【摘 要】
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随着社会的发展,人类对金属冶炼、农药使用及工业制造等方面的需求不断增多,导致大量重金属排放到土壤中,严重威胁着生态系统安全和人类健康。而不当的处理方法进一步加重了污染,所以修复重金属污染土壤已经成为亟待解决的问题。传统的植物修复技术是一种经济、有效且环保的重金属污染修复方法,但常常受到植物生物量及重金属积累能力的限制,导致修复效率较低。因此,重金属污染土壤的植物-微生物联合修复方式近年来备受关注。
【基金项目】
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国家重点研发计划（微生物强化修复植物高效积累技术与生物修复菌剂研制2016YFD0800800）；
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随着社会的发展,人类对金属冶炼、农药使用及工业制造等方面的需求不断增多,导致大量重金属排放到土壤中,严重威胁着生态系统安全和人类健康。而不当的处理方法进一步加重了污染,所以修复重金属污染土壤已经成为亟待解决的问题。传统的植物修复技术是一种经济、有效且环保的重金属污染修复方法,但常常受到植物生物量及重金属积累能力的限制,导致修复效率较低。因此,重金属污染土壤的植物-微生物联合修复方式近年来备受关注。本研究针对超积累植物吸收重金属效率较低的问题,研制具有高效修复功能的微生物商品菌剂。主要针对镉污染土壤,采用实验室前期筛选的强化龙葵萃取镉的微生物菌株,优化发酵条件、建立菌株规模化发酵生产工艺以及制剂加工工艺。此外,研究微生物菌剂在湖南株洲黄谷村重金属污染农田环境下的施用技术,形成田间施用标准。选择实验室前期筛选到的植物根际促生菌株PGP5（Bacillus sp.）、PGP41（Arthrobactersp.）、PGP6（Pantoea sp.）和复合菌株PGP6+5作为试验材料,筛选其最佳培养基组分、配比以及最佳冻干保护剂,并将其进行高细胞密度培养,联合菊苣、亚麻和美洲商陆共同修复湖南株洲重金属污染农田,探究菌株和植物的联合修复效果。实验结果如下:为了确定单一菌株PGP5、PGP6、PGP41及复合菌株PGP6+5的最佳培养基组分及冻干保护剂,采用单因素实验法和响应面分析法对培养基的碳源、氮源、无机盐和保护剂进行筛选。结果表明:通过Design-Expert软件设计的实验模型与实际情况拟合良好。为了使响应值（OD600）达到最大,得到菌株PGP5的最佳培养基为葡萄糖,6.707 g/L;大豆蛋白胨,27.573 g/L;KH2PO4+MgSO4,2.312 g/L。菌株 PGP6 的最佳培养基为果糖,15.057 g/L;大豆蛋白胨,30 g/L;KH2PO4+MgSO4,2.64 g/L。菌株PGP41的最佳培养基为果糖,17.057g/L;大豆蛋白胨,14.868g/L;KH2PO4+CaCO3,1.938g/L。复合菌株PGP6+5的最佳培养基为果糖,19.386g/L;大豆蛋白胨,22.541 g/L;KH2PO4+CaCO3,2.957g/L。相比发酵初始培养基,四株菌株采用响应面优化后的配方进行培养,OD600值至少提升了 46.56%。在得到四株菌株的最佳培养基后,分别对其进行逐级放大培养,发现发酵罐相比摇瓶发酵周期要短且产物浓度更高。对于保护剂的筛选结果,菌株PGP5和PGP41的最佳冻干保护剂为葡萄糖和海藻糖,菌株PGP6的最佳冻干保护剂为蔗糖,复合菌株PGP6+5的最佳冻干保护剂为葡萄糖和蔗糖,存活率均在78%以上。在湖南株洲重金属污染田间条件下,用单一菌剂PGP5、PGP41和复合菌剂PGP6+5分别处理菊苣、亚麻及美洲商陆,验证这些菌剂对植物生物量及重金属积累量的影响。结果表明,这些菌剂处理下的菊苣、亚麻及美洲商陆与未处理组相比,株高、地上部鲜重和干重均显著增加,地上部Cd和Zn浓度也显著增加,且复合菌剂PGP6+5对菊苣和亚麻地上部生物量和重金属吸收量的促进效果最好。复合菌剂PGP6+5处理下的菊苣和亚麻地上部鲜重相比未处理组分别增加了 11.93倍和2.07倍,地上部镉浓度分别增加了 125.42%和109.42%。基于此,可建立菊苣-复合菌剂PGP6+5和亚麻-复合菌剂PGP6+5两套田间施用方案。
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