性及修复菌株的筛选

菌种资源筛选是铬污染土壤生物修复的基础.以铬污染农田土壤为研究对象,采用高通量测序方法分析土壤细菌多样性特征,并根据多样性分析结果,采用选择性培养基和培养方法快速筛选对铬具有适应性和去除能力的细菌,以寻找能在铬污染农田土壤原位修复中具有较大应用潜力的菌种资源.结果显示:受铬污染的土壤细菌群落丰富度和多样性均低于未受铬污染土壤.门水平上,铬污染土壤中放线菌门(Actinobacteria)细菌丰度显著高于未受铬污染的土壤,是两种生境丰度差异最大的门.属水平上,芽孢杆菌属(Bacillus)是铬污染土壤中丰度最高的优势属,显著高于未受铬污染的土壤.从铬污染土壤中共分离到6株能够耐受1 000μg/mL铬的细菌. 6株菌都具有一定的六价铬Cr(VI)去除能力,其中Cr1、Cr3和Cr8能在72 h内将500μg/mL铬培养基中的Cr(VI)全部去除,Cr8能在72 h内将1 000μg/mL铬培养基中的Cr(VI)去除61.2%. 16S rDNA测序结果表明,6株菌中有5株属于厚壁菌门芽孢杆菌属,1株属于放线菌门纤维微菌属(Cellulosimicrobium).结合菌体及菌落形态特征和序列分析结果,铬去除能力最高的Cr8菌可初步被确定为C. aquatile.本研究表明铬污染降低土壤中细菌多样性,根据高通量测序结果有选择性地快速筛选铬污染修复菌株具有可行性,Cr8菌是国内首次分离到的具有铬污染修复功能的纤维微菌属菌株.(图11表5参40)     

一些硝化细菌的分离与鉴定

采用硝化细菌选择培养基从土壤、污水中筛选获得了 10株细菌 (X0 1～X10 ) ,经革兰氏染色及生理生化鉴定均为革兰氏阴性菌 ,呈杆状或球状 ,均能够利用亚硝酸盐 .电镜观察发现 ,这 10株细菌均具有比较复杂的细胞膜结构 ,与报道的硝化细菌所特有的膜结构相同 .对硝化细菌的特征性基因norB进行检测结果表明 ,所有菌株均可扩增出该基因 .初步判断所筛选的细菌为硝化细菌 ,依据《伯杰细菌鉴定手册》进行分类 ,主要为硝化杆菌、硝化球菌和硝化刺菌属等 .图 3表 4参 15     

钒钛磁铁矿尾矿及尾矿坝周边土壤中重金属的淋滤特征

采用柱淋洗实验模拟攀枝花地区降雨条件,分别探讨钒钛磁铁矿尾矿及其在周边农田土壤表面沉积0、1、2、5 cm的条件下,几种重金属的迁移淋滤特征.通过淋洗-干旱-淋洗,共94 d的淋洗实验,研究结果表明,土壤、尾矿及土壤-尾矿复合系统淋滤液中Cr的浓度没有显著差异,但随着尾矿沉积厚度的增加,尾矿沉积显著增加土壤-尾矿复合系统淋滤液Mn、Ni和Zn的浓度及累积释放量,具有较大环境风险;土壤中Mn、Zn的累积释放量显著高于尾矿,可能与尾矿较高的pH及这几种金属在土壤及尾矿中的存在形态不同有关;土壤中各金属的最大释放率为MnZnNiCr,尾矿中为NiCr=MnZn;干湿交替对土壤和尾矿中Mn、Zn的淋滤没有显著影响,但会改变土壤和尾矿中Cr和Ni的释放特征,增加土壤和尾矿中Cr、Ni的环境风险.     

天津市清静黄河口河岸翅碱蓬的重金属富集特性

对天津市清静黄河口河岸生长的翅碱蓬根茎叶及其生长土壤中铜(Cu)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、锌(Zn)、砷(As)和镍(Ni)的含量进行了分析.结果表明,这些重金属元素在污染土壤和翅碱蓬各器官中均发生了明显累积,且累积强度不同.在污染土壤中,Cd的累积强度最弱,Zn的累积强度最强,重金属累积强度顺序为Zn>Cu>Pb>Cr>Ni>As>Cd.翅碱蓬叶部积累了大量的As、Ni和Zn,表明翅碱蓬对As、Ni和Zn的吸收和富集能力较强,而对Cu和Pb的吸收和富集能力较弱,迁移累积率顺序为As>Ni>Zn>Cr>Cd>Cu>Pb.污染土壤上生长的翅碱蓬的生物量远低于正常土壤上生长的翅碱蓬的生物量.图1表5参19     

