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铬污染土壤微生物多样性分析及Cr(VI)还原细菌特性研究

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摘要

我国频繁出现严重的铬污染事件,铬渣等因素造成的土壤铬污染成为环境工作者们亟待解决的问题。相较于传统的治理方法,铬污染土壤的微生物治理方法具有不产生二次污染,在不影响原有土壤生态环境条件下原位修复等优势,逐渐成为研究者们所青睐的治理方法。但由于起步较晚、受土壤环境影响较大、作用机理尚不明确等因素,技术尚未完全成熟,未得到大规模应用。
   为探究铬污染土壤中,铬对微生物种群结构的影响程度及方式,同时采用Biolog EcoPlateTM和PCR-TGGE技术,对比分析其单一碳源利用情况和微生物物种丰富度。此外,从污染土壤中筛选鉴定出1株Cr(VI)还原能力相对较强的菌株。在实验室中通过改变环境因子,确定出其最佳的还原条件,为该菌应用到实际工程中提供了控制参数。最后还对1号菌株还原物质进行了分离和处理,初步分析其还原机理。
   Biolog EcoPlateTM和PCR-TGGE实验结果表明:所选取的铬渣污染土壤中存在某些还原菌,土壤生物多样性得到一定程度地恢复,但生物多样性仍低于未污染土壤。且群落结构变化,优势种群也发生了改变。
   从铬渣污染土壤中分离得到7株Cr(Ⅵ)还原菌,其中1号菌还原能力最强,其余均能耐受一定浓度Cr(Ⅵ),并将其还原。1号菌经鉴定为革兰氏阳性杆菌,16SrDNA鉴定结果为蜡样芽胞杆菌。该菌培养26h后进入稳定期,能维持30h左右,有利于Cr(Ⅵ)还原。温度为35℃,pH=5时,Cr(Ⅵ)还原率最大,且在不同初始pH值含铬溶液中反应24h后,溶液pH值却近于7。其还原能力和还原速率随细胞浓度成正相关,随溶液初始Cr(Ⅵ)浓度增大而降低。初始Cr(Ⅵ)浓度达到500mg/L时,1号菌几乎丧失Cr(Ⅵ)还原能力。
   通过SEM观察发现,1号菌在含有Cr(Ⅵ)的培养基中培养,细胞表面明显吸附了一些物质。细胞不同组分中,胞外分泌物的Cr(Ⅵ)还原效果最好,最终能将溶液中的Cr(Ⅵ)完全还原;细胞膜碎片次之。胞外分泌物中含有具有Cr(Ⅵ)还原能力的还原酶和普通代谢产物。而胞内分泌物中其还原作用的是还原酶。细胞膜上可能存在某些官能团,能与Cr(Ⅵ)发生配位反应进而减少液体中可溶性的Cr(Ⅵ)。1号菌休眠体不具备Cr(Ⅵ)还原能力,说明该菌Cr(Ⅵ)还原过程与细菌的其他生理机能密切相关。

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