微生物對(duì)原油和鉛污染中農(nóng)作物種子發(fā)芽的影響

邵 雙，王 弘，邵 賢

(沈陽(yáng)化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110142)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，石油的開(kāi)采與需求日益增加.在石油勘探、生產(chǎn)、運(yùn)輸及使用過(guò)程中，使大量土壤受到石油污染，引起土壤理化性質(zhì)改變，地下水污染，作物生長(zhǎng)受抑制，微生物群落結(jié)構(gòu)更改等［1］.微生物具有降解原油的作用，生物修復(fù)手段又因其費(fèi)用低、原位修復(fù)、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)而日益成為修復(fù)污染土壤的重要方法［2］.而土壤Pb污染則由于工業(yè)“三廢”的排放、汽車尾氣、化肥農(nóng)藥的施用等越來(lái)越多的侵害到耕作土壤，使植物、微生物受害，并可能導(dǎo)致在人體中富集［3］.植物的根系可吸收鉛，然而植物修復(fù)重金屬污染的重要限制因素就是生長(zhǎng)受到抑制，生物量小.因此，本文利用作物種子發(fā)芽對(duì)原油和鉛敏感的特性，采用具有降解原油作用的微生物，探討作物對(duì)原油、鉛污染和微生物的反應(yīng)，從而探索到提高作物適應(yīng)污染環(huán)境能力的方法，以便為植物-微生物協(xié)同修復(fù)污染土壤提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 材料

微生物采用從沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)石油污染土壤和沈陽(yáng)化工大學(xué)校園內(nèi)0～10 cm肥沃土壤篩選獲得的活躍消化球菌(Peptococcus activus)菌株 SH9.培養(yǎng)基為:CaCl20.02 g，K2HPO41.5 g，NaCl 0.5 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，NaNO32 g，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.01 g，原油5 g，水1 000 mL，pH=7，121℃滅菌30 min，進(jìn)行篩選與制備，菌落邊緣完整、凸起，帶灰白色和奶油色.28℃，厭氧培養(yǎng)5～7 d，活菌數(shù)約為5×109個(gè)/mL，稀釋10倍為菌懸液.玉米品種為東單60;大白菜品種為北京新三號(hào).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

選取飽滿一致的玉米和大白菜種子，溫室浸種3 h后，種子置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，再蓋一層濾紙，玉米每皿30粒，大白菜每皿50粒，置培養(yǎng)箱內(nèi)，28℃恒溫培養(yǎng).分別制備含有10、30、50、100、200 g/L原油和含有16 500、33 000、66 000、99 000 g/L Pb(NO3)2的溶液，濕潤(rùn)濾紙，處理玉米和大白菜種子.制備含有原油/ Pb(NO3)2(g/L)質(zhì)量濃度為 30/16 500、30/ 33 000、50/16 500、50/33 000的溶液濕潤(rùn)濾紙，處理大白菜種子;制備含有原油/Pb(NO3)2(g/L)質(zhì)量濃度為 30/33 000、50/33 000、30/ 99 000、50/99 000的溶液濕潤(rùn)濾紙，處理玉米種子.上述各種溶液濃度加倍后與菌懸液體積比為1∶1等量混合制備成含菌溶液(即原油/Pb(NO3)2的終質(zhì)量濃度不變)，濕潤(rùn)濾紙，處理相應(yīng)種子.共設(shè)置52個(gè)處理，以清水濕潤(rùn)濾紙為對(duì)照，每個(gè)處理3個(gè)培養(yǎng)皿.首次濕潤(rùn)濾紙取20 mL溶液，約每隔36 h，各處理同時(shí)加10 mL溶液保持濾紙濕潤(rùn).6 d測(cè)定種子發(fā)芽率.種子發(fā)芽率=(發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%.樣本多重比較采用SSR法.

2 結(jié)果與分析

原油與微生物、鉛微生物以及原油-鉛復(fù)合污染與微生物對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽率的影響分別如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示.圖1～圖6中數(shù)值為三次重復(fù)平均數(shù).多重比較的同一組數(shù)據(jù)內(nèi)，a、b、c、d、e、f代表數(shù)值之間的差異，不含有相同字母的數(shù)值間差異達(dá)到顯著水平(P＜0.05).