相思谷尾矿8种定居植物对重金属吸收及富集特性

通过野外调查和室内实验,探讨铜陵市相思谷铜尾矿自然定居的芒(Miscanthus sinensis)、羊蹄(Rumex japonicus)、何首乌(Polygonum multiflorum)、苦荬菜(Ixeris denticulata)、荩草(Arthraxon hispidus)、1年蓬(Erigeron annuus)、小飞蓬(Conyza canadensis)、高粱泡(Rubus lambertianus)8种植物对重金属Cu、Pb、Zn和Cd吸收与富集特性,为铜尾矿废弃地植被恢复和重金属污染土壤的植物修复提供理论依据。结果表明:铜陵相思谷铜尾矿中全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、有机质等营养成分均极显著低于对照的土壤(P0.01);铜尾矿中的重金属铜质量分数高达2 224.167 mg·kg-1,锌、镉等重金属极显著高于对照土壤的含量(P0.01),铅含量显著高于对照土壤的含量(P0.05)。相思谷铜尾矿营养成份低,重金属Cu含量过高是抑制植物定居的主要因子。通过对8种植物体内不同部位的重金属含量分析发现,8种植物对重金属的吸收主要集中在根部。地上部分重金属含量最高的植物为芒,其Cu、Pb、Zn和Cd质量分数分别为314.487、85.710、199.681、2.650 mg·kg-1。通过对转移系数和富集系数分析发现,芒对Cu、Pb和Cd的转移能力最强,分别为0.701、1.797和1.432,羊蹄对Zn的转移能力最强,为1.743。芒的地上部分对重金属Cu、Pb、Zn、Cd的富集系数均最高,分别为0.141、0.408、0.239、0.240;芒的地下部分对重金属Cu、Cd的富集系数最高,分别为0.202、0.168。因此,芒不仅可作为铜尾矿植被恢复的植物,同时也用于重金属污染土壤的修复植物。     

不同比例钾锌共存对土壤镉有效性的影响

单一施用钾或锌肥会改变污染土壤中镉的有效性,但钾与锌共存对镉在土壤-植物系统中迁移和转化影响效果尚待明确.采用盆栽试验,研究了赤红壤上2种镉污染水平下,施用不同比例钾、锌对小油菜(Brassica campetris Lvar.Conmuni)生物量、镉吸收量及土壤溶液中镉质量浓度的影响.结果表明,钾、锌以不同比例与镉共存时并不会对赤红壤上小油菜的生长产生明显影响;增加共存体系中锌的用量,土壤溶液中镉的质量浓度明显升高,而小油菜植株镉含量明显降低.低、高镉污染赤红壤上,钾、锌共存摩尔比例为4:1时,土壤溶液中镉的质量浓度较对照分别增加189%和159%(两季平均值);小油菜体内镉含量较对照平均分别降低26.0%和34.9%.在低镉污染赤红壤上,钾、锌施用量与小油菜体内镉含量呈显著负相关;高镉污染赤红壤上,锌施用量与土壤溶液中镉的质量浓度呈显著正相关.中轻度镉污染土壤上,小油菜钾、锌肥最佳施用比例为4:1.钾、锌以不同比例施入土壤时,锌施用量多少是控制土壤镉有效性高低的主要因素.     

尼瓦拉野生稻内生菌多样性和促生作用

为从尼瓦拉野生稻(Oryza nivara)中收集农业微生物肥料生产的菌种资源,对其内生菌进行分离、固氮酶活性测定、IS-PCR指纹图谱聚类、产生长素、解钾能力及生理生化特性测定.选取IS-PCR指纹图谱8个类群的代表菌株进行16S rRNA基因系统发育分析.从尼瓦拉野生稻中共分离到57株内生细菌,其中44株为内生固氮菌,固氮酶活性在5.79-899.72 nmol mL~(-1) h~(-1)之间.16S rRNA基因序列分析及生理生化特性表明,所分离的植物内生菌属于Burkholderia contaminans、Herbaspirillum seropedicae、Rhizobium sp.、Bacillus methylotrophicus、Achromobacter xyosoxidan、Chryseobacterium bernardeti、Pseudomonas beteli和Klebsiella quasipneumoniae,表明尼瓦拉野生稻内生菌具有多样性.分离到的内生细菌均有产生长素的能力,其中N8、N35、N36产生长素能力最强,分别为41.66、34.96、30.41 mg∕L.25株菌株具有不同程度的解钾能力,N37、N16解钾能力最强,分别为312、289 mg/L.N8、N35、N36、N37、N16接种生菜后,生菜株高增加12.47%-26.17%、叶片数增加20.41%-44.90%、叶长增长49.73%-62.23%、地上鲜重增加37.93%-68.00%、地下鲜重增加31.08%-40.56%、叶绿素含量增加27.94%-85.29%.接种菌株N37、N16的土壤与对照组相比,土壤速效钾含量分别增加52.55%和57.85%,表明菌株具有明显的促生效果.综上所述,从尼瓦拉野生稻中筛选到的5株多功能促生菌在未来农业微生物肥料生产应用上具有潜在的价值.