根系微生物的學(xué)習(xí)課件

根系微生物的學(xué)習(xí)課件第1頁(yè)/共21頁(yè)CONTENTS1.根系微生物簡(jiǎn)介

2.應(yīng)用于有機(jī)污染物的修復(fù)3.應(yīng)用于重金屬的修復(fù)4.用于去除氮素污染物目錄第2頁(yè)/共21頁(yè)1.根系微生物簡(jiǎn)介1.1概念

根系微生物是指在植物根系直接影響的幾毫米土壤范圍內(nèi)生長(zhǎng)繁殖的微生物。有細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物等。它們與植物根系、植物等相互作用、相互促進(jìn)，形成互利互生關(guān)系。根系微生物以細(xì)菌為主，革蘭氏陰性菌占優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)根系微生物對(duì)植物無(wú)害，或?qū)χ参锷L(zhǎng)有促進(jìn)作用。例如：根系微生物增殖過(guò)程中，由呼吸作用放出二氧化碳或代謝產(chǎn)酸有助于難溶礦物質(zhì)的溶解，增加植物對(duì)磷及其他礦質(zhì)元素的吸收。此外，它們分泌的生長(zhǎng)刺激素類物質(zhì)還能促進(jìn)植物生長(zhǎng)。植物也分泌殺害或抑制微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)，有些根系微生物分泌抗生素，可抑制植物病原微生物的繁殖。第3頁(yè)/共21頁(yè)1.2存在狀態(tài)

土壤中的營(yíng)養(yǎng)、水分、氣體、酸堿度、滲透壓、溫度等條件，為土壤中的微生物提供良好的生存環(huán)境。植物根系圈內(nèi)特殊的生態(tài)條件更加速了土壤微生物的生長(zhǎng)，顯著提高了根系中微生物的生物量和生長(zhǎng)潛能。特殊的生態(tài)條件包括根系分泌物和根系的穿插、空腔系統(tǒng)。植物作為第一生產(chǎn)者，將光合作用的產(chǎn)物以根系分泌物和植物殘?bào)w的形式釋放到土壤中，為根系微生物提供碳源和能源。另外根系的穿插和植物空腔系統(tǒng)，使根系的通氣條件和水分狀況優(yōu)于根系外。

第4頁(yè)/共21頁(yè)不同根系的微生物種群大小、活性、種類也是不同的。以農(nóng)作物為例，不同種類的作物，微生物種群具有明顯的差異。如表1所示。第5頁(yè)/共21頁(yè)1.3生理生化特性

根系微生物與根系分泌物之間是相互作用的關(guān)系。根系分泌物通過(guò)誘導(dǎo)的趨化來(lái)促進(jìn)或抑制微生物的生長(zhǎng)，根系微生物通過(guò)改變植物代謝過(guò)程中細(xì)胞的滲透壓、酶的活性以及其他成分與植物體相互作用。根系微生物消耗分泌物中的有機(jī)物質(zhì)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素形成濃度梯度，直接間接促進(jìn)根系分泌物的產(chǎn)生。當(dāng)根系受到細(xì)菌、病毒感染時(shí)，根系分泌物中的代謝產(chǎn)物會(huì)因?yàn)槭艿酱碳ざl(fā)生相應(yīng)的變化。微生物分解出一些具有解毒效應(yīng)的物質(zhì)，破壞污染物的結(jié)構(gòu)，降解污染物，或減輕其毒性。另外，根系微生物還可以將植物無(wú)法利用的分子態(tài)的氮磷營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)變成可給態(tài)養(yǎng)分，避免了重施氮磷而引起的環(huán)境問(wèn)題。第6頁(yè)/共21頁(yè)2.應(yīng)用于有機(jī)污染物的修復(fù)

