耐镉细菌的分离及其对土壤中镉的形态影响

耐镉细菌的分离及其对土壤中镉的形态影响
刘玉玲 员，圆，铁柏清 员，圆*，李园星露 员，圆，魏祥东 员，圆，彭 鸥 员，圆，叶长城 员，圆，刘孝利 员，圆，孙 健 3
（1.湖南农业大学资源环境学院，长沙 410128；2.湖南省重金属污染耕地安全高效利用工程研究中心，长沙 410013；3.广东工业 大学环境科学与工程学院，广州 510006）
广被称为“五毒之首”[1]。21 世纪以来，随着工业飞速 研究通过从矿区镉污染土壤中筛选分离的耐 Cd 细
发展，矿产累年采冶，导致农田 Cd 污染日趋严重[2]。我 国受 Cd 污染地区已涉及 11 个省（市）的 25 个地区[3]。
菌，探究目标菌株对土壤中 Cd 形态分布的影响，以 期为重金属污染土壤微生物修复提供理论依据和数
的去除能力上，如 Zhang 等[9]、梁泉峰[10]、Xiao 等[11]研 究发现 Delftia 能够高效降解苯胺并分析了其降解的 相关基因和降解途径。Gonz佗lez 等[12]发现 Delftia sp.能 降解 2，4-D，在 2，4-D 初始浓度为 100 mg·L-1 时，降 解率达到 99.9%。叶杰旭等[13]发现 Delftia 能以氯苯为 唯一碳源和能源，并且能够降解氯苯。对于 Delftia 修 复重金属污染土壤的研究较少，Prakash 等[14]报道了 D.tsuruhatensis AR-7 可以通过胞内积累或细胞膜吸附 将 Se4+ 转化为 Se0，Caravaglia 等[15]、Morel 等[16]和Ubalde 等[17]报道了 C（r 遇）抗性菌 D. acidovorans AR 和 Delf原 tia sp. JD2 对 C（r 遇）的生物转化，其可将 C（r 遇）还原 成毒性较低的 C（r 芋）。目前还没有 Delftia 对于 Cd 污 染土壤修复方面的报道。
作为环境载体吸附重金属污染物[5]。由于微生物对重 周边受重金属污染的 0~20 cm 土层土壤，为偏中性紫
金属具有积累、吸附和解毒作用，土壤重金属污染微 生物处理技术的发展及应用受到广泛关注。Francesca
砂土。由表 1 可知，重金属含量普遍较高，与国家土壤 环境质量三级标准（为保障农林生产和植物正常生长
Isolation of a Cd-resistant bacterium and its effect on the speciation of Cd in soil
LIU Yu-ling1,2, TIE Bai-qing1,2*, LI Yuan-xing-lu1,2, WEI Xiang-dong1,2, PENG Ou1,2, YE Chang-cheng1,2, LIU Xiao-li1,2, SUN Jian3 （1.College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Engineering Research Center of Effi原 cient Utilization of Heavy Metal Polluted Crop-land, Hunan Province, Changsha 410013, China; 3.School of Environmental Science and En原 gineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China） Abstract：Contamination of heavy metals has been increasing in recent years due to industrial activity. Consequently, microbial remediation of heavy metal-polluted soils has received increasing interest. A bacterial strain, B9, with high cadmium adsorption capacity was isolated from cadmium-polluted soils through a conventional method of bacterial isolation and cultivation, and the effects of the strain on soil Cd speciation were investigated by a pot experiment to evaluate the feasibility of using B9 in Cd bioremediation. The results of 16S rRNA gene sequence analysis showed that B9 was 99% homologous to Delftia acidovorans, and was identified as Delftia sp. by morphological and bio原 chemical analysis. It was found that the highest adsorption efficiency for Cd2+ was achieved at pH 8, 35 益, and 48 h of incubation time. In these conditions, more than 60% of the Cd2+ could be adsorbed from a concentration below 10 mg·L-1. B9 could facilitate Cd transformation from weak acid-soluble to reducible and residual phases in soil. The addition of 3 mL and 10 mL bacterial suspensions into the soil resulted in 22.17% and 25.06% decreases in the content of