根系微生物省公开课一等奖全国示范课微课金奖

根系微生物在环境污染治理中应用第1页CONTENTS1.根系微生物介绍

2.应用于有机污染物修复3.应用于重金属修复4.用于去除氮素污染物目录第2页1.根系微生物介绍1.1概念

根系微生物是指在植物根系直接影响几毫米土壤范围内生长繁殖微生物。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。比如：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利于难溶矿物质溶解，增加植物对磷及其它矿质元素吸收。另外，它们分泌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物质，有些根系微生物分泌抗生素，可抑制植物病原微生物繁殖。第3页1.2存在状态

土壤中营养、水分、气体、酸碱度、渗透压、温度等条件，为土壤中微生物提供良好生存环境。植物根系圈内特殊生态条件愈加速了土壤微生物生长，显著提升了根系中微生物生物量和生长潜能。特殊生态条件包含根系分泌物和根系穿插、空腔系统。植物作为第一生产者，将光合作用产物以根系分泌物和植物残体形式释放到土壤中，为根系微生物提供碳源和能源。另外根系穿插和植物空腔系统，使根系通气条件和水分情况优于根系外。

第4页不一样根系微生物种群大小、活性、种类也是不一样。以农作物为例，不一样种类作物，微生物种群含有显著差异。如表1所表示。第5页1.3生理生化特征

根系微生物与根系分泌物之间是相互作用关系。根系分泌物经过诱导趋化来促进或抑制微生物生长，根系微生物经过改变植物代谢过程中细胞渗透压、酶活性以及其它成份与植物体相互作用。根系微生物消耗分泌物中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产生。当根系受到细菌、病毒感染时，根系分泌物中代谢产物会因为受到刺激而发生对应改变。微生物分解出一些含有解毒效应物质，破坏污染物结构，降解污染物，或减轻其毒性。另外，根系微生物还能够将植物无法利用分子态氮磷营养元素转变成可给态养分，防止了重施氮磷而引发环境问题。第6页2.应用于有机污染物修复

有机污染物是土壤、水体和大气中常见污染物，有机污染物降解是污染治理和环境修复首要污染物种类。刘世亮等研究植物根菌真菌对苯并[a]芘污染降解，将根菌真菌接种到温室盆栽，90d后发觉，根菌真菌对B[a]P降解有显著效果。李朝霞经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以下对氯苯包含对氯苯胺、对氯苯酚和对氯甲苯，降解至12d时，降解率基本到达最大，分别为79.8%、80.3%和78.75%。Singer等试验后发觉黑芥根系分泌物能促进PCB降解菌生长，在生长九周后，6cm厚上层土壤中61%PCB被去除。第7页为了强化植物修复和污染控制效果，经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，发觉污染物浓度在菌根菌接种土壤远低于未接种土壤。Volante等研究了菌根真菌对单环芳烃降解情况，将3个VA菌根真菌接种到菲葱，16d后经过比较，发觉对照植物中仍有75%-95%单环芳烃残留，接种植物中降低到了2%-40%。第8页对石油污染土壤修复

利用油田石油开采区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,经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,植物根系可改进污染土壤持水能力和微生物活性,与无根系土壤相比,提升含水率达10%。植物根系微生物数量高出1～2个数量级,FDA(荧光素双醋酸酯)活性高出0.29～0.36。经过150d降解,植物根际油污土中石油烃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含有诱导作用,有利于石油烃降解和污染土层生物修复。第9页

近些年来，转基因技术也应用到有机污染物修复中，即把一些有用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。据工程研究表示将含有调整高基因表示水平中华根瘤菌nodbox4因子与伯克霍德氏菌克隆bph基因操纵子融合，再倒入荧光假单胞菌株Ｆ113基因组，发觉此工程菌含有很高生物修复潜力，对多氯联苯降解基因表示水平高，比单一荧光假单胞菌株F113降解效果好。共表示大豆CYP71A10和P450还原酶基因烟草植株能够提升20%-23%苯尿型除草剂降解能力。第10页3.应用于重金属修复