有機(jī)污染物是土壤、水體和大氣中常見的污染物，有機(jī)污染物的降解是污染治理和環(huán)境修復(fù)的首要污染物種類。劉世亮等研究植物根菌真菌對(duì)苯并[a]芘污染的降解，將根菌真菌接種到溫室盆栽，90d后發(fā)現(xiàn)，根菌真菌對(duì)B[a]P的降解有明顯效果。李朝霞通過(guò)模擬自然條件用蘆葦濕地根系微生物來(lái)降解濃度在120mg/L以下的對(duì)氯苯包括對(duì)氯苯胺、對(duì)氯苯酚和對(duì)氯甲苯，降解至12d時(shí)，降解率基本達(dá)到最大，分別為79.8%、80.3%和78.75%。Singer等試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)黑芥的根系分泌物能促進(jìn)PCB降解菌的生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)九周后，6cm厚的上層土壤中61%的PCB被清除。第7頁(yè)/共21頁(yè)為了強(qiáng)化植物修復(fù)和污染控制效果，通過(guò)接種優(yōu)勢(shì)菌種以強(qiáng)化根系微生物污染物降解和凈化效果。Leyval等將VA菌根真菌接種到多環(huán)芳烴加富土壤，發(fā)現(xiàn)污染物濃度在菌根菌接種的土壤遠(yuǎn)低于未接種的土壤。Volante等研究了菌根真菌對(duì)單環(huán)芳烴降解的情況，將3個(gè)VA菌根真菌接種到菲蔥，16d后經(jīng)過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)對(duì)照植物中仍有75%-95%單環(huán)芳烴殘留，接種的植物中降低到了2%-40%。第8頁(yè)/共21頁(yè)對(duì)石油污染土壤的修復(fù)

利用油田石油開采區(qū)的污染土壤作為供試土壤,選擇紫花苜蓿和披堿草為供試植物,通過(guò)監(jiān)測(cè)根系微生物活性、石油烴降解效率等指標(biāo),建立植物根際微生態(tài)環(huán)境生物和非生物因子之間的量化關(guān)系,揭示污染土壤石油烴降解效應(yīng)和影響要素。研究結(jié)果表明,植物根系可改善污染土壤持水能力和微生物活性,與無(wú)根系土壤相比,提高含水率達(dá)10%。植物根系微生物的數(shù)量高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí),FDA(熒光素雙醋酸酯)活性高出0.29～0.36。經(jīng)過(guò)150d的降解,植物根際油污土中石油烴的降解率比無(wú)根系土壤高9.1%～15.5%。污染土壤植物根系微生態(tài)環(huán)境對(duì)微生物活性具有誘導(dǎo)作用,有利于石油烴的降解和污染土層的生物修復(fù)。第9頁(yè)/共21頁(yè)

近些年來(lái)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)也應(yīng)用到有機(jī)污染物的修復(fù)中，即把一些有用的基因?qū)氲礁滴⑸?，在生物防治和有機(jī)物污染修復(fù)中發(fā)揮巨大作用。據(jù)工程研究表示將具有調(diào)節(jié)高基因表達(dá)水平的中華根瘤菌的nodbox4因子與伯克霍德氏菌克隆的bph基因操縱子融合，再倒入熒光假單胞菌株Ｆ113基因組，發(fā)現(xiàn)此工程菌具有很高的生物修復(fù)潛力，對(duì)多氯聯(lián)苯的降解基因表達(dá)水平高，比單一的熒光假單胞菌株F113的降解效果好。共表達(dá)大豆CYP71A10和P450還原酶基因的煙草植株可以提高20%-23%的苯尿型除草劑降解能力。第10頁(yè)/共21頁(yè)3.應(yīng)用于重金屬的修復(fù)

通過(guò)微生物胞外沉淀和絡(luò)合、細(xì)胞內(nèi)束縛及轉(zhuǎn)化、吸收等作用，能改變重金屬的移動(dòng)性和毒性，或轉(zhuǎn)變其化學(xué)形態(tài)等活動(dòng)，其共代謝產(chǎn)物還能再沉淀、螯合重金屬物質(zhì)。根系微生物分泌表面活性劑，有機(jī)酸、氨基酸酶等可以提高重金屬生物有效性，促進(jìn)植物吸收重金屬。

利用植物對(duì)環(huán)境介質(zhì)中的重金屬進(jìn)行原位生物修復(fù)，使位點(diǎn)的破壞達(dá)到最小，減少運(yùn)輸費(fèi)，與其他物理化學(xué)方法結(jié)合，至少可以減少50%～70%的降解速度和費(fèi)用。但是由于植物個(gè)體小，生長(zhǎng)速度慢，治理時(shí)間長(zhǎng)。第11頁(yè)/共21頁(yè)

