根系微生物专用课件.ppt

2015 根系微生物在环境污染治理中的应用 CONTENTS 1. 根系微生物简介 2. 应用于有机污染物的修复 3. 应用于重金属的修复 4. 用于去除氮素污染物 目录 1.根系微生物简介 1.1 概念 根系微生物是指在植物根系直接影响的几毫米土壤范围内生长繁殖的微生物。有细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等。它们与植物根系、植物等相互作用、相互促进，形成互利互生关系。根系微生物以细菌为主，革兰氏阴性菌占优势。 大多数根系微生物对植物无害，或对植物生长有促进作用。例如：根系微生物增殖过程中，由呼吸作用放出二氧化碳或代谢产酸有助于难溶矿物质的溶解，增加植物对磷及其他矿质元素的吸收。 此外，它们分泌的生长刺激素类物质还能促进植物生长。植物也分泌杀害或抑制微生物生长的物质，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。 1.2 存在状态 土壤中的营养、水分、气体、酸碱度、渗透压、温度等条件，为土壤中的微生物提供良好的生存环境。植物根系圈内特殊的生态条件更加速了土壤微生物的生长，显著提高了根系中微生物的生物量和生长潜能。特殊的生态条件包括根系分泌物和根系的穿插、空腔系统。 植物作为第一生产者，将光合作用的产物以根系分泌物和植物残体的形式释放到土壤中，为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统，使根系的通气条件和水分状况优于根系外。 不同根系的微生物种群大小、活性、种类也是不同的。以农作物为例，不同种类的作物，微生物种群具有明显的差异。如表1所示。 1.3 生理生化特性 根系微生物与根系分泌物之间是相互作用的关系。根系分泌物通过诱导的趋化来促进或抑制微生物的生长，根系微生物通过改变植物代谢过程中细胞的渗透压、酶的活性以及其他成分与植物体相互作用。根系微生物消耗分泌物中的有机物质和矿质营养元素形成浓度梯度，直接间接促进根系分泌物的产生。 当根系受到细菌、病毒感染时，根系分泌物中的代谢产物会因为受到刺激而发生相应的变化。微生物分解出一些具有解毒效应的物质，破坏污染物的结构，降解污染物，或减轻其毒性。 另外，根系微生物还可以将植物无法利用的分子态的氮磷营养元素转变成可给态养分，避免了重施氮磷而引起的环境问题。 2.应用于有机污染物的修复 有机污染物是土壤、水体和大气中常见的污染物，有机污染物的降解是污染治理和环境修复的首要污染物种类。 刘世亮等研究植物根菌真菌对苯并[a]芘污染的降解，将根菌真菌接种到温室盆栽，90d后发现，根菌真菌对B[a]P的降解有明显效果。 李朝霞通过模拟自然条件用芦苇湿地根系微生物来降解浓度在120mg/L以下的对氯苯包括对氯苯胺、对氯苯酚和对氯甲苯，降解至12d时，降解率基本达到最大，分别为79.8%、80.3%和78.75%。 Singer等试验后发现黑芥的根系分泌物能促进PCB降解菌的生长，在生长九周后，6cm厚的上层土壤中61%的PCB被清除。 为了强化植物修复和污染控制效果，通过接种优势菌种以强化根系微生物污染物降解和净化效果。 Leyval等将VA菌根真菌接种到多环芳烃加富土壤，发现污染物浓度在菌根菌接种的土壤远低于未接种的土壤。 Volante等研究了菌根真菌对单环芳烃降解的情况，将3个VA菌根真菌接种到菲葱，16d后经过比较，发现对照植物中仍有75%-95%单环芳烃残留，接种的植物中降低到了2%-40%。 对石油污染土壤的修复 利用油田石油开采区的污染土壤作为供试土壤,选择紫花苜蓿和披碱草为供试植物,通过监测根系微生物活性、石油烃降解效率等指标,建立植物根际微生态环境生物和非生物因子之间的量化关系,揭示污染土壤石油烃降解效应和影响要素。 研究结果表明,植物根系可改善污染土壤持水能力和微生物活性,与无根系土壤相比,提高含水率达10%。植物根系微生物的数量高出1～2个数量级,FDA(荧光素双醋酸酯)活性高出0.29～0.36。经过150 d的降解,植物根际油污土中石油烃的降解率比无根系土壤高9.1%～15.5%。污染土壤植物根系微生态环境对微生物活性具有诱导作用,有利于石油烃的降解和污染土层的生物修复。 近些年来，转基因技术也应用到有机污染物的修复中，即把一些有用的基因导入到根系微生物，在生物防治和有机物污染修复中发挥巨大作用。 据工程研究表示将具有调节高基因表达水平的中华根瘤菌的nodbox4因子与伯克霍德氏菌克隆的bph基因操纵子融合，再倒入荧光假单胞菌株Ｆ113基因组，发现此工程菌具有很高的生物修复潜力，对多氯联苯的降解基因表达水平高，比单一的荧光假单胞菌株F113的降解效果好。