微生物對原油和鉛污染中農(nóng)作物種子發(fā)芽的影響

邵 雙，王 弘，邵 賢

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

隨著工業(yè)化進程的加快，石油的開采與需求日益增加.在石油勘探、生產(chǎn)、運輸及使用過程中，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)手段又因其費用低、原位修復(fù)、無二次污染等優(yōu)勢而日益成為修復(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受到抑制，生物量小.因此，本文利用作物種子發(fā)芽對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

微生物采用從沈陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)石油污染土壤和沈陽化工大學(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/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.

1.2 實驗方法

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)，濕潤濾紙，處理相應(yīng)種子.共設(shè)置52個處理，以清水濕潤濾紙為對照，每個處理3個培養(yǎng)皿.首次濕潤濾紙取20 mL溶液，約每隔36 h，各處理同時加10 mL溶液保持濾紙濕潤.6 d測定種子發(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)值間差異達到顯著水平(P＜0.05).

圖1 原油對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，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，抑制大白菜種子萌發(fā)的作用不顯著，當質(zhì)量濃度達30 g/L時，則顯著抑制，而原油質(zhì)量濃度大于50 g/L時，發(fā)芽率小于50%.原油對玉米的抑制作用強于大白菜，原油質(zhì)量濃度為 10 g/L時，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)對大白菜種子的促進作用不顯著外，其他各原油處理，微生物均表現(xiàn)顯著促進大白菜和玉米種子的萌發(fā).

2.2 鉛與微生物對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.Pb(NO3)2質(zhì)量濃度為16 500 g/L時抑制發(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，說明玉米對鉛的適應(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時作用最為顯著.

2.3 原油-鉛復(fù)合污染與微生物對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，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時大白菜未達顯著水平，50/99 000時玉米未達顯著水平外，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

實驗結(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.供試微生物能有效提高二者發(fā)芽率.原油對玉米種子發(fā)芽的影響大于大白菜種子，而大白菜種子對鉛的響應(yīng)比玉米種子強烈，原油-鉛復(fù)合污染下，玉米和大白菜種子萌發(fā)均受到嚴重抑制.實驗中顯示出活躍消化球菌SH9在石油中對發(fā)芽率的提高能力強于在鉛中，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量，以保證修復(fù)效率.實驗初步研究供試活躍消化球菌SH9對作物耐逆性的提高效果，顯示出該微生物具有很強的降解石油和促進作物生長的潛力.

［1］ 萬春黎，楊雪，杜茂安，等.石油污染土壤中細菌群落結(jié)構(gòu)特征［J］.石油學(xué)報:石油加工，2010，26 (6):928－933.

［2］ 駱永明.污染土壤修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢［J］.化學(xué)進展，2009，21(2/3):558－565.

［3］ 杜連彩，王寶山.土壤鉛污染對農(nóng)作物的傷害及防治［J］.濰坊學(xué)院學(xué)報，2005，5(6):75－80.

［4］ 高晶，李德生，秦曉，等.2株真菌的篩選及其在石油污染土壤修復(fù)中的作用［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26(23):345－348.

［5］ 馮冬藝，余成洲，白云.石油污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復(fù)研究［J］.三峽環(huán)境與生態(tài)，2010，32 (6):57－60.

［6］ 張娟娟，張發(fā)旺，陳立，等.中原地區(qū)植物-微生物修復(fù)石油污染土壤的試驗研究［J］.南水北調(diào)與水利科技，2010，8(6):74－77.