Sheng等發(fā)現(xiàn)將具有表面活性劑功能的桿菌Ba-cillussp。J119接種到50mg/kgCd處理的土壤中后，玉米等植物的地上組織中Cd濃度增加了40%-70%。Braud等通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)Cr和Pb的可交換分?jǐn)?shù)與產(chǎn)生含F(xiàn)e細(xì)胞的微生物間存在正向關(guān)系。這意味著可以利用微生物中的鐵細(xì)胞，提高其他金屬的移動(dòng)性，加速重金屬被植物體吸收、富集等。根系微生物對(duì)于提升金屬生物有效性也是有特異性的，Tiwari等研究發(fā)現(xiàn)，在粉煤灰土壤中，細(xì)菌菌株可以提高Fe、Zn、Ni等的生物有效性，卻降低了Pb、Cr、Cu的有效性。第12頁(yè)/共21頁(yè)魚腥草對(duì)土壤中鎘的富集及根系微生物的促進(jìn)作用通過(guò)采集自然條件的魚腥草和未受污染的土壤在實(shí)驗(yàn)室條件下培育以及利用鎘的篩選培養(yǎng)出土壤菌懸液研究了魚腥草對(duì)土壤中鎘的富集作用以及經(jīng)過(guò)根系微生物處理后放線菌對(duì)富集后轉(zhuǎn)移的促進(jìn)作用。結(jié)果如表2，表3。第13頁(yè)/共21頁(yè)第14頁(yè)/共21頁(yè)根據(jù)以上結(jié)果表明，魚腥草對(duì)土壤中的鎘很強(qiáng)的富集作用，培養(yǎng)8周后的魚腥草體內(nèi)含鎘216.9mg·kg-1，相比于培養(yǎng)前的平均4.15mg·kg-1而言，質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了50余倍。根系微生物（主要是放線菌）對(duì)鎘在魚腥草體內(nèi)的分布起了很重要的作用，它加強(qiáng)了鎘在魚腥草地上部的分布，就更有利于超富集植物的后續(xù)處理；并且當(dāng)土壤中鎘濃度越高，這種作用越明顯。第15頁(yè)/共21頁(yè)根據(jù)污染物特性和污染程度，將人工培育好的以污染物為降解底物的微生物以固定化形式或微生物菌劑的形式加入污染的環(huán)境介質(zhì)中，以強(qiáng)化微生物預(yù)處理的方式修復(fù)重度污染的介質(zhì)，隨后將一些耐污植物植入環(huán)境污染介質(zhì)中，以增強(qiáng)污染介質(zhì)中的溶解氧（DO）量和微生物種群數(shù)，以人工培育微生物和植物根系微生物聯(lián)合的方式對(duì)污染介質(zhì)進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)和處理。因此，我們需要做的工作是找到生長(zhǎng)快速、金屬耐受、根系系統(tǒng)發(fā)達(dá)、生物量大的的植物來(lái)進(jìn)行修復(fù)，并且在修復(fù)中必須綜合考慮各種因素，才能達(dá)到最好的效果。第16頁(yè)/共21頁(yè)4.用于去除氮素污染物氮素污染物是多種環(huán)境介質(zhì)中存在的污染物，利用大型植物或大型水生植物修復(fù)各種環(huán)境介質(zhì)中的氮素污染物成為研究的熱點(diǎn)。氮素污染物的去除通過(guò)硝化作用和反硝化作用而實(shí)現(xiàn)，在植物根系正好存在可以供硝化作用和反硝化作用的微環(huán)境。利用根系微生物對(duì)提高固氮能力，發(fā)揮土壤潛在肥力，刺激植物生長(zhǎng)，降低環(huán)境污染危害方面有重要的意義。在植物根系附近因?yàn)檠鯕獬渥阈纬傻暮醚鯀^(qū)使硝化菌群（硝酸菌和亞硝酸菌）強(qiáng)勁生長(zhǎng)，并將大量的氨氮類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮物質(zhì)；而在距離植物根系較遠(yuǎn)的地方形成缺氧或厭氧區(qū)域，使擴(kuò)散到這些區(qū)域的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)鈴耐寥乐幸莩?，其中植物分泌的有機(jī)物或土壤中的有機(jī)物成為反硝化作用的碳源。第17頁(yè)/共21頁(yè)楊銀科等以西安市某高校校區(qū)人工湖富營(yíng)養(yǎng)化水體為對(duì)象，利用最佳投菌濃度3.2×105cfu/ml枯草芽孢桿菌降解水中氮素，5d后經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)修遠(yuǎn)湖總氮的去除率達(dá)到75%。萬(wàn)玉文研究了在雙碑村濕地模擬不同水深處理下底泥氮磷釋放對(duì)上覆水水質(zhì)影響，由于硝化反硝化作用是濕地去氮的主要途徑，實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)底泥在上覆水深為25、45cm條件下，24-120h內(nèi)總氮濃度呈直線下降。第18頁(yè)/共21頁(yè)由于植物修復(fù)具有費(fèi)用低，降解速率快的特點(diǎn)，前景廣闊。另外，由于酶的穩(wěn)定性，可以加強(qiáng)對(duì)微生物酶活性