（环境科学专业论文）土壤镍污染植物修复的生态效应和微生物强化作用研究.pdf

指数的变化为：a c o r s i c u m 根区土壤1 , 6 5 0 6 2 3 2 1 8 ，a m u r a l e 根区土壤1 3 7 3 4 2 2 7 2 0 ，丑j u n c e a 根区土壤1 3 7 5 9 1 9 6 1 2 ，非根区土壤1 1 9 0 1 1 8 5 2 4 。在同一处理 中，根区s w 指数一般较非根区的高。 ( 4 ) 土壤中不同种类的酶在重金属胁迫下产生不同的效应。无论土壤中镍是低剂量 还是高剂量，镍对酸性磷酸酶活性和碱性磷酸酶活性均表现为抑制作用。低剂量的镍 ( 1 0 0 m g - k g 。1 ) 对土壤脲酶活性和多酚氧化酶活性有激活作用，高剂量时则有抑制作用； 而对过氧化氢酶的抑制作用随着添加镍量的增加而增大。根据各种酶对镍的敏感程度， 可以采用过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶( 酸性土) 、碱性磷酸酶( 碱性土) 作为土壤 镍污染监测和评价的主要生化指标。植物修复有利于土壤酶活性的恢复。土壤酶恢复 的程度，因重金属污染程度和植物种类等的不同存在一定的差异。 ( 5 ) 2 种超积累植物在不同镍含量的土壤中的植株高度和生物量无显著差异，富集 镍量随着添加镍质量分数的增加而增加，表现出具有较强的提取镍的能力。但对于丑 u n c e a 来说，当镍添加量大于1 0 0 r a g k 9 1 时表现出受镍毒害的症状，其生长高度和生 物量受到较大的影响。 f 6 ) 在镍胁迫下，2 种镍超积累植物体内具有种耐性机制减少氧化自由基的损伤； b u n c e a 是一种保护机制，清除氧化自由基对植物的伤害。丙二醛含量的分析表明， 如果土壤中镍含量低，镍可能成为镍超积累植物生长的不利因子。 f 7 ) 本试验成功筛选到了能利用a c c 作为唯一氮源的菌株一泡囊假单胞菌，属于 根际促长细菌( p g p r ) 。土壤添加菌种处理后，镍超积植物的生物量，在水稻土中提 高了2 9 、元江土中提高了8 0 9 、墨江土中提高了4 3 。进而提高了a c o r s i e u m 自土壤中提取镍的效率：水稻土中增加5 4 ，元江土中增加3 0 6 ，墨江土中增加3 2 。 ( 8 ) 本试验分离纯化的泡囊假单胞菌接种到3 种不同类型土壤后，土壤中微生物生 物量增加、土壤基础呼吸升高，土壤中微生物的种群增大、生理代谢活动加强，表明 接种菌株可以在镍污染土壤中定殖。土壤微生物种群的增加，相应地增加了土壤酶活 性。 ( g ) 试验表明，土壤经p g p r 处理后，镍超积累植物组织内的过氧化物酶活性、 过氧化氢酶活性和丙二醛含量有所减少，可能是经p g p r 处理后减轻了镍对超积累植 物的胁迫作用。这可能是p g p r 的另一促进植物生长的机制。 综上所述，外源镍污染的土壤经过镍超积累植物修复后，明显加快外源镍在土壤 中的稳定性，改善了土壤微生物的生存环境，提高了土壤酶活性。泡囊假单胞菌促进 了镍超积累植物的生长，因而提高了超积累植物自土壤提取镍的效果。 关键词：土壤，镍，植物修复，生态效应，微生物 b i o l o g i c a le f f e c t so fp h y t o r e m e d i a d o no nn i c k e lc o n t a m i n a t e ds o i l sa n d e n 翩r r 恬兀b i s d e n c a i x h - d e a b s t r a c t p h y f o r e m e d i a t i o ni sb e i n gd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r sa s ac o s t - e f f e c t i v ea n de n v i r o n m e n t a l f r i e n d l y s o l u t i o nf o rh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t e ds o i l s s i n c et h et e c h n o l o g yi ss t i l lu n d e r d e v e l o p m e n t ，m u c hm o r ew o r k ，s u c ha ss e a r c hf o rh y p e r a c c u m u l a t o r s ，u n d e r s t a n d i n go f m e c h a n i s m s ，o ns i t ea p p l i c a t i o n s ，e t c ，s t i l ln e e dt ob ed o n e g r e e n h o u s ep o te x p e r i m e n tw a se m p l o y e di nt h i ss t u d y t w on i c k e lh y p e r a c c u m w a t o r sa n d o n en i c k e lt o l e r a n c es p e c i ew e r ep l a n t e di ns o i l sw i t h7d i f f e r e n tn ic o n c e n t r a t i o n sr a n g i n gf r o m 0t o16 0 0 m gk g 。