蕈菌修复土壤重金属污染是一条生物修复新思路,其核心之一是蕈菌富集土壤重金属的能力。为了激发蕈菌富集潜能,研究安全高效实用的强化蕈菌富集技术显得十分必要。国内外研究表明重金属抗性微生物可以增加土壤重金属有效态含量、促进植物生长、强化植物富集土壤重金属。据此本课题拟通过抗性能力的测定、强化蕈菌富集的效应试验来选定目标抗重金属微生物菌株;发酵制备菌剂,经强化富集重要技术参数的研究来确定增强效果好、能促进蕈菌生长的最佳强化富集方法;通过盆栽试验和田间试验来验证强化富集效果。测试分析抗性菌代谢产物与土壤重金属有效态含量、蕈菌生物量、菇体重金属含量、蕈菌抗氧化系统变化之间的关联关系,并结合强化前后抗性菌定殖以及菌根土壤微生物区系的变化情况来探索和了解强化富集机理,以期从科学原理上解释强化富集效应。课题的实施能完善并发展蕈菌修复技术,丰富土壤重金属生物修复的科学内容,促进我国重金属污染土壤的治理。
Heavy metal resistant microorganism;mushroom;Enhanced enrichment;Heavy metals in soil;Effects and mechanism
1.项目背景蕈菌修复土壤重金属污染是一条生物修复新思路,其核心是蕈菌在土壤中的重金属富集能力。蕈菌富集土壤重金属富集的能力具有多样性和差异性。重金属抗性微生物具有增加土壤重金属有效态、促进植物生长、强化富集等特点,因此研究微生物强化蕈菌富集是完善并发展高效实用的蕈菌修复技术的重要举措。 2.主要研究内容本课题研究内容由两部分工作组成一是强化富集效应研究(微生物重金属抗性能力确定、抗性菌强化富集效应、抗性菌分类鉴定与发酵培养、强化富集的方法及技术参数、强化富集的田间实验);二是强化富集机理研究(抗性菌增加土壤重金属有效态含量的机理、抗性菌促进蕈菌生长的机理、重金属胁迫下蕈菌体内抗氧化系统的变化、抗性菌的定殖及土壤微生物区系变化)。 3.重要结果、关键数据及科学意义(1)确定了22株重金属抗性微生物的抗性谱及其分类;确定了12组抗性菌+蕈菌强化富集土壤重金属的高效组合。(2)目标抗性菌可提高蕈菌富集土壤重金属量Cd、Ni、Zn、Ni、Cu富集量平均提高34.3-237%、33.2-158.9%、50-153%、46.3-165.17%、30.3-41.01%。(3)目标抗性菌可提高土壤中重金属有效态含量Cd、Pb、Cu有效态分别增加24.7-32.8%、23.2-27.5%、51.0-71.3%。(4)目标抗性菌可提高蕈菌生物量金福菇、姬菇、姬菇、平菇分别提高32.7-47.4%、26.68-43.58%、34.3-61.4%、25.9-44.67%。(5)建立强化富集技术(栽培时每kg土壤喷洒特定浓度菌剂3-6mL),四年中我们开展了大量盆栽、田间试验。多数结果证实抗性菌强化蕈菌富集重金属每茬去除率可达5-15%,结合蕈菌轮作2-3次,可使土壤重金属年减量率达12-35%。(6)抗性菌强化蕈菌修复机理一是抗性菌增加了土壤重金属有效态含量;二是抗性菌能促进蕈菌生长;三是抗性菌能协同蕈菌应对重金属的氧化胁迫。(7)根际微生物区系变化研究证实:种植蕈菌后,土壤微生物数量大幅度提高10.53-16.81%;抗性菌喷施后数量先上升后降低并稳定,抗性菌可成功定殖。(8)进行了重金属抗性菌株以及化学手段在复合污染(重金属-有机物)土壤中,重金属富集及有机物耗散的拓展研究,取得了有价值的结果。(9)已发表研究论文23篇,其中SCI收录19篇;已申请国家发明专利2项。