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不同含盐量石油污染土壤的植物—微生物联合修复效率

作　者: 马传鑫
导　师: 汪志荣
学　校: 天津理工大学
专　业: 环境科学
关键词: 植物-微生物联合修复外源菌群脱氢酶活性 PCR-DGGE
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着石油开采量和使用量的增加,石油不可避免的进入土壤环境,形成石油污染土壤。当石油进入土壤环境后,会改变土壤的理化性质,导致土壤通透性降低,同时,作为复杂化合物,其中芳香族化合物,特别是PAHs具有“三致”效应,对土壤中动物、植物及微生物造成严重威胁。植物-微生物作为一种快速、高效且不具有二次污染的处理方法,已经被普遍应用于石油污染土壤修复。结合天津市土壤盐碱化特点,采用植物-微生物联合修复的方法研究石油污染土壤的降解效率为原位土壤修复提供理论基础。通过设定含盐量2493mg/kg、3690mg/kg和4666.67mg/kg,含油量5000 mg/kg、10000 mg/kg和15000mg/kg,研究对土壤中石油污染物的去除,可以得出以下结论:通过对比分析非根系、植物和植物-微生物联合修复发现对于含油量5000mg/kg盆栽土壤,植物修复<非根系土壤<植物-微生物联合修复;对于含油量10000mg/kg和15000mg/kg盆栽土壤,植物修复≈非根系土壤<植物-微生物联合修复。研究不同条件下土壤中微生物数量和脱氢酶活性表明,在有植物作用的情况下,土壤中微生物数量到达峰值的时间要明显比非根系土壤推迟,同时,微生物数量亦高于非根系土壤。在高含盐量条件下,土壤中微生物数量明显受到抑制,这一结果在测定脱氢酶过程中亦有所体现。通过对盆栽土壤中微生物进行形态学结构分析,初步鉴定土壤中微生物菌群可分为10个属:芽孢杆菌属(12.8%)、芽孢乳杆菌属(38.5%)、葡萄球菌属(10.3%)、气球菌属(5.1%)、节杆菌属(12.8%)、盐芽孢杆菌(5.1%)、乳杆菌属(2.6%)、梭菌属(2.6%)、链球菌属(2.6%)和微球菌属(5.1%)。研究植物各项生理指标表明在含盐量4666.67mg/kg条件下,供试植物苜蓿的发芽率、株高、生物量和根长等明显受到抑制。同时对比分析植物根系活力发现,在有外源微生物菌群作用的条件下明显高于单一植物作用。通过研究高盐条件下细菌和真菌菌群对石油降解效果,并同时测定摇瓶中微生物数量、酶活性、pH及微生物群落多样性(PCR-DGGE)可以得到以下主要结论:石油在细菌和真菌菌群作用下的降解规律为:含油量30000>含油量10000>含油量50000。同时,通过平板计数研究微生物数量随时间变化发现,细菌数量明显高于真菌在各个时期的数量,反映到菌液中脱氢酶活性上亦可得到相似的结论,这在一定程度上可以解释细菌菌群中石油降解率明显高于真菌菌群的原因。在不同时期测定细菌和真菌菌群中pH变化发现,随着时间的推移摇瓶中pH呈现了弱碱性,需从菌群生长和代谢过程入手,找出具体原因。通过PCR-DGGE分析,可以发现无论细菌菌群还是真菌菌群,随着摇瓶中含油量的增加,体系中优势条带增多且强度增强,同时,菌群中其它条带增多,说明菌群多样性增加,结构更加复杂。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
前言  10-11
第一章文献综述  11-27
  1.1 石油污染的基本概念  11-12
    1.1.1 石油污染的概念及污染现状  11
    1.1.2 石油污染对环境的危害  11
    1.1.3 石油污染土壤修复的主要方法  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-25
    1.2.1 微生物对环境中石油污染物降解效率的研究  12-14
    1.2.2 生物表面活性剂在石油污染土壤中的应用  14-18
    1.2.3 植物-微生物联合修复  18-24
    1.2.4 生物通风法在环境中的应用  24-25
  1.3 本文研究内容和研究方法  25-27
    1.3.1 研究目的和意义  25
    1.3.2 研究内容  25-26
    1.3.3 研究方法  26-27
第二章实验材料和方法  27-36
  2.1 实验仪器  27
  2.2 土壤基本理化性质  27-30
    2.2.1 物理性质  28
    2.2.2 化学性质  28-29
    2.2.3 土壤理化性质测定结果  29-30
  2.3 石油污染土壤中石油含量测定  30
  2.4 培养基的选择与制备  30-31
  2.5 盆栽土壤中各项指标测定  31-32
    2.5.1 供试植物生理指标测定  31
    2.5.2 盆栽土壤中微生物数量测定  31
    2.5.3 盆栽土壤中脱氢酶含量测定  31-32
    2.5.4 盆栽土壤中微生物形态学结构分析  32
  2.6 摇瓶试验中各项指标的测定  32-36
    2.6.1 细菌和真菌培养基的选择与制备  32-33
    2.6.2 菌液中石油含量的测定  33
    2.6.3 菌液中pH 测定  33
    2.6.4 菌液中脱氢酶含量测定  33
    2.6.5 菌液中多酚氧化酶含量测定  33-34
    2.6.6 菌液中微生物数量的测定  34
    2.6.7 细菌和真菌菌群基因组DNA 提取  34
    2.6.8 PCR-DGGE 分析细菌和真菌菌群多样性  34-36
第三章盆栽土壤中石油含量及主要指标分析  36-71
