摘要
土壤重金属污染是世界范围内存在着的一个亟待解决的生物与环境科学问题，也是贵州省因矿业开采所面临的环境修复治理的任务之一。在土壤重金属污染的生物修复方法中，“豆科牧草－根瘤菌”共生体系是目前被认为最具潜力的共生修复系统。本课题从贵州主要重金属尾矿区采集野生豆科牧草根瘤样品，经分离鉴定获得根瘤菌保存菌株；通过抗复合重金属根瘤菌株的筛选、贵州适生牧草重金属富集优良草种的筛选、“豆科牧草－根瘤菌”共生优势组合的筛选，结合对共生优势组合中豆科牧草地上部重金属含量作为饲草使用的安全性评价，取得了下列研究结果。 1、从贵州毕节赫章铅锌矿、六盘水钟山铅锌矿和铜仁松桃锰矿等18个尾矿区中采集15种不同种类野生豆科牧草共55份的根瘤菌样品。分离、纯化获得83个革兰氏阴性（G－）菌株；经菌体形态观察、16S rRNA基因序列比对，鉴定出71个根瘤菌菌株；区系分析结果表明，71个根瘤菌分属于7个属28个种，其中根瘤菌属（Rhizobium）为优势属，木兰根瘤菌（R.indigoferae）为优势种。系统发育树分析表明，28个种分聚为五个大类群，十八个分支，表明贵州主要尾矿区天然豆科牧草根瘤菌具有种类的丰富多样性。 2、根据来源于不同地域、不同宿主牧草且菌落生长良好的挑选原则，对分离鉴定出的不同种类的17个菌株进行了贵州尾矿中常见的5种重金属（Pb2+、Zn2+、Cr6+、Mn2+、Cd2+）的耐受性试验。结果表明，所有供试菌株对2种或2种以上的复合重金属都具有不同程度的耐受性；根据耐受重金属种类的数量和耐受 浓 度，对 17 个 菌 株 的 复 合 重 金 属 耐 受 能 力 依 次 排 序 为：ZHQT055-1=HMZM040-1＜ZHQT054-1＜HXYT049-1=HXYT048-1＜HSST046-1=WEMT051-2=HSST044-1＜HSST044-2=HMZT039-2=HSSA047-1＜HMZM040-3＜H XTT050-1＜ZHQT052-1=HSST042-1＜HSST042-6＜HMZT039-6。其中HMZT039-6， HSST042-6，HSST042-1，ZHQT052-1和HXTT050-1五个菌株能耐受全部5种重金属离子，属于筛选出的最优抗性根瘤菌株。 3、选择白三叶、蒺藜苜蓿、紫花苜蓿、野豌豆、百脉根5种贵州地区适生豆科牧草，尾矿土基质盆栽5种牧草，植株生长发育90 d后测定植株地上部和地下部的重金属含量。根据富集系数（BAC）和转移系数（BTC）测定各供试牧草对土壤重金属的吸收转移能力，综合得出5种豆科牧草修复土壤重金属污染的能力排序为：百脉根=紫花苜蓿＞蒺藜苜蓿＞野豌豆＞白三叶。 4、将筛选出来的抗复合重金属污染能力相对较强的 10 个根瘤菌株（HMZT039-2，HMZT039-6，HMZM040-3，HSST042-1，HSST042-6，HSST044-1， HSST044-2，HSSA047-1，HXTT050-1，ZHQT052-1），按照一一配对方式回接5种适生豆科牧草（白三叶、蒺藜苜蓿、紫花苜蓿、野豌豆、百脉根），尾矿土基质盆栽各共生组合，生长发育90 d后测定植株地上部和地下部的重金属含量，筛选出修复土壤重金属污染“豆科牧草－根瘤菌”共生优势组合。参比对照，根据对土壤重金属富集效率的提高程度，在50组共生修复体系中筛选出15组共生优势组合，分别为：HSST042-1-百脉根、HSST042-6-百脉根、HMZT039-6-百脉根、HXTT050-1-百脉根、HSST044-2-百脉根、HSST044-1-百脉根、HMZM040-3-百脉根、HMZT039-2-百脉根、HSSA047-1-百脉根、ZHQT052-1-百脉根、HSST042-6-蒺藜苜蓿、HSST042-6-野豌豆、HSST042-1-白三叶、HSST042-6-白三叶和HMZT039-6-白三叶。其中百脉根－根瘤菌高达10组，白三叶－根瘤菌占3组，蒺藜苜蓿－根瘤菌和野豌豆－根瘤菌各占1组，其中百脉根共生组合的修复效率最高。 5、将测定的各共生组合中地上部重金属含量与国家颁布的饲草中各重金属含量安全标准进行比对，结果表明，50组“豆科牧草－根瘤菌”共生组合中，5种重金属Zn2+、Cd2+、Cr6+、Pb2+和Mn2+含量均符合国家标准的只有20组。针对筛选获得的15个“豆科牧草－根瘤菌”共生优势组合修复体系进行饲草安全性评价，发现其中14个优势组合均有1种或1种以上的重金属含量超出安全标准，只有“HSST042-6－野豌豆”这一优势组合中植株地上部的5种重金属含量均在国家规定的安全标准以下，属于既可应用于土壤重金属污染修复，又可将牧草地上部分用作饲草使用的豆科牧草共生体系。 本研究结果能为在贵州地区构建“豆科牧草－根瘤菌”共生修复系统提供有效的共生微生物基础与技术支持，同时能为共生修复体系中豆科牧草的饲草安全性利用提供理论依据。
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