促进花岗岩风化的微生物菌株筛选与利用

论文摘要

人类在发展经济的同时,因过度利用自然资源,对生态环境产生了极大的破坏作用,造成了山体滑坡、废弃矿山基岩裸露、生物多样性锐减,制约了经济、环境、生态和社会效益。因此,边坡山地裸岩的生态修复刻不容缓。客土喷播是进行生态修复的主要技术,但该技术在应用中还存在许多问题。生长在岩石上的植物吸收尽养分后容易从岩石表面脱离或发生死亡,为了解决这一问题,我们进行了岩石边坡植被生态修复的研究,以促进岩面和植被的融合。花岗岩是我国大陆上分布最广泛的岩石之一,紫穗槐是常见的边坡复绿树种之一,本文以花岗岩和紫穗槐为研究对象,开展了促进花岗岩风化的微生物菌株筛选及其对紫穗槐生长影响的研究。本文从江苏省苏州市吴中区金顶山废弃矿山采集土壤样品和花岗岩岩石样,分离筛选风化花岗岩的高效微生物菌株。通过稀释平板法分离计数发现,在阴坡和阳坡,坡底的微生物数量最多,而坡顶最少;且阳坡的微生物数量明显高于阴坡。利用硅酸盐培养基和PD培养基液体发酵,采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）测定发酵液中硅元素的含量,初筛得到具有风化花岗岩效果19株细菌和25株真菌菌株。采用有氮培养基和查氏培养基液体发酵,复筛到了高效风化花岗岩的细菌菌株和真菌菌株各1株,经过显微形态观察和生理生化试验,Biolog微生物鉴定系统和分子生物技术鉴定,细菌XB-1菌株被鉴定为胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）,真菌XF-1菌株被鉴定为黑曲霉（Aspergillus niger）。比较两者释硅效果,发现黑曲霉XF-1风化花岗岩效果最优。因此,黑曲霉XF-1作为目标菌株进行风化花岗岩作用和对紫穗槐生长影响的研究。采用摇瓶实验和电镜分析,研究黑曲霉XF-1在发酵过程中产生代谢产物的种类及其对花岗岩中硅、铁、铝、钠等元素的浸出效果。在含有花岗岩粉的培养基中,黑曲霉XF-1发酵液中合成的6种有机酸（草酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸、乙酸、柠檬酸）的含量在发酵初期逐渐升高,发酵后期随着发酵时间延长而逐渐降低;在不同发酵期合成的氨基酸种类不同,含花岗岩粉的培养基有利于黑曲霉XF-1合成多糖类物质。有机酸、氨基酸、多糖三者混合物风化花岗岩浸出元素的效果明显优于单一代谢产物,说明三种代谢产物具有协同风化花岗岩的作用。实验结果表明黑曲霉XF-1及其代谢产物有机酸、氨基酸、多糖以及三者混合物都具有风化岩石的作用,且黑曲霉XF-1风化岩石的效果优于单一和混合代谢产物。采用摇瓶浸出,利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）,分别测定不同温度、pH值、转接次数和接种量下培养液中Si元素的浓度,并对风化结果进行灰色关联度分析。结果表明:黑曲霉菌株XF-1可以促进花岗岩释放出更多Si元素;pH值是影响黑曲霉XF-1风化花岗岩的主导因素,其次是接种量和温度,接种次数影响最小;影响黑曲霉XF-1风化花岗岩的适宜温度为28℃,适宜pH值为3,适宜转接次数为第五代,适宜接种量为107(孢子数·mL-1)。通过室内盆栽紫穗槐试验,研究黑曲霉XF-1不同稀释度发酵液对土壤营养元素和紫穗槐生长的影响。结果表明在种植紫穗槐的条件下,与对照相比,稀释100倍的黑曲霉XF-1发酵液明显增加了紫穗槐叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量,显著提高了紫穗槐株高、鲜重和干重。无论是在种植或不种植紫穗槐的条件下,浇灌黑曲霉XF-1发酵液都比对照土壤中有效磷、铁、铜、锌和交换性钙、镁含量高,且稀释100倍的黑曲霉XF-1发酵液能明显促进紫穗槐的生长。综上所述,XF-1菌株是一株风化花岗岩的优势菌株,对盆栽紫穗槐植株具有较好的生长促进作用。该研究可为裸岩边坡生态修复提供优质菌种资源,为生态环境可持续发展提供理论依据,对客土喷播技术具有重要的指导意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 前言
• 第一章 绪论
•   1.1 生物风化岩石的研究现状
•     1.1.1 岩石风化作用类型
•     1.1.2 影响岩石风化的因素
•     1.1.3 岩石风化的研究方法
•     1.1.4 生物在岩石风化进程中的作用
•   1.2 地质微生物生态学效应
•   1.3 微生物风化岩石的作用机理
•     1.3.1 机械破碎
•     1.3.2 酸解作用
•     1.3.3 胞外聚合物作用
•     1.3.4 酶解作用
•     1.3.5 碱解作用
•     1.3.6 氧化还原作用
•   1.4 微生物的生态修复作用
•     1.4.1 风化岩石作用
•     1.4.2 抗病虫害的作用
•     1.4.3 对金属离子吸附和土壤修复作用
•     1.4.4 对土壤理化性质和植物生长旳影响
•   1.5 生态修复的植物材料的应用
•   1.6 立题背景及研究目的
•     1.6.1 研究目的和意义
•     1.6.2 立题背景
•     1.6.3 主要研究内容
•     1.6.4 研究技术路线
• 第二章 风化花岗岩微生物的分离筛选和鉴定
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 样品来源