1a d d e di nt h ef o n t lo fn i s 0 4t oi n v e s t i g a t et h ec h a n g e so fa d d e dn i c k e lf r a c t i o n s i ns o i l s ，t h ee f f e c t so ns o i lm i c r o o r g a n i s m s ，t h ei m p a c t so ns o i le n z y m e s ，a n dt h eb i o l o g i c a l e f f e c t so fp l a n t s t h eb i o l o g i c a le f f e c t so fs o i l p l a n ts y s t e ma f t e rb a c t e d aa d d t i o nt os o i l sw e r e a l s os t u d i e di no r d e rt oi n v e s t i g a t et h ef e a s i b i l i t yo fu s i n gb a c t e r i at oi m p r o v ep h y t o r e m e d i a t i o n e f f i c i e n c y , c o n c l u s i o n sw e r ed r a w nb a s e do nt h ee x p e r i m e n tr e s u l t sa sf o i l o w s ： ( 1 ) n i c k e is p e c i a t i o ni ns o i l sw a sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ed o s eo fs o l u b l en i c k e ia d d e d w h e n t h ea d d e dn i c k e lw a sl o w e rt h a n4 0 0m gk g s o i l ，t h ep e r c e n t a g eo fn if r a c t i o n sf o l l o w e dt h e o r d e r ：f e m no x i d e s e x c h a n g e a b l e c a r b o n a t e o r g a n i c r e s i d u a lw h e nt h ea d d e dn i c k e l w a sh i g h e rt h a n4 0 0m gk g s o i l t h ep e r c e n t a g eo f n if r a c t i o n sf o l l o w e dt h eo r d e r ： e x c h a n g e a b l e f e m no x i d e s c a r b o n a t e o r g a n i c r e s i d u a ls o bp r o p e r t i e ss u c ha se ha n d o r g a n i cm a t t e rc o n t e n tc o u l da f f e c tt h er e d i s t r i b u t i o np a n e r no fa d d e dn i c k e l a f t e rr e m o v a lo ft h e p l a n t si tw a so b v i o u st h a tt h eh y p e r a c o u m u l a t o ra c c e l e r a t e dt h es t a b i l i t yp r o c e s so fa d d e dn i c k e l i ns o i l s w h i c hm i g h th e l pr e d u c et h eh a r mn i c k e ic a u s e st os o l ia n dw a t e fe n v i r o n m e n t ( 2 ) w h e nt h ea d d e dn i c k e lw a sa t10 0m gk g s o i l t h ep o p u l a t i o n so fb a c t e r i u m ，f u n g ia n d a c t i n o m y c e t e sw e r es t i m u l a t e da n db i o m a s so ft h em i c r o o r g a n i s m sw a st h eh i g h e s tb u tw h e n t h ea d