经过微生物胞外沉淀和络合、细胞内束缚及转化、吸收等作用，能改变重金属移动性和毒性，或转变其化学形态等活动，其共代谢产物还能再沉淀、螯合重金属物质。根系微生物分泌表面活性剂，有机酸、氨基酸酶等能够提升重金属生物有效性，促进植物吸收重金属。

利用植物对环境介质中重金属进行原位生物修复，使位点破坏到达最小，降低运输费，与其它物理化学方法结合，最少能够降低50%～70%降解速度和费用。不过因为植物个体小，生长速度慢，治理时间长。第11页

Sheng等发觉将含有表面活性剂功效杆菌Ba-cillussp。J119接种到50mg/kgCd处理土壤中后，玉米等植物地上组织中Cd浓度增加了40%-70%。Braud等经过分析发觉Cr和Pb可交换分数与产生含Fe细胞微生物间存在正向关系。这意味着能够利用微生物中铁细胞，提升其它金属移动性，加速重金属被植物体吸收、富集等。根系微生物对于提升金属生物有效性也是有特异性，Tiwari等研究发觉，在粉煤灰土壤中，细菌菌株能够提升Fe、Zn、Ni等生物有效性，却降低了Pb、Cr、Cu有效性。第12页鱼腥草对土壤中镉富集及根系微生物促进作用经过采集自然条件鱼腥草和未受污染土壤在试验室条件下培育以及利用镉筛选培养出土壤菌悬液研究了鱼腥草对土壤中镉富集作用以及经过根系微生物处理后放线菌对富集后转移促进作用。结果如表2，表3。第13页第14页依据以上结果表明，鱼腥草对土壤中镉很强富集作用，培养8周后鱼腥草体内含镉216.9mg·kg-1，相比于培养前平均4.15mg·kg-1而言，质量分数增加了50余倍。根系微生物（主要是放线菌）对镉在鱼腥草体内分布起了很主要作用，它加强了镉在鱼腥草地上部分布，就更有利于超富集植物后续处理；而且当土壤中镉浓度越高，这种作用越显著。第15页依据污染物特征和污染程度，将人工培育好以污染物为降解底物微生物以固定化形式或微生物菌剂形式加入污染环境介质中，以强化微生物预处理方式修复重度污染介质，随即将一些耐污植物植入环境污染介质中，以增强污染介质中溶解氧（DO）量和微生物种群数，以人工培育微生物和植物根系微生物联合方式对污染介质进行联合修复和处理。所以，我们需要做工作是找到生长快速、金属耐受、根系系统发达、生物量大植物来进行修复，而且在修复中必须综合考虑各种原因，才能到达最好效果。第16页4.用于去除氮素污染物氮素污染物是各种环境介质中存在污染物，利用大型植物或大型水生植物修复各种环境介质中氮素污染物成为研究热点。氮素污染物去除经过硝化作用和反硝化作用而实现，在植物根系恰好存在能够供硝化作用和反硝化作用微环境。利用根系微生物对提升固氮能力，发挥土壤潜在肥力，刺激植物生长，降低环境污染危害方面有主要意义。在植物根系附近因为氧气充分形成好氧区使硝化菌群（硝酸菌和亚硝酸菌）强劲生长，并将大量氨氮类物质转化为硝态氮和亚硝态氮物质；而在距离植物根系较远地方形成缺氧或厌氧区域，使扩散到这些区域硝态氮和亚硝态氮转变为氮气从土壤中逸出，其中植物分泌有机物或土壤中有机物成为反硝化作用碳源。第17页杨银科等以西安市某高校校区人工湖富营养化水体为对象，利用最正确投菌浓度3.2×105cfu/ml枯草芽孢杆菌降解水中氮素，5d后经检测发觉修远湖总氮去除率到达75%。万玉文研究了在双碑村湿地模拟不一样水深处理下底泥氮磷释放对上覆水水质影响，因为硝化反硝化作用是湿地去氮主要路径，试验后发觉底泥在上覆水深为25、45cm条件下，24-120h内总氮浓度呈直线下降。第18页因为植物修复含有费用低，降解速率