•     2.1.2 培养基
•     2.1.3 土壤样品中微生物的菌落数量
•     2.1.4 可培养微生物的分离纯化
•     2.1.5 可培养花岗岩风化微生物的初筛、复筛
•     2.1.6 优势菌株的鉴定
•       2.1.6.1 细菌菌株的鉴定
•       2.1.6.2 真菌菌株的鉴定
•     2.1.7 数据统计分析方法
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 样地可培养微生物数量
•     2.2.2 可培养微生物的分离纯化
•     2.2.3 可培养风化花岗岩的微生物的初筛
•     2.2.4 高效溶岩菌株的复筛
•     2.2.5 优势菌株的鉴定
•       2.2.5.1 细菌菌株的鉴定
•       2.2.5.2 真菌菌株的鉴定
•   2.3 结论与讨论
• 第三章 黑曲霉XF-1代谢产物对花岗岩风化作用的影响
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 供试菌种
•     3.1.2 供试岩石样品
•     3.1.3 培养基
•     3.1.4 黑曲霉XF-1 发酵液中代谢产物测定试验
•     3.1.5 黑曲霉XF-1 代谢产物对花岗岩风化作用试验
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 黑曲霉XF-1 发酵液中代谢产物的种类和含量
•       3.2.1.1 黑曲霉XF-1 发酵液中有机酸种类和含量
•       3.2.1.2 黑曲霉XF-1 发酵液中氨基酸种类和含量
•       3.2.1.3 黑曲霉XF-1 发酵液中多糖含量
•     3.2.2 黑曲霉XF-1 发酵液中pH值
•     3.2.3 黑曲霉XF-1 代谢产物对花岗岩的风化作用
•     3.2.4 浸出作用后花岗岩岩样形貌及分析
•   3.3 结论与讨论
• 第四章 环境因素对黑曲霉XF-1风化花岗岩的影响
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 供试岩石样品
•     4.1.2 培养基
•     4.1.3 孢子悬浮液的制备
•     4.1.4 试验设计与处理
•     4.1.5 花岗岩的电镜观察
•     4.1.6 数据统计分析方法
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 环境因素对花岗岩释Si效果的影响
•       4.2.1.1 不同培养温度对花岗岩风化作用的影响
•       4.2.1.2 不同p H值对花岗岩风化作用的影响
•       4.2.1.3 不同转接次数对花岗岩风化作用的影响
•       4.2.1.4 不同接种量对花岗岩风化作用的影响
•     4.2.2 环境因素与黑曲霉XF-1 风化作用的关系
•     4.2.3 扫描电镜观察花岗岩表面变化
•   4.3 结论与讨论
• 第五章 黑曲霉XF-1对土壤营养元素及紫穗槐生长的影响
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 供试紫穗槐种子
•     5.1.2 供试土壤、岩石
•     5.1.3 供试菌种
•     5.1.4 培养基
•     5.1.5 紫穗槐种子的处理及幼苗培育
•     5.1.6 根际供试微生物数量的测定
•     5.1.7 土壤pH值的测定和有效P、Cu、Zn、Fe、Mn交换性Ca、Mg测定
•     5.1.8 叶绿素含量的测定
•     5.1.9 紫穗槐株高与生物量的测定
•     5.1.10 紫穗槐根系复合体扫描电镜观察
•     5.1.11 数据统计分析方法
•   5.2 结果与分析
•     5.2.1 黑曲霉XF-1 对土壤根际供试微生物数量的影响
•     5.2.2 黑曲霉XF-1 对土壤pH值的影响
•     5.2.3 黑曲霉XF-1 对土壤有效P、Cu、Zn、Fe、Mn影响
•     5.2.4 黑曲霉XF-1 对土壤交换性Ca、Mg的影响
•     5.2.5 黑曲霉XF-1 对紫穗槐叶绿素含量的影响
•     5.2.6 黑曲霉XF-1 对紫穗槐株高与生物量的影响
•     5.2.7 紫穗槐根系复合体扫描电镜观察
•   5.3 结论和讨论
• 第六章 结论和展望
•   1 结论
•   2 论文创新点
•   3 问题与展望
• 攻读博士期间发表的学术论文
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 吴秋芳

导师: 胡海波

关键词: 黑曲霉,花岗岩,风化,灰色关联度分析,紫穗槐

来源: 南京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 南京林业大学

基金: 国家林业,草原局“江苏长江三角洲森林生态系统定位研究”项目,江苏省林业“三新”工程项目“岩质边坡生态修复关键技术集成研究与示范”(LYSX[2013]10)

分类号: Q948

DOI: 10.27242/d.cnki.gnjlu.2019.000001

总页数: 114

文件大小: 5654K

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