d e dn i c k e lw a so v e r1 0 0m gk g s o i l ，a d v e r s ee f f e c t so nm i c r o b i a la c t i v i t yw e r eo b s e r v e d p l a n t a t i o no fh y p e r a c c u m u l a t o r sc o u l di n c r e a s eb o t ht h ep o p u l a t i o na n db i o m a s so fs o i l m i c r o o r g a n i s m sb yu p t a k i n gn i c k e lf r o ms o i l sa n de x c r e t i n gr o o te x u d a t e s h y p e r a c c u m u l a t o r s n i r e d u c e dn i c k e lt o x i c i t ya n di m p r o v e dt h es u r r o u n d i n g so ft h em i c r o b i a l ，t h u si n c r e a s e dt h e i r c h a n c e so fs u r v i v a l h o w e v e r , d i f f e r e n tp l a n ts p e c i e sh a dd i f f e r e n te f f e c t so nm i c r o o r g a n i s m si n s o i l ( 3 ) r a n d o ma m p l i f i e dp o l y m o r p h i cd n a ( r a p d ) w i t h5p r i m e r sw a su s e dt os t u d yt h e m i c r o b i a ld n as e q u e n c ed i v e r s i t yi n2 8s o i ls a m p l e so f4t y p e so fs o i l 1 0 4 0a m p l i f i e db a n d s w e r eo b t a i n e d ，w h i c hi n c l u d e d9 7 7b a n d so fp o l y m o r p h i ca n d6 3b a n d so fn o n p o l y m o r p h i ct h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ec o m p o s i t i o no fm i c r o b i a ld n as e q u e n c e sh a dc h a n g e db e c a u s eo f n i c k e la d d i t i o ni nt r e a t e ds o i l s t h eo r d e ro fa m p l i f i e db a n d si nt h e4t y p e so fs o i lw a s ：s o i lw i t ha c o r s i c u m ( 3 1 5b a n d s ) s o i lw i t ha m u r a l e ( 2 8 4b a n d s ) s o i lw i t hb 扣n c e a ( 2 2 5b a n d s ) s o i l w i t h o u tp l a n t ( 2 1 6 ) s h a n n o n - w e a v e ri n d e xo fs o i lm i c r o b i a ld n as e q u e n c er e d u c e di nn i c k e l c o n t a m i n a t e ds o i l sw i t hi n c r e a s i n gn i c k e lc o n c e n t r a t i o n t h ec h a n g e so fs h a n n o n - w e a v e ri n d e x l nt h e4t y p e so fs o l lw e r ef r o m1 6 5t 02 3 2f o r ac o r s i c u m 。