微生物对原油和铅污染中农作物种子发芽的影响

邵 双，王 弘，邵 贤

(沈阳化工大学环境与生物工程学院，辽宁沈阳110142)

随着工业化进程的加快，石油的开采与需求日益增加.在石油勘探、生产、运输及使用过程中，使大量土壤受到石油污染，引起土壤理化性质改变，地下水污染，作物生长受抑制，微生物群落结构更改等［1］.微生物具有降解原油的作用，生物修复手段又因其费用低、原位修复、无二次污染等优势而日益成为修复污染土壤的重要方法［2］.而土壤Pb污染则由于工业“三废”的排放、汽车尾气、化肥农药的施用等越来越多的侵害到耕作土壤，使植物、微生物受害，并可能导致在人体中富集［3］.植物的根系可吸收铅，然而植物修复重金属污染的重要限制因素就是生长受到抑制，生物量小.因此，本文利用作物种子发芽对原油和铅敏感的特性，采用具有降解原油作用的微生物，探讨作物对原油、铅污染和微生物的反应，从而探索到提高作物适应污染环境能力的方法，以便为植物-微生物协同修复污染土壤提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 材料

微生物采用从沈阳经济技术开发区内石油污染土壤和沈阳化工大学校园内0～10 cm肥沃土壤筛选获得的活跃消化球菌(Peptococcus activus)菌株 SH9.培养基为: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℃灭菌30 min，进行筛选与制备，菌落边缘完整、凸起，带灰白色和奶油色.28℃，厌氧培养5～7 d，活菌数约为5×109个/mL，稀释10倍为菌悬液.玉米品种为东单60;大白菜品种为北京新三号.

1.2 实验方法

选取饱满一致的玉米和大白菜种子，温室浸种3 h后，种子置于铺有滤纸的培养皿中，再盖一层滤纸，玉米每皿30粒，大白菜每皿50粒，置培养箱内，28℃恒温培养.分别制备含有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，湿润滤纸，处理玉米和大白菜种子.制备含有原油/ Pb(NO3)2(g/L)质量浓度为 30/16 500、30/ 33 000、50/16 500、50/33 000的溶液湿润滤纸，处理大白菜种子;制备含有原油/Pb(NO3)2(g/L)质量浓度为 30/33 000、50/33 000、30/ 99 000、50/99 000的溶液湿润滤纸，处理玉米种子.上述各种溶液浓度加倍后与菌悬液体积比为1∶1等量混合制备成含菌溶液(即原油/Pb(NO3)2的终质量浓度不变)，湿润滤纸，处理相应种子.共设置52个处理，以清水湿润滤纸为对照，每个处理3个培养皿.首次湿润滤纸取20 mL溶液，约每隔36 h，各处理同时加10 mL溶液保持滤纸湿润.6 d测定种子发芽率.种子发芽率=(发芽种子粒数/供试种子粒数)×100%.样本多重比较采用SSR法.

2 结果与分析

原油与微生物、铅微生物以及原油-铅复合污染与微生物对大白菜和玉米种子发芽率的影响分别如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示.图1～图6中数值为三次重复平均数.多重比较的同一组数据内，a、b、c、d、e、f代表数值之间的差异，不含有相同字母的数值间差异达到显著水平(P＜0.05).

图1 原油对大白菜和玉米种子发芽的影响Fig.1 Effect of petroleum on seed germination in Chinese cabbage and corn

图2 施用微生物后原油对大白菜和玉米种子发芽的影响Fig.2 Effect of petroleum on seed germination in Chinese cabbage and corn as bacteria were applied

图3 铅对大白菜和玉米种子发芽的影响Fig.3 Effect of lead on seed germination in Chinese cabbage and corn

图4 施用微生物后铅对大白菜和玉米种子发芽的影响Fig.4 Effect of lead on seed germination in Chinese cabbage and corn as bacteria were applied

图5 原油-铅复合污染和微生物对大白菜种子发芽率的影响Fig.5 Effect of petroleum-lead and bacteria on seed germination in Chinese cabbage

图6 原油-铅复合污染和微生物对玉米种子发芽率的影响Fig.6 Effect of petroleum-lead and bacteria on seed germination in corn

2.1 原油与微生物对大白菜和玉米种子发芽率的影响

由图1和图2可以看出:原油显著抑制大白菜和玉米种子萌发，并随质量浓度的增大抑制作用越强，供试微生物有缓解此抑制作用的效果.原油质量浓度为10 g/L时，抑制大白菜种子萌发的作用不显著，当质量浓度达30 g/L时，则显著抑制，而原油质量浓度大于50 g/L时，发芽率小于50%.原油对玉米的抑制作用强于大白菜，原油质量浓度为 10 g/L时，发芽率即小于50%.在各种原油质量浓度下，供试微生物均表现出促进种子萌发的作用.除在较低原油质量浓度下(10 g/L和30 g/L)对大白菜种子的促进作用不显著外，其他各原油处理，微生物均表现显著促进大白菜和玉米种子的萌发.

2.2 铅与微生物对大白菜和玉米种子发芽率的影响

从图3和图4可以看出:铅显著抑制大白菜和玉米种子萌发，并随浓度的增大抑制作用越强.Pb(NO3)2质量浓度为16 500 g/L时抑制发芽的作用最弱，大白菜在Pb(NO3)2质量浓度为33 000 g/L下发芽率就降至50%以下，而玉米在Pb(NO3)2质量浓度为99 000 g/L才降至50%以下，说明玉米对铅的适应性大于大白菜.供试微生物能有效缓解铅的抑制作用.在Pb(NO3)2质量浓度为33 000 g/L时作用最为显著.

2.3 原油-铅复合污染与微生物对大白菜和玉米种子发芽率的影响

从图5和图6可以看出:原油-铅复合污染对大白菜和玉米种子萌发影响显著.在原油/ Pb(NO3)2(g/L) 分别为 30/16 500和 30/ 33 000的最低质量浓度时，大白菜和玉米种子发芽率均降至50%以下.微生物有效提高种子发芽率，除原油/Pb(NO3)2(g/L