我国铀及伴生重金属土壤污染主要以中、轻度污染为主,而植物修复作为轻度、大面积重金属污染治理的首选方法,却缺少一种安全、环保、快速的超富集植物的产后处置方法与之相对应,这很大程度地限制了该方法的推广应用。为获得一种科学合理的重金属富集生物质处置方法,研究将筛选得到的优势降解菌及菌群进行组合,以此对添加外源铀及其伴生重金属铅、锶的黑麦草进行发酵降解研究,以期获得铀富集黑麦草快速减容技术的基本工艺参数。主要研究结果如下:(1)为研究纤维素酶酶活的最佳测定条件,研究采用分光光度法对DNS法测定纤维素酶酶活的参数进行优化。研究发现还原糖显色液在480、490 nm处波动较大,表明其不适合作为测定波长;还原糖显色液在520 nm处线性相关系数5202与8)(62十分接近,且在520~580 nm范围内R2稳定在0.9998且在该范围内斜率随波长增大而减小。结果表明在520 nm处既可达到很好的线性关系,又可实现较好的分辨率。(2)为获得降解特性较好的优势菌株,研究将菌源土样进行限制性富集培养、分离纯化后得到能直接或间接利用黑麦草的菌株,采用透明圈法对菌株产纤维素酶能力定性考察,再以平板培养法考察所得菌株对利用黑麦草的能力及重金属耐受能力,最终采用16S r DNA或18S r DNA对优势菌株进行鉴定。研究得到黑麦草利用能力较好且产纤维素酶菌株共8株,其中细菌4株(B3、B8、B9、B(KC)),放线菌2株(A1、A3),真菌2株(F1、F2)。菌种重金属抗性考察发现细菌均对重金属的抗性较强,放线菌次之,真菌最差。排除一株重金属抗性很差的放线菌后对剩余7株优势菌株鉴定发现A1鉴定为链霉菌(Streptomyces sp.);B3、B8、B9、B(KC)分别鉴定为Brevibacillus brevis、Bacillus licheniformis、Bacillus badius、Bacillus subtilis subsp;F1、F2分别鉴定为Fusarium sp.、Microascus manginii。结果表明枯草芽孢杆菌是一类抗逆性很强且降解性能较好的微生物。(3)为考察菌株的组合降解能力,研究先采用涂布打孔法、DNS法、差重法分别对菌株间的拮抗性、产纤维素酶活特性、降解特性进行考察,再采用正交实验法对菌株进行组合。研究发现仅Brevibacillus brevis对其他菌有轻微的抑制作用;在发酵初期以Microascus manginii酶活最好,其CMC-Na酶活为13.97 U/m L,FPA酶活为9.76 U/m L;真菌及放线菌以Microascus manginii降解率最大,达9.63%,细菌以Bacillus badius降解率最大,达20.53%。采用正交法对菌株进行组配,发现温度因素水平极差远大于其他因素的极差,按不同温度对正交实验再次进行直观分析,得出真菌及放线菌Streptomyces sp.、Fusarium sp.、Microascus manginii接种配比为2:2:3;细菌Bacillus licheniformis、Bacillus badius、Bacillus subtilis subsp接种配比为1:1:1。研究表明菌株酶活与降解率正相关,酶活越大对应的降解率也越大;不同发酵温度下同一类微生物发挥的功能差异较大,后续研究可采用变温分步发酵,以最大程度发挥各类微生物的降解能力。(4)为获得高效降解菌群,研究以腐败堆弃物秸秆、落叶、杂草等下土壤为菌源材料,通过限制性富集传代培养、重金属驯化等技术对样品进行筛选,并以滤纸分解能力、黑麦草降解率、木质纤维素降解率为筛选指标。研究获得具有较高黑麦草降解活性且具有一定铀及其伴生重金属耐受性的1号及6号菌群的;38℃固体发酵6 d后1号和6号菌群降解率分别可达45.63%、49.54%,木质纤维素降解率分别达66.21%、76.30%;通过对两个菌群中优势菌株进行分离纯化,再结合16S r DNA进行优势菌株的鉴定发现,两菌群中优势菌种均为枯草芽孢杆菌属。研究结果进一步表明枯草芽孢杆菌是一类抗逆性很强且降解性能较好的微生物;菌群降解效率明显高于单菌及组合菌,说明菌群中不可培养微生物对降解的影响较大。(5)为提高降解黑麦草的效率,研究以组合菌剂和菌群制备得到复合菌剂,采用差重法考察其对黑麦草的降解效率。研究发现38℃发酵条件下黑麦草降解率优于28℃,而木质纤维素的降解率28℃下优于38℃;变温分步发酵发现变温发酵二次接种其降解率高于变温发酵一次性接种,但变温发酵二次接种木质纤维素降解率与变温发酵一次性接种无显著性差异。研究结果表明真菌及放线菌的木质纤维降解能力高于细菌;变温分步发酵中第二步发酵时再接入细菌,可使细菌快速占据优势,提高了对木质纤维素分解产物的耗散。综上所述,研究以在高效菌群中添加高效降解组合菌剂的方式进行接种,并采用变温分步发酵方式进行发酵,实现了铀富集黑麦草的快速减容。研究中得出了铀富集黑麦草微生物快速减容技术的一些关键性参数,同时得到了降解能力较好的复合菌系,这很大程度上为重金属富集生物质的微生物降解提供了理论和技术支撑。