1 3 7t o22 7f o r am u f a l e 1 3 7f 0 19 6 f o r b j u n c r a a n d1 1 9 t o1 8 5 f o rs o l l w i t h o u tp l a n t w i t h t h es a m ea m o u n to fn i c k e a d d e d t os o i l st h es h a n n o n - w e a v e ri n d e xi ns o l lw i t hp l a n tw a sh i g h e rt h a nt h a ti ns o i lw i t h o u tp l a n t ( 4 ) s o i le n z y m a t i ca c t i v i t yv a r i e du n d e rn i c k e ls t r e s s e dc o n d i t i o n a c i dp h o s p h a t a s ea c t i v i t y a n da l k a l i d ep h o s p h a t a s ea c t i v i t yw e r ei n h i b i t e ds t r o n g l yb yt h ea d d e dn i c k e l u r e a s ea c t i v i t y a n dp o l y p h e n o lo x i d a s ea c t i v i t yw e r es t i m u l a t e du n d e rl o wa d d e dn i c k e lc o n c e n t r a t i o n ( 10 0m g k g s o i l ) ，b u td e a c t i v a t e du n d e rh i g hc o n c e n t r a t i o nt h ec a t a l a s ea c t i v i t yw a ss t i m u l a t e dw i t h i n c r e a s i n gn i c k e lc o n c e n t r a t i o ni ns o i l s t h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tc a t a l a s ea c t i v i t y , u r e a s e a c t i v i t y , a c i dp h o s p h a t a s ea c t i v i t y ( i na c i d i cs o i l s ) a n da l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t y ( i na l k a l i n e s o i l s ) c a nb eu s e da sp r i m a r yb i o c h e m i c a li n d e x e sf o rs o i lq u a i l t ya s s e s s m e n t ，p l a n t sg r o w no n n ic o n t a m i n a t e ds o i l sf o rp h y t o r e m e d i a t i o nw e r eh e l p f u lt os o i le n z y m e sr e c o v e r y , b u tt h e r e c o v e r yl e v e lv a r i e dd u e t od i f f e r e n c e si np o l l u t a n td o s e si ns o i l sa n dp l a n ts p e c i e s ( 5 ) a l t h o u g ht h es t e ml e n g t ha n db i o m a s so ft h et w on ih y p e r a c c u m u l a t o r su s e di nt h e e x p e r i m e n ts h o w e dn os i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n c eu n d e rd i f f e r e n tn id o s a g e s ，t h en ic o n c e n t r a t i o ni n s h o o t si n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gn ic o n c e n t r a t i o ni ns o i l s ，w h i c h t o g e t h e rw i t ht h eo b s e r v e d h i g hs h o o tt or o o tr a t i oo fn ic o n c e n t r a t i o na n dh i g ha c c u m u l a t i o ni n d e x ，p r o v e dt h a tt h e yh a d s t r o n ga b i l i t yt ou p t a k en if r o mc o n t a m i n a t e ds o i l s b j u n c e a ，at o l e r a n c ep l a n t ，e x h i t b i t e d s y m p t o m so fn it o x i c i t yw h e nt h ea d d e dn iw a so v e r10 0m gk g s o i l i t ss t e ml e n g t ha n d b i