中文摘要：

随着工农业迅速发展，重金属资源的开发利用与日俱增。随之产生的重金属污染对生态环境和人类健康造成了很大的危害。因此，重金属污染治理已引起人们的重大关注。目前评价土壤重金属污染主要依靠化学分析，虽然该方法能够了解重金属的含量，但是不能准确和真实反映重金属的生态毒性。本课题拟以湘江流域株洲市清水塘地区的重金属污染土壤中的微生物为研究对象，采用DGGE、RT-PCR等现代分子生物学技术手段，结合原子吸收等分析方法，定期对该地区的多个样点的微生物群落特征进行系统分析，研究土壤微生物生物量、微生物群落结构多样性、土壤呼吸、重金属抗性基因丰度变化等生态系统特征与土壤重金属修复的联系，拟建立一套基于微生物群落特征能及时反馈土壤重金属生态毒性修复的监控体系，对土壤重金属修复起到指导作用，为修复措施的实施提供理论依据。

结论摘要：

本项目以湘江流域株洲市清水塘地区的重金属污染土壤为研究对象，调查分析受污土壤特性，建立了土壤修复基地；采用RT-PCR和DGGE等分子技术，研究了污染土壤微生物群落结构与重金属抗性基因丰度的变迁，初步建立以土壤中czcC基因丰度、微生物群落多样性指数、土壤基础呼吸和土壤酶活组成的反馈土壤重金属生态毒性修复的体系，对指导土壤重金属修复具有重要作用；筛选培养土壤优势菌株，研究它们在土壤修复过程中的功能，同时扩充生物修复的菌种资源库。利用内梅罗污染指数法和Hakanson潜在生态危害指数法对湘江流域清水塘地区土壤中的镉、汞等重金属进行分析评价，结果显示该地区存在不同程度的重金属污染及潜在生态危害，其中镉污染最为明显，将其作为主要的研究对象。为了研究修复过程中土壤特征的变迁，在清水塘地区建立了一个重金属土壤修复示范基地。对修复土壤的微生物数量、土壤基础呼吸、土壤酶活等特性进行了研究，结果表明镉浓度对土壤酶活和基础呼吸等指标的影响较明显。从修复基地的三种来源不同的样本单元中定期采集新鲜土样，放入冰箱冷冻保存。采用实时荧光RT- PCR技术对土壤中的抗镉抗汞基因丰度进行了研究。抗镉基因是cadA、czcA和czcC，抗汞基因用merA，以土样中的16S rDNA作为参照基因，用RT- PCR技术测定样品中基因的相对丰度，结果表明基因czcC基因丰度相对变化较大，随土壤镉浓度下降而降低，可作为反映土壤镉浓度的一个指标。采用DGGE技术对污染土壤中的微生物群落结构进行了研究。从三种土样中提取总DNA进行16S rDNA的DGGE分析，结果表明在土壤修复过程中，微生物多样性指数分别从1.53提高到2.57，1.87到2.55，1.93到2.71，土样微生物的多样性都呈现随着修复时间的推移而提高。基于以上实验结果，初步建立以土壤中czcC基因丰度、微生物群落多样性指数、土壤基础呼吸和土壤酶活组成的反馈土壤重金属生态毒性修复的监控体系，对清水塘土壤修复基地进行定期监控。从污染土壤中筛选获得优势菌株，主要包括高抗镉菌株和促进植物修复重金属的菌株。菌株能促进镉在土壤中形态转换，提高可溶性镉浓度，促进植物对镉的吸附，从而提高植物的修复效率。对这些菌株的形态特征、生物学特性和分子生物学等方面进行了较深的研究，有望将它们应用于重金属污染的生物修复中，扩充生物修复的菌种资源库。