《根系微生物》PPT课件.ppt

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BaP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12个数量级,FDA(荧光素双醋酸酯)活性高出0.290.36。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113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。共表达大豆CYP71A10和P450还原酶基因的烟草植株可以提高20%-23%的苯尿型除草剂降解能力。,3.应用于重金属的修复,通过微生物胞外沉淀和络合、细胞内束缚及转化、吸收等作用，能改变重金属的移动性和毒性，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、氨基酸酶等可以提高重金属生物有效性，促进植物吸收重金属。利用植物对环境介质中的重金属进行原位生物修复，使位点的破坏达到最小，减少运输费，与其他物理化学方法结合，至少可以减少50%70%的降解速度和费用。但是由于植物个体小，生长速度慢，治理时间长。,Sheng等发现将具有表面活性剂功能的杆菌Ba-cillussp。J119接种到50mg/kgCd处理的土壤中后，玉米等植物的地上组织中Cd浓度增加了40%-70%。Braud等通过分析发现Cr和Pb的可交换分数与产生含Fe细胞的微生物间存在正向关系。这意味着可以利用微生物中的铁细胞，提高其他金属的移动性，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的，Tiwari等研究发现，在粉煤灰土壤中，细菌菌株可以提高Fe、Zn、Ni等的生物有效性，却降低了Pb、Cr、Cu的有效性。,鱼腥草对土壤中镉的富集及根系微生物的促进作用,通过采集自然条件的鱼腥草和未受污染的土壤在实验室条件下培育以及利用镉的筛选培养出土壤菌悬液研究了鱼腥草对土壤中镉的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的促进作用。结果如表2，表3。,根据以上结果表明，鱼腥草对土壤中的镉很强的富集作用，培养8周后的鱼腥草体内含镉216.9 mgkg-1，相比于培养前的平均4.15 mgkg-1而言，质量分数增加了50余倍。根系微生物（主要是放线菌）对镉在鱼腥草体内的分布起了很重要的作用，它加强了镉在鱼腥草地上部的分布，就更有利于超富集植物的后续处理；并且当土壤中镉浓度越高，这种作用越明显。,根据污染物特性和污染程度，将人工培育好的以污染物为降解底物的微生物以固定化形式或微生物菌剂的形式加入污染的环境介质中，以强化微生物预处理的方式修复重度污染的介质，随后将一些耐污植物植入环境污染介质中，以增强污染介质中的溶解氧（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的方式对污染介质进行联合修复和处理。因此，我们需要做的工作是找到生长快速、金属耐受、根系系统发达、生物量大的的植物来进行修复，并且在修复中必须综合考虑各种因素，才能达到最好的效果。,4.用于去除氮素污染物,氮素污染物是多种环境介质中存在的污染物，利用大型植物或大型水生植物修复各种环境介质中的氮素污染物成为研究的热点。氮素污染物的去除通过硝化作用和反硝化作用而实现，在植物根系正好存在可以供硝化作用和反硝化作用的微环境。利用根系微生物对提高固氮能力，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重要的意义。在植物根系附近因为氧气充足形成的好氧区使硝化菌群（硝酸菌和亚硝酸菌）强劲生长，并将大量的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的地方形成缺氧或厌氧区域，使扩散到这些区域的硝态氮和亚硝态氮转变为氮气从土壤中逸出，其中植物分泌的有机物或土壤中的有机物成为反硝化作用的碳源。,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，利用最佳投菌浓度3.2105cfu/ml枯草芽孢杆菌降解水中氮素，5d后经检测发现修远湖总氮的去除率达到75%。万玉文研究了在双碑村湿地模拟不同水深处理下底泥氮磷释放对上覆水水质影响，由于硝化反硝化作用是湿地去氮的主要途径，实验后发现底泥在上覆水深为25、45cm条件下，24-120h内总氮浓度呈直线下降。,由于植物修复具有费用低，降解速率快的特点，前景广阔。另外，由于酶的稳定性，可以加强对微生物酶活性研究尤其是固定化酶，利用酶专门针对土壤中残余农药、持久性有机污染物进行应急处理。降解有机物的酶主要以过氧化物酶和水解酶为代表，分别能够降解芳香族化合物和有机农药。污染物的降解需要有一组微生物联合进行，应加强实验研究，建立一套完整的数据系统，寻找到最合理的根系微生物组合修复方式。,谢谢观赏！,