o m a s sw e r er e d u c e db yn ia d d t i o n ( 6 ) t h et w on ih y p e r a c c u m u l a t o r sm a yh a v eat o l e r a n c em e c h a n i s m t ol o w e rt h ep r o d u c t i o n o fr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e st or e d u c et h eo x i d a t i v ed a m a g eo ft i s s u e si np l a n tu n d e rn is t r e s s e d c o n d i t i o no nt h eo t h e rh a n d ，b ，j u n o e ae x h i b i t e dap r o t e c t i o nm e c h a n i s ma g a i n s to x i d a t i v e d a m a g eu n d e rn is t r e s s e dc o n d i t i o n l o w e rn i c k e lc o n c e n t r a t i o ni n s o i l sm a yb e c o m ea n a d v e r s ef a c t o rf o rt h eg r o w t ho fn ih y p e r a c c u m u l a t o r s ( 7 ) 尸s e u d o m a n a sv e s i c u l a 府，w h i c hi so n eo ft h ep g p r ( p l a n tg r e w t hp r o m o t i n g r h i z o b a c t e r i a ) c a p a b l eo fp r o m o t i n gp l a n tg r o w t h ，h a db e e ni s o l a t e df r o mt h er h i z o s p h e r eo fn i h y p e r a c c u m u l a t o r s t h ea d d i t i o n o f 尸v e s i c u l a r i si n3k i n d so fn i c k e lc o n t a m i n a t e ds o i l s e n h a n c e dt h eb i o m a s so fn ih y p e r a c c u m u l a t o r s ，w i t h2 9 i np a d d ys o i l s 3 0 9 i ny u a n j i a n g s o i l sa n d4 3 i nm o j i a n gs o i l s ；a n dt h ep h y t o r e m e d i a t i o ne f f i c i e n c yw a sa l s om i s e d ，w i t h5 4 i n p a d d ys o i l s ，3 0 6 i ny u a n j i a n gs o i l s ，a n d3 2 i nm o j i a n gs o i l s ( 8 ) b i o l o g i c a le f f e c t so fp h y t o r e m e d i a t i o nu s i n gh y p e r a c c u m u l a t o r sw i t hpv e s i c u l a d s a d d i t i o nw e r es t u d i e di nt h r e et y p e so fs o i l s c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r e l ( w i t h o u t 户v e s i c u l a f i s ) ， m i c r o b i a lb i o m a s sa n ds o i lr e s p i r a t i o nw a se l e v a t e da n dm i c r o o r g a n i s mp o p u l a t i o na sw e l la s m i c r o o r g a n i s mm e t a b o l i z a t i o nw a si m p r o v e d w h i c hs u g g e s t e dt h a t 户v e s i c u l a f i sh a dc o l o n i z e d i nt e s t e ds o i l ss u c c e s s f u l l y s o i le n z y m ea c t i v i t i e si nt r e a t e ds o i l sw e r eh i g h e rt h a nt h o s ei nt h e c o