微生物對原油和鉛污染中農作物種子發芽的影響

邵 雙，王 弘，邵 賢

(沈陽化工大學環境與生物工程學院，遼寧沈陽110142)

隨著工業化進程的加快，石油的開采與需求日益增加.在石油勘探、生產、運輸及使用過程中，使大量土壤受到石油污染，引起土壤理化性質改變，地下水污染，作物生長受抑制，微生物群落結構更改等［1］.微生物具有降解原油的作用，生物修復手段又因其費用低、原位修復、無二次污染等優勢而日益成為修復污染土壤的重要方法［2］.而土壤Pb污染則由于工業“三廢”的排放、汽車尾氣、化肥農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，并可能導致在人體中富集［3］.植物的根系可吸收鉛，然而植物修復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，從而探索到提高作物適應污染環境能力的方法，以便為植物-微生物協同修復污染土壤提供理論基礎.

1 材料與方法

1.1 材料

微生物采用從沈陽經濟技術開發區內石油污染土壤和沈陽化工大學校園內0～10 cm肥沃土壤篩選獲得的活躍消化球菌(Peptococcus activus)菌株 SH9.培養基為:CaCl20.02 g，K2HPO41.5 g，NaCl 0.5 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，NaNO32 g，FeSO4·7H2O 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5～7 d，活菌數約為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皿中，再蓋一層濾紙，玉米每皿30粒，大白菜每皿50粒，置培養箱內，28℃恒溫培養.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的終質量濃度不變)，濕潤濾紙，處理相應種子.共設置52個處理，以清水濕潤濾紙為對照，每個處理3個培養皿.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測定種子發芽率.種子發芽率=(發芽種子粒數/供試種子粒數)×100%.樣本多重比較采用SSR法.

2 結果與分析

原油與微生物、鉛微生物以及原油-鉛復合污染與微生物對大白菜和玉米種子發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中數值為三次重復平均數.多重比較的同一組數據內，a、b、c、d、e、f代表數值之間的差異，不含有相同字母的數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-鉛復合污染和微生物對大白菜種子發芽率的影響Fig.5 Effect of petroleum-lead and bacteria on seed germination in Chinese cabbage

圖6 原油-鉛復合污染和微生物對玉米種子發芽率的影響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，并隨質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.原油質量濃度為10 g/L時，抑制大白菜種子萌發的作用不顯著，當質量濃度達30 g/L時，則顯著抑制，而原油質量濃度大于50 g/L時，發芽率小于50%.原油對玉米的抑制作用強于大白菜，原油質量濃度為 10 g/L時，發芽率即小于50%.在各種原油質量濃度下，供試微生物均表現出促進種子萌發的作用.除在較低原油質量濃度下(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，微生物均表現顯著促進大白菜和玉米種子的萌發.

2.2 鉛與微生物對大白菜和玉米種子發芽率的影響

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，并隨濃度的增大抑制作用越強.Pb(NO3)2質量濃度為16 500 g/L時抑制發芽的作用最弱，大白菜在Pb(NO3)2質量濃度為33 000 g/L下發芽率就降至50%以下，而玉米在Pb(NO3)2質量濃度為99 000 g/L才降至50%以下，說明玉米對鉛的適應性大于大白菜.供試微生物能有效緩解鉛的抑制作用.在Pb(NO3)2質量濃度為33 000 g/L時作用最為顯著.

2.3 原油-鉛復合污染與微生物對大白菜和玉米種子發芽率的影響

從圖5和圖6可以看出:原油-鉛復合污染對大白菜和玉米種子萌發影響顯著.在原油/ Pb(NO3)2(g/L) 分別為 30/16 500和 30/ 33 000的最低質量濃度時，大白菜和玉米種子發芽率均降至50%以下.微生物有效提高種子發芽率，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，其他質量濃度處理均顯著提高種子發芽率.

3 結論與討論

實驗結果表明:原油和鉛顯著抑制玉米和大白菜種子萌發，且隨著質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芽率.原油對玉米種子發芽的影響大于大白菜種子，而大白菜種子對鉛的響應比玉米種子強烈，原油-鉛復合污染下，玉米和大白菜種子萌發均受到嚴重抑制.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-微生物協同修復石油和鉛污染是一條值得研究的新途徑［5－6］，在生物修復中，需要植物和微生物有很高的生長量，以保證修復效率.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構特征［J］.石油學報:石油加工，2010，26 (6):928－933.

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

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

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