  3.1 盆栽土壤中石油含量分析  36-50
    3.1.1 空白对照组中石油含量分析  36-40
    3.1.2 非根系土壤中石油降解率分析  40-42
    3.1.3 植物条件土壤中石油降解率分析  42-43
    3.1.4 植物-微生物联合修复石油污染土壤  43-50
  3.2 盆栽土壤中pH 测定  50-52
    3.2.1 不同石油含量对土壤pH 的影响  51
    3.2.2 非根系和植物-微生物盆栽土壤中pH 对比分析  51-52
  3.3 盆栽土壤中微生物数量变化  52-60
    3.3.1 相同含盐量不同含油量对微生物数量的影响  53-56
    3.3.2 对比分析非根系和植物-微生物土壤中微生物数量变化  56-58
    3.3.3 相同含油量不同含盐量对微生物数量的影响  58-60
  3.4 盆栽土壤中脱氢酶活性变化  60-66
    3.4.1 相同含盐量不同含油量对土壤中脱氢酶活性的影响  60-63
    3.4.2 对比分析非根系和植物-微生物土壤中脱氢酶活性变化  63-64
    3.4.3 相同含油量不同含盐量对土壤脱氢酶活性的影响  64-66
  3.5 盆栽土壤中微生物形态学结构分析  66-71
    3.5.1 盆栽土壤中菌落形态结构培养特征  66
    3.5.2 盆栽土壤中微生物形态学结构初步鉴定  66-69
    3.5.3 石油专性降解菌形态结构培养特征  69
    3.5.4 石油专性降解菌形态结构初步鉴定  69-71
第四章盆栽土壤中供试植物各项生理指标分析  71-95
  4.1 植物发芽率测定  71-76
    4.1.1 植物条件下苜蓿发芽率随时间变化  71-72
    4.1.2 相同含盐量不同含油量对苜蓿发芽率的影响  72-74
    4.1.3 相同含油量不同含盐量对苜蓿发芽率的影响  74-76
  4.2 植物株高测定  76-81
    4.2.1 植物条件下株高随时间变化  76-77
    4.2.2 相同含盐量不同含油量对苜蓿株高的影响  77-78
    4.2.3 植物和植物-微生物条件下植物株高对比分析  78-79
    4.2.4 相同含油量不同含盐量对苜蓿株高的影响  79-81
  4.3 植物根系指标测定  81-88
    4.3.1 植物根长在不同条件下对比分析  82-84
    4.3.2 植物根粗在不同条件下对比分析  84-86
    4.3.3 植物根重在不同条件下对比分析  86-88
  4.4 植物根系活力测定  88-91
    4.4.1 相同含盐量植物根系活力对比分析  88-89
    4.4.2 植物和植物-微生物条件根系活力对比分析  89-90
    4.4.3 相同含油量不同含盐量对植物根系活力的影响  90-91
  4.5 植物地上部分生物量测定  91-95
    4.5.1 相同含盐量植物生物量对比分析  92
    4.5.2 植物和植物-微生物条件生物量对比分析  92-93
    4.5.3 相同含油量不同含盐量对植物生物量的影响  93-95
第五章高盐条件下细菌和真菌菌群的石油降解效率研究  95-114
  5.1 真菌和细菌对石油降解过程研究  95-98
    5.1.1 细菌的石油降解率随时间变化  95-96
    5.1.2 真菌的石油降解率随时间变化  96-97
    5.1.3 真菌和细菌的石油降解率对比分析  97-98
  5.2 细菌和真菌在降解石油过程中的数量变化研究  98-101
    5.2.1 细菌菌群中微生物数量随时间变化  99
    5.2.2 真菌菌群中微生物数量随时间变化  99-100
    5.2.3 相同含油量下细菌和真菌数量对比  100-101
  5.3 细菌和真菌在降解石油过程中的脱氢酶活性分析  101-104
    5.3.1 细菌菌群中脱氢酶含量随时间变化  102
    5.3.2 真菌菌群中脱氢酶含量随时间变化  102-103
    5.3.3 细菌和真菌菌群中脱氢酶对比  103-104
  5.4 细菌和真菌在降解石油过程中多酚氧化酶分析  104-107
    5.4.1 细菌菌群中多酚氧化酶含量随时间变化  105
    5.4.2 真菌菌群中多酚氧化酶含量随时间变化  105-106
    5.4.3 细菌和真菌菌群中多酚氧化酶对比  106-107
  5.5 细菌和真菌在降解石油过程中的菌液pH 变化  107-110
    5.5.1 细菌菌群中pH 随时间变化  108-109
    5.5.2 真菌菌群中pH 随时间变化  109-110
  5.6 PCR-DGGE 分析菌群中微生物多样性  110-114
    5.6.1 细菌和真菌基因组DNA 提取  110-111
    5.6.2 对细菌和真菌菌群DNA 进行PCR 扩增  111
    5.6.3 PCR-DGGE 对比分析不同菌群中微生物多样性  111-114
第六章结论与建议  114-119
  6.1 盆栽试验  114-115
  6.2 摇瓶试验  115-116
  6.3 建议与展望  116-119
    6.3.1 建议  116-117
    6.3.2 展望  117-119
参考文献  119-126
发表论文和科研情况说明  126-127
致谢  127-128

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