n t r 0 1 ( 9 ) t h ep e r o x i d a s ea c t i v i t y , c a t a l a s ea c t i v i t ya n dm a i o n d i a l d e i y d ec o n t e n tr e d u c e di n h y p e r a c c u m u l a t o r sg r o w ni npv e s i c u l a n st r e a t e ds o i l sw i t hd i f f e r e n tn i c k e lc o n c e n t r a t i o n s ， w h i c hs u g g e s t e dt h a tp g p rm a ya l l e v i a t et h en is t r e s sc o n d i t i o ns o a st op r o m o t ep l a n tg r o w t h t h i sm a yb ea n o t h e rm e c h a n i s mo fp g p rt op r o m o t ep l a n tg r o w t h i nc o n c l u s i o n ，p h y t o r e m e d i a t i o ng r e a t l ya c c e l e r a t e dt h ep r o c e s so fn i c k e ls t a b i l i t yi ns o i l s ， i m p r o v e dt h es u r r o u n d i n g so fs o i lm i c d o o r g a n i s m st h u se n h a n c e dt h e i rc h a n c e so fs u r v i v a l ，a n d e v e l a t e ds o i le n z y m ea c t i v i t ya so n eo ft h ep g p r ( p l a n tg r o w t hp r o m o t i n gr h i z o b a c t e r i a ) ，户 v e s i c u l a r i sp r o m o t e dt h eg r o w t ho fn ih y p e r a c c u m u l a t o r s ，a n di n c r e a s e dt h ep h y t o r e m e d i a t i o n e f f i c i e n c y k e yw o r d s ：s o i l ，n i c k e l ，p h y t o r e m e d i a t i o n ，b i o l o g i c a le f f e c t ，m i c r o o r g a n i s m v 1 1 引言 第1 章概述 土壤重金属污染是当今面临的一个全球性环境问题。关于土壤重金属污染的研究， 国外始于六十年代，如澳大利亚、美国、德国等国家对土壤重金属研究较深入。我国 自1 9 8 3 年起对主要类型的土壤环境容量进行了研究。 自然土壤中镍含量受成土母质、质地、气候和耕作方式等因素的影响。在蛇纹岩 上发育的土壤含镍丰富，其次为片麻岩、安山岩、闪长石上发育的土壤，而花岗岩、 砂岩上发育的土壤镍含量低，我国土壤( a 层) 镍平均含量为2 6 9m g k 岔1 【“。由于粘 土、有机质对镍强烈的吸附持留作用，因此，富镍土壤往往为粘土、壤土及富含有机 质的土壤【2 。 镍在土壤中可分别与水、富里酸、碳酸钙、无定形氧化铁、无定形氧化锰、蒙脱 石、高岭石、蛭石等结合形成化合物，在这些化合物中镍的存在形态可划分为5 种形 态：可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态。土壤中的 镍会随着土壤理化性质的不同而发生迁移和价态、形态的转化，但是这些物理化学过 程极其复杂多样f 2 。3 】。重金属镍在土壤中的迁移和扩散，如果遵循f i e k 的第二法则， 则重金属的移动速度( 扩散) 是很慢的 4 】。 土壤重金属污染来源面广、形式多种多样。如工业生产过程中排放的废水、废气 和废渣，也有农业生产上大量施用的化肥、农药和除草剂等。当土壤接纳这些污染物 质的量超过自身的净化能力时，则导致土壤污染。据估计【5 】，全球每年释放到环境中 的有毒重金属高达数百万吨，其中镍为3 8 1 万吨。据资料【6 j ，至1 9 9 8 年我国农田受重 金属污染的面积达到2 0 0 0 万公顷，给农业生产和环境安全带来了不可忽视的影响。因 此研究镍污染的生态效应和生物修复技术，成了当前的热点课题。 1 2 土壤镍污染对微生物的生态效应 1 2 1 对微生物数量的影响 土壤中微生物种类很多，它们各自具有不同的生理习性，产生各种作用。由于各 种土壤给予微生物的生存条件的差异，所以土壤中微生物群落的组成和数量也各不相 同。总体看，土壤中的微生物以细菌为最多，放线菌和真菌次之，藻类和原生动物等 的数量较小。 土壤受到重金属镍的污染后，将会对土壤中细菌、真菌、放线菌等微生物的生长 繁殖产生影响。