摘要
铅锌矿在现代工业尤其是化工及电子产业中有重要价值，秦岭地区铅锌矿开采较为频繁，大量提炼后的剩余尾矿在自然界中堆积。金属铅、锌均为重金属，提取后尾矿中含有大量重金属和酸碱等，对环境造成严重污染。目前主要采用物理隔离防治、自然堆积降解、化学处理和植物吸附等手段，但均具有一定局限性。本研究主要利用培养法和高通量测序法对秦岭地区宁强、略阳的3个矿场铅锌尾矿土壤的微生物多样性进行分析，从中筛选到具有耐受一定浓度重金属元素的功能型微生物，并对筛选出的微生物进行环境修复实验。本研究的实施将从微生物角度来修复铅锌尾矿污染，提供实验基础和理论支持，所得到的主要结论如下： （1）采用6种分离培养基对3地铅锌尾矿土壤微生物进行分离纯化培养，共得到5个门12个属27个种，并发现1/10ATCC-172培养基在分离铅锌尾矿放线菌时表现较为突出，在5种放线菌分离培养基中是最适培养基；在分析3地微生物多样性及遗传学规律时，发现宁强燕子砭铅锌矿场的细菌丰度较高，共分离得到了5个门8个属的25株细菌。其次是略阳煎茶岭铅锌尾矿土壤，共分离得到2个门7个属的25株可培养细菌。宁强山坪铅锌矿场尾矿土壤，共分离得到2个门5个属的35株可培养细菌。对3处铅锌尾矿土壤的宏基因组的16SrDNA进行高通量测序，结果发现宁强燕子砭铅锌尾矿中微生物丰度较高，共有26个门，40个纲，60个目，118个科，233个属的细菌，宁强山坪铅锌矿区尾矿土壤中共有18个门，37个纲，55个目，123个科，260个属的细菌，而略阳煎茶岭铅锌矿区尾矿土壤中共有13个门，21个纲，44个目，81个科，135个属的细菌。其中宁强燕子砭、宁强山坪和略阳煎茶岭3处铅锌尾矿土壤中的优势门均为变形菌门（Proteobacteria），分别占到了65.32%、74.03%和59.31%，且3处尾矿土壤中放线菌门（Actinomycetes）均成为次优门，分别占到了7.91%，21.87%和35.43%。随后，对3处铅锌尾矿土壤进行湿度、pH和6种金属元素含量的分析，发现宁强燕子砭和山坪与略阳煎茶岭3地尾矿土壤湿度均在5.55%~6.95%，pH则略偏酸性，在5.01~6.77，3地Pb元素的含量分别是我国正常土壤最大范围的7.61、28.83和136.47倍，甚至已经分别超过了我国污染土壤最大标准的1.90、7.21和34.12倍，Zn2+和Cu2+也均大于国家三级污染标准，且3地重金属离子Pb2+含量近似呈现出，煎茶岭＞山坪＞燕子砭； （2）金属离子耐受性方面，将所分离的所有菌株进行金属离子耐受性筛选，共筛选出15株耐受性较强的菌株，筛选后发现部分菌株最高耐受性呈现出耐Pb2+浓度达到2200mg/L，耐Zn2+浓度达到2400mg/L，耐Cu2+浓度达到700mg/L；在筛选出的2株放线菌中分别做了液体发酵和吸附性实验，结果发现，在相同培养条件下，当Pb2+离子初始浓度为350mg/kg，Zn2+离子初始浓度为300mg/kg，Cu2+离子初始浓度为100mg/kg时，小单胞菌属的菌株LJL24对金属离子Cu2+和Zn2+吸附效果均优于链霉菌属的菌株NSC1，而对Pb2+的吸附效果则略低于链霉菌属的NSC1，其中小单胞菌属的LJL24对金属离子Cu2+的吸附百分比达到了92.67%，较链霉菌属的NSC1高出近1倍，菌株LJL24对金属离子Zn2+的吸附百分比为9.09%，而菌株NSC1吸附百分比为1.73%； （3）在环境修复方面，经过筛选后的菌株通过液体发酵，再加入金属离子污染土壤中时，发现指示植物黄瓜的生长情况均有不同程度的改善，较原本污染土壤而言，部分加入试验菌株发酵液的黄瓜苗长势较好。研究分别从黄瓜苗株高、根茎比和干湿重等数据进行，发现所选择的NSC1和LJL24两株放线菌的发酵液对在Pb2+、Zn2+和Cu2+三种重金属离子处理后土壤种植的黄瓜苗生长存在较显著的影响。研究发现，在Pb2+污染土壤中加入菌株NSC1发酵液后，黄瓜苗的根长极显著增加，而加入菌株LJL24发酵液对Zn2+污染后的土壤中所种的黄瓜苗的根长极显著增加。在对黄瓜苗植株的最终金属离子含量检测时发现，部分加入菌株发酵液的黄瓜苗植株内所含有的重金属离子含量有所减少，如菌株NSC1发酵液对Pb2+、Zn2+和Cu2+污染的土壤中生长的黄瓜苗植株的Pb、Zn和Cu元素吸收有较为明显的抑制作用。也有部分增加的情况，如菌株LJL24发酵液对Pb2+、Zn2+和Cu2+污染后土壤中生长的黄瓜苗植株的Pb、Zn和Cu元素的吸收都有较为明显的促进作用。
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