weak acid-soluble Cd, 9.66% and 12.17% increases in the content of reduced Cd, and 13.55% and 13.61% increases in the content of residual Cd, respectively, whereas the content of oxidized Cd did not significantly change. The results provide convincing evidence for the potential application of the B9 strain for bioremediation of Cd-contaminated soil. Keywords：Delftia acidovorans; Cd; adsorption rate; speciation
174.87 倍，其中 Cd 超标最为严重。 1.2 耐 Cd 菌株的筛选
Cd 含量降幅最高达 50.74%。
培养基：牛肉膏 3 g、蛋白胨 10 g、氯化钠 5 g、琼
Delftia 菌属是 1999 年由 Wen 等[8]发现的一个新 菌属，目前对该类菌的研究主要集中于对有机污染物
脂 15~20 g、蒸馏水 1 L，pH 7.2~7.4。121 益高压灭菌 锅灭菌 30 min。液体培养基不加琼脂。
目前对受重金属污染的土壤修复，主要采用的技术方 法有化学修复、物理修复、生物修复和微生物修复[4]。 微生物作为土壤中的活性胶体，具有比表面积大、带 电荷、代谢活动旺盛、种类繁多、数量大等特点，有的
据支持。
1 材料与方法
1.1 供试土壤
土壤微生物不仅参与土壤中污染物的循环过程，还可
供试土壤采自湖南省株洲市霞湾地区某冶炼厂
圆园18，37（2）: 250-258
农业环境科学学报 允燥怎则灶葬造 燥枣 粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻
2018 年 2 月
刘玉玲，铁柏清，李园星露，等. 耐镉细菌的分离及其对土壤中镉的形态影响[J]. 农业环境科学学报, 2018, 37（2）：250-258. LIU Yu-ling, TIE Bai-qing, LI Yuan-xing-lu, et al. Isolation of a Cd-resistant bacterium and its effect on the speciation of Cd in soil[J]. 允燥怎则灶葬造 燥枣 粤早则燥-耘灶增蚤原 则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻, 2018, 37（2）：250-258.
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第203128卷年第2 月1 期 刘玉玲，等：耐镉细菌的分离及其对土壤中镉的形态影响
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重金属镉（Cd）因移动性大、毒性高、污染面积较 目前，关于微生物-土壤重金属形态的研究较少，本
摘 要：通过传统的分离方法和室内培养实验，从 Cd 污染土壤中筛选和分离出一株对 Cd2+吸附率高的菌株 B9，并分析 B9 对土壤 Cd 形态的影响，探究其在 Cd 污染土壤修复中应用的可行性。16S rRNA 序列分析结果表明，B9 与食酸代尔福特菌（Delftia acidovorans，登录号 NC010002）的 16S rRNA 序列具有 99%的同源性，结合形态和生理生化指标，将其鉴定为代尔福特菌。研究结果 表明，B9 在 pH=8、温度为 35 益、培养时间为 48 h 时，对 Cd2+的吸附效果最好，且 Cd2+浓度低于 10 mg·L-1 时，吸附率均在 60% 以上。 接种 B9 可促进污染土壤中的 Cd 从弱酸可溶态向可还原态和残渣态转化。添加 3 mL（接种量为 1.44伊1011 cfus）和 10 mL（接种量为 4.8伊1011 cfus）B9 菌悬液处理能使弱酸可溶态 Cd 含量分别减少 22.17%和 25.06%，可还原态 Cd 含量分别增加 9.66%和 12.17%，对 可氧化态 Cd 含量无明显影响，残渣态 Cd2+含量分别增加 13.55%和 13.61%。研究结果可为 Cd 污染土壤微生物修复方法及菌株 B9 的实际应用提供数据参考与理论支持。 关键词：食酸戴尔福特菌；镉；吸附率；形态 中图分类号：S154 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2018）02-0250-09 doi:10.11654/jaes.2017-0966
等[6]研究发现硫酸盐还原菌对 Cd 的生物吸附去除率 的土壤临界值） 相比，Pb、Zn、Cu、Cd 的含量分别为国
达到 77%。晋银佳等[7]证实荧光假单胞菌菌体代谢能 家 土 壤 环 境 质 量 三 级 标 准 的 2.71、10.06、15.61、
够产生铁载体，铁载体能够与 Cd2+络合，使得油麦菜 对 Cd 的吸收减少，其中采用砂基方式培养的油Fra Baidu bibliotek菜
收稿日期：圆园17-07-10 录用日期：圆园17原11原06 作者简介：刘玉玲（1992—），女，山东泰安人，硕士研究生，从事环境重金属污染治理与修复。E-mail：2227283058@qq.com * 通信作者：铁柏清 E-mail：tiebq@qq.com 基金项目：国家科技支撑计划课题（2015BAD05B02-07）；国家自然科学基金项目（41201511） Project supported：栽澡藻 晕葬贼蚤燥灶葬造 运藻赠 栽藻糟澡灶燥造燥早赠 砸藻泽藻葬则糟澡 葬灶凿 阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 孕则燥早则葬皂 燥枣 贼澡藻 酝蚤灶蚤泽贼则赠 燥枣 杂糟蚤藻灶糟藻 葬灶凿 栽藻糟澡灶燥造燥早赠 燥枣 悦澡蚤灶葬（圆园员缘月粤阅园缘月园圆原