m c g r a t h 等用熏蒸法测定了2 0 年施用污泥的农田土壤微生物生物量， 发现施用污泥土壤中的微生物量比施用粪肥的低得多【7 】。f l i e b b a c h 等的研究结果表明， 低浓度的重金属能刺激微生物的生长，增加微生物生物量碳；而高浓度重金属则导致 土壤微生物量碳的明显下降【8 。杨元根等 9 通过对城市土壤( 路边土、公园土) 与农村 土壤的比较发现，城市土壤中微生物生物量显著降低。孔繁翔等uo 】进行了镍、锌、铝 对羊角月芽藻( s e l e n a s t r u mc a p r i c o r n u t u m ) 影响的培养试验，结果表明当镍浓度在0 ，5 m g l 1 - - 2 5 m g - l 。1 时，羊角月芽藻的生长速度受到明显的抑制，随着培养基中金属离 子浓度的增加，藻细胞干重逐渐下降。 重金属污染对不同质地土壤中的微生物生物量的影响是不同的。一般有机质含量 高、粘粒含量大的土壤对重金属具有较大的缓冲能力，重金属对微生物的抑制作用较 小；而在砂质、砂壤质土壤中，重金属对微生物生物量的抑制作用则较大。 总之，作为必需微量元素之一，土壤中镍的浓度较低时对微生物生物量有一定的 刺激作用，但超过一定浓度时对土壤微生物则有毒害效应；而且相同的镍浓度在不同 土壤中对微生物的毒害程度不同，表现出这一抑制作用的复杂性。由于重金属污染对 土壤中微生物个体的影响，必然导致对其种群结构的影响。 1 2 2 对微生物种群结构的影响 土壤微生物种群结构是表征土壤生态系统群落结构和稳定性的重要参数之一。通 常情况下，重金属污染对微生物有两种效应：一是不适应生长的微生物种类数量的减 少或灭绝；二是适应生长的微生物种类数量增大与优势化。因此，不同类群微生物对 重金属污染的耐性不同，通常为真菌 细菌 放线菌【1 1 1 。b a a t h 等人用碳素利用法研究 了铜、镍、锌等重金属污染土壤的微生物组成，发现高铜污染土壤中微生物群落比镍、 锌污染的土壤中微生物群落少，认为重金属严重污染会减少能利用有关碳底物的微生 物量的数量，降低微生物对单一碳底物的利用能力，减少了土壤微生物群落的多样性 1 2 1 滕应等 1 3 1 采用b i o l o g 方法分析了矿区侵蚀土壤微生物的群落多样性，矿区侵蚀土 壤微生物群落的s h a r m o n 指数明显低于对照土壤的，仅是对照土壤的5 7 3 4 。g r i f f i t h s 等l 】4 j 通过研究重金属镍、铅、铜、锌、镉污染土壤中微生物群落d n a 的变化，认为 重金属污染土壤中的微生物群落与无污染土壤中的不同。 沈德中等1 5 1 的研究发现，在铜、镍、铅、锌4 种重金属复合污染时，土壤藻类的 种群结构发生改变，使蓝藻数量减少，硅藻数量或减少或增加，裸藻成为优势种。 因此，重金属镍污染会引起土壤微生物的种群结构的变化，土壤微生物多样性减 少。 1 2 3 对微生物生理生化功能的影响 土壤镍污染引起微生物数量、种群结构变化的同时，也影响微生物的代谢功能。 ( 1 ) 对碳循环的影响 土壤有机残落物的降解主要是通过土壤有机质矿化等作用完成的，这一过程与土 壤微生物的作用密不可分。据资料 1 “，加拿大s u d b u r y 一座冶炼厂( 排放废气中主要 含镍和铜) 附近8 k m 的范围内，3 种凋落树叶在8 5 1 d 内分解率是对照地区的7 9 8 3 。 凋落物的降解主要依靠土壤中的分解者来完成，由于在污染的土壤中微生物的数量、 种群结构等受到影响，微生物的生理生化功能下降，因此，微生物对凋落物的降解速 率下降，受污染区凋落物的分解速度较清洁区慢。 ( 2 ) 对氮循环的影响 b r o o k e s 等【l7 】研究了室内条件下不同重金属浓度对生物固氮的影响，结果表明固氮 作用与重金属浓度有显著负相关。w i l k e 研究了1 2 种污染物( a s 、b e 、b r 、c d 、c r 、 f 、p b 、h g 、s e 、s n 、v 和n i ) 对n 素转化的长期影响，发现除s e 和s n 外，其它污 染物均抑制氮的矿化作用【1 “。 ( 3 ) 对微生物体内酶等的影响 土壤受镍污染后，会对微生物的生理生化活性产生影响。s i n 北等研究了镍胁迫 下豌豆根瘤菌的反应，随着n i 2 + 浓度的增加，脯氨酸含量、硫醇含量和脲酶活性等均 表现为先增加随后减少的趋势。当镍离子浓度为o 5m g l 1 2 5 m g l 1 时，羊角月芽藻 细胞内g 6 p d h 和硝酸还原酶的活性随离子浓度增加而下降，但当镍离子浓度为1 5 m g l ，酸性磷酸酶的活性却达最大值，随后逐渐下掣1 0 j 。 ( 4 ) 对土壤呼吸的影响 土壤呼吸作用强弱意味着该土壤系统代谢旺盛与否。呼吸作用的强弱与微生物数 量有关，也与土壤有机质矿化、氮和磷的转化强度、p h 和中间代谢产物等因素有关。 任何抑制性因素的存在都可能影响土壤的呼吸强度，这些影响因素中重金属污染是最 重要的影响因素之一【4 】。城市土壤中重金属元素铜、铅、锌、镍的显著积累，使土壤 微生物呼吸强度和代谢活动明显高于农村土壤中吼 1 2 4 微生物对土壤镍污染的抗性 在重金属污染的土壤环境中，受重金属胁迫的影响，土壤微生物群落结构、数量、 分布和体内代谢功能会发生改变i j 。