产铁载体功能菌株阻控小麦吸收镉的机制与效应开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

随着城市化工业化的飞速发展，农药、化肥的广泛使用，土壤污染问题日益严峻，镉作为常见的重金属污染物，对土壤造成的污染及其严重。镉是一种能对生物体产生巨大毒害作用的重金属，土壤中过量的镉不仅会对生态环境造成破坏，还会影响到人类生活的方方面面。其危害有如下：（1）危及土壤中的动物。重金属元素在土壤中的富集，对土壤动物的生存带来了严重威胁，有研究发现土壤重金属对蚯蚓、线虫等无脊椎动物数目、丰富度、生物数目和群体构成等有直接影响。（2）影响作物的质量。农田土壤中的重金属污染会导致作物养分的缺乏和酶有效性的降低，较而一旦农作物里面沾染上重金属物质，那么这些作物产品会积累其中。（3）威胁人体健康。土壤尤其是表层土壤中的重金属极易经过食物链危害人体，对人体正常的新陈代谢和器官产生影响，直接对人体健康造成威胁。由此可见土壤重金属污染对人类生活和健康的影响之大，重金属镉污染的修复工作对生态环境以及人类生活都有着极大的意义，镉污染土壤的治理也已引起了广泛的重视，土壤重金属污染的修复技术已然成为了当前的研究热点。本课题意在研究产铁载体功能菌株阻控小麦吸收镉的效用及其原因，对土壤中镉污染的治理与修复有着极大的相关性，对生态与人类也都有着重要的意义。

现今镉污染的修复问题已然引起了国内外的广泛重视，在微生物修复技术方面也已经有了广泛的研究。微生物修复是利用天然存在的或培养的功能微生物群，在适宜环境条件下促进或强化微生物代谢功能，从而达到或降低污染物浓度或降解污染物的生物修复技术。微生物修复金属镉技术机制在于通过氧化还原、甲基化等作用降低镉等重金属毒性，并且微生物能有效增大土壤表面积，提高对离子的吸附能力，从而有效缓解土壤重金属镉污染。常用于重金属镉污染土壤修复的微生物有: 细菌（假单胞菌、胶质芽孢杆菌、芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌）和真菌（抗镉真菌毛霉、透光球囊酶菌）及某些藻类。而现有的微生物修复土壤镉污染技术主要包括如下几个方面：

（1）微生物溶解镉：土壤微生物溶解重金属的机制主要是微生物通过自身代谢作用产生多种低分子量的有机酸、氨基酸、酶类等能与重金属结合并使重金属可溶性增加。sheng等人分离的镉抗性细菌能够分泌吲哚乙酸，促进碳酸镉的溶解，使水溶态的镉增加到24-117mg/l。杨卓等人通过添加巨大芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌的混合微生物，产生有机酸和促进有效态磷、钾的释放，使土壤中cd的有效态含量提高 15.02%，不仅促进了印度芥菜的生长，而且使印度芥菜地上部分cd含量增加 17.93%。

2. 研究的基本内容和问题

本课题意在研究产铁载体功能菌株阻控小麦吸收镉的机制与效应，将从宏观种植培养的角度进行研究，利用产铁载体功能菌株对小麦吸收环境中的镉进行调控，通过观察小麦长势的变化以及不同部位镉浓度的变化来证实我们的猜想。

我们在研究中需解决的关键问题有如下几个：

（1）如何设计合理的实验组、对照组以及不同的梯度来进行实验；

3. 研究的方法与方案

本课题选用实验室已筛选出的产铁载体功能菌株，研究其对小麦吸收镉的阻控作用。实验主要采用以下两条研究路线：（1）设计两株具有高固定重金属效果的菌株、三个镉浓度梯度，对两种不同品种的小麦进行水培实验，观察小麦的长势差异及其地上部和地下部分别对镉的吸收情况，以此观察菌株对小麦吸收镉的阻控效用。（2）采用剩余菌株，对实验一筛选出的优质小麦品种进行盆栽实验，并进一步筛选验证其是否能够招募土壤中的铁锰氧化细菌，以及招募激活固定重金属微生物菌落，从而探究其对小麦吸收镉的阻控机制。

在进行实验前，已经查阅了大量的相关文献，已有一些研究表明铁载体对植物吸收镉有着调控作用。例如khan azmi等人近期的研究表明，在铁载体存在下，枯草芽孢杆菌会更多地吸收镉离子，这也证实了通过利用铁载体的金属螯合特性可以回收环境中的cd² 。这给本次课题的进行提供了一定的思路，也为此打好了理论基础。同时我们在实验室以往实验结果的基础上，筛选出了几株产铁载体功能菌株，挑选其中效应较高的功能性菌株；第二条实验路线也在实验一的基础上挑选更为优质的小麦品种进行进一步实验，这些都保证了实验材料的可靠性，能更好的减小实验的误差。

4. 研究创新点

前人所进行的产铁载体功能菌株对镉污染修复的研究大多为从微观角度证实铁载体的金属螯合特性可用于回收环境中的Cd² ，而本课题的研究重点则是从一个创新的角度——直接从宏观角度观测产铁功能菌株对小麦吸收镉的影响来进行研究验证，实验主要从小麦的长势、生物量以及地上部、地下部吸收镉的浓度这几个方面进行测量和比较，直观的探究产铁载体功能菌株对植物吸收隔得效用从而探究其对镉污染的修复作用。

5. 研究计划与进展

本课题计划从水培实验和土培实验两个方向进行，首先设计两株具有高固定重金属效果的菌株、三个镉浓度梯度，对两种不同品种的小麦进行水培实验，预计培养15天左右，再对小麦的长势差异及其地上部和地下部分别对镉的吸收情况进行测量比较，以此观察菌株对小麦吸收镉的阻控效用。在完成后期的数据处理工作后进行第二部分实验，采用实验室筛选出的剩余菌株，对上一实验筛选出的优质小麦品种进行盆栽实验，预计小麦发芽后在土壤中加入菌株，培养一个月左右，观测小麦的长势变化，并进而筛选验证其是否能够招募土壤中的铁锰氧化细菌，以及招募激活固定重金属微生物菌落，从而进一步探究其对小麦吸收镉的阻控机制。