圖1 原油對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽的影響Fig.1 Effect of petroleum on seed germination in Chinese cabbage and corn

圖2 施用微生物后原油對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽的影響Fig.2 Effect of petroleum on seed germination in Chinese cabbage and corn as bacteria were applied

圖3 鉛對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽的影響Fig.3 Effect of lead on seed germination in Chinese cabbage and corn

圖4 施用微生物后鉛對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽的影響Fig.4 Effect of lead on seed germination in Chinese cabbage and corn as bacteria were applied

圖5 原油-鉛復(fù)合污染和微生物對(duì)大白菜種子發(fā)芽率的影響Fig.5 Effect of petroleum-lead and bacteria on seed germination in Chinese cabbage

圖6 原油-鉛復(fù)合污染和微生物對(duì)玉米種子發(fā)芽率的影響Fig.6 Effect of petroleum-lead and bacteria on seed germination in corn

2.1 原油與微生物對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽率的影響

由圖1和圖2可以看出:原油顯著抑制大白菜和玉米種子萌發(fā)，并隨質(zhì)量濃度的增大抑制作用越強(qiáng)，供試微生物有緩解此抑制作用的效果.原油質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)，抑制大白菜種子萌發(fā)的作用不顯著，當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)30 g/L時(shí)，則顯著抑制，而原油質(zhì)量濃度大于50 g/L時(shí)，發(fā)芽率小于50%.原油對(duì)玉米的抑制作用強(qiáng)于大白菜，原油質(zhì)量濃度為 10 g/L時(shí)，發(fā)芽率即小于50%.在各種原油質(zhì)量濃度下，供試微生物均表現(xiàn)出促進(jìn)種子萌發(fā)的作用.除在較低原油質(zhì)量濃度下(10 g/L和30 g/L)對(duì)大白菜種子的促進(jìn)作用不顯著外，其他各原油處理，微生物均表現(xiàn)顯著促進(jìn)大白菜和玉米種子的萌發(fā).

2.2 鉛與微生物對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽率的影響

從圖3和圖4可以看出:鉛顯著抑制大白菜和玉米種子萌發(fā)，并隨濃度的增大抑制作用越強(qiáng).Pb(NO3)2質(zhì)量濃度為16 500 g/L時(shí)抑制發(fā)芽的作用最弱，大白菜在Pb(NO3)2質(zhì)量濃度為33 000 g/L下發(fā)芽率就降至50%以下，而玉米在Pb(NO3)2質(zhì)量濃度為99 000 g/L才降至50%以下，說(shuō)明玉米對(duì)鉛的適應(yīng)性大于大白菜.供試微生物能有效緩解鉛的抑制作用.在Pb(NO3)2質(zhì)量濃度為33 000 g/L時(shí)作用最為顯著.

2.3 原油-鉛復(fù)合污染與微生物對(duì)大白菜和玉米種子發(fā)芽率的影響

從圖5和圖6可以看出:原油-鉛復(fù)合污染對(duì)大白菜和玉米種子萌發(fā)影響顯著.在原油/ Pb(NO3)2(g/L) 分別為 30/16 500和 30/ 33 000的最低質(zhì)量濃度時(shí)，大白菜和玉米種子發(fā)芽率均降至50%以下.微生物有效提高種子發(fā)芽率，除原油/Pb(NO3)2(g/L)為30/33 000時(shí)大白菜未達(dá)顯著水平，50/99 000時(shí)玉米未達(dá)顯著水平外，其他質(zhì)量濃度處理均顯著提高種子發(fā)芽率.

3 結(jié)論與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:原油和鉛顯著抑制玉米和大白菜種子萌發(fā)，且隨著質(zhì)量濃度的升高抑制作用越強(qiáng).供試微生物能有效提高二者發(fā)芽率.原油對(duì)玉米種子發(fā)芽的影響大于大白菜種子，而大白菜種子對(duì)鉛的響應(yīng)比玉米種子強(qiáng)烈，原油-鉛復(fù)合污染下，玉米和大白菜種子萌發(fā)均受到嚴(yán)重抑制.實(shí)驗(yàn)中顯示出活躍消化球菌SH9在石油中對(duì)發(fā)芽率的提高能力強(qiáng)于在鉛中，這是由于供試微生物在篩選和培養(yǎng)中，以原油為唯一碳源，顯示其為石油降解菌.以微生物來(lái)降解石油污染是受到廣泛重視的有效方法［4］，植物-微生物協(xié)同修復(fù)石油和鉛污染是一條值得研究的新途徑［5－6］，在生物修復(fù)中，需要植物和微生物有很高的生長(zhǎng)量，以保證修復(fù)效率.實(shí)驗(yàn)初步研究供試活躍消化球菌SH9對(duì)作物耐逆性的提高效果，顯示出該微生物具有很強(qiáng)的降解石油和促進(jìn)作物生長(zhǎng)的潛力.

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