为了适应重金属胁迫的环境，微生物体内形成了 相应的耐性和抗性机制。这些机制包括：荚膜保护细胞壁结合，生物膜保护细胞内 隔离，主动外排系统，酶脱毒，降低金属敏感性，抗性质粒等n ”1 。 除上述内部机制外，微生物分泌物质，如胞外高聚体、铁载体等，也能直接与重 金属发生沉淀作用和胞外络合作用而减少重金属的毒性。另外，微生物还可通过生物 甲基化作用、挥发作用、氧化还原作用等对某些重金属进行生物转化口。2 2 。 上述抗性机制，可以单独作用，也可阻几种同时作用。微生物在重金属环境中形 成的这些机制，有些已在工农业生产中广泛应用，如微生物湿法采矿、含重金属废水 处理、燃煤中硫的去除、污染土壤的生物修复瞳2 - 2 川等。现对细菌、真菌、内生菌根和 外生菌根对重金属的抗性机制分述如下： ( 1 ) 细菌 镍是细菌必需的微量营养元素之一m2 5 1 。细菌可以吸收镍，但吸收数量的大小， 取决于细菌生存条件和菌株特征。正常剂量时，细菌吸收的镍参与体内代谢过程。 细菌对金属的细胞外吸附是其抗性机制之一。细菌的分泌物质，如多聚体( 主要 是多糖、质白质和核酸) ，含有多种具有金属络合、配位能力的基团，如巯基、羧基、 羟基、氨基、磷酸根等，这些基团能通过离子交换或络合作用与金属结合形成金属一 有机复合物，有毒金属元素变成无毒或低毒化合物。据报导，带有甲基乙二醛抗性基 因的酵母s a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e 能分泌大量的谷胱甘肽，谷胱甘肽与重金属有很强 的结合能力，可与n i 结合形成n i 谷胱甘肽复合物，因这一复合物为复杂的结构体， 不能通过细胞膜进入细胞内，从而减少该细菌对镍吸收的原因口。有些细菌的分泌物 中含有铁载体( s i d e r o p h o r e ) 、多糖、果胶类物质等，也具有吸附、降低金属毒性的功能 田j 。k o m a r o v a 等采用含有多肽、多聚糖、脂质的b a c i l l u sm e g a t e r i u m 进行吸附重金属 的试验，发现在水溶液中试验菌吸附镍、钴和铅的吸附等温线符合l a n g m u i r 方程，并 在3 0 r a i n 内达到吸附平衡，吸附率分别为铅4 2 、镍3 4 、钴2 7 t ”1 。 细菌对金属的吸附作用，受细菌自身的影响。如细菌表面性质、数量、年龄、机 体死活和环境因子等等。大西洋假单胞菌p s e u d o m o n a sa t l a n t i c a ) 对铅的吸附试验发 现，较高的细胞密度时吸附量反而减少，其原因是在较高的细胞密度时悬液中的细 胞相互粘连，细胞总的体表面积减少【2 9 】。 n i 被细菌吸收或吸附后，形成金属有机化合物，引起镍存在形态变化，其移动性 下降，对植物的毒性也会有所减轻。 ( 2 ) 真菌 不同菌种对重金属的耐性不同。p e n i c i l l i u ms i m p l i c i s s i m u m 和p e n i c i l l i u m f u n i c u l o s u m 对镍和钴表现出较高的耐性，而对f e 、m n 和m g 的耐性低；a s p e r g i l l u s f o e t i d u s 对m g 、m n f n n i 县较高的耐性、而对f e 和c o 的耐性低1 3 0 。 真菌也能吸收重金属，真菌的细胞壁在对重金属的吸附中起到关键作用。因为分 离细胞壁吸收重金属量约占3 8 7 7 ，且细胞壁的吸收能力比菌丝体总的吸收能力高 2 0 5 0 3 1 1 。 在重金属污染的环境中，真菌通常是采用细胞内和细胞外的螫合物来固定重金属， 减少重金属的移动性。这种螯合物主要是重金属与低分子有机酸、金属硫因等形成的。 真菌对重金属的抗性机制与细菌的抗性类似，但从单一个体来说，由于真菌的个体可 能发育形成菌丝体或菌落，与土壤的接触面积较单一个体细菌的接触面积要大得多， 因此，单一真菌个体吸附重金属的量可能会较单一细菌的大。据报导，白腐菌 p h a n e r o c h a e t e 如科阳印d ，棚菌丝体对镍的最大吸附能力可达到5 6 m g g 。( d w ) 1 2 9 1 ，来自 青霉素发酵副产物的改性菌丝体对镍的最大吸附量可达到2 6 0n a g g 。1 ( d w ) t 3 2 】。 ( 3 1 内生菌根 菌根在减少重金属对植物根系的危害中起到关键的作用，但这种保护作用的大小， 在不同的菌根真菌与不同的重金属之间会不同口3 1 。来自重金属污染场地的菌根真菌对 重金属更具耐性口4 ，35 1 。 内生菌根真菌可以吸收金属早被证实【3 6 】。对p h e l l i n u sw e i r i i 的内生菌根的调查发 现，具黑色素的菌丝体积累了7u g - g n i ，而对照菌丝体中仅积累了1u g g 1n i ”】。内 生菌根吸收重金属后，重金属被束缚在细胞壁的组成成分中( 如纤维素衍生物、黑色 素及几丁质等) 。从而减少重金属对寄主植物的危害。 由此可见，通过菌丝体的吸附作用和吸收作用，使得菌丝体的重金属含量比环境 中的含量高得多，从而减少了环境中存在的金属对其他生物的影响。 f 4 ) 外生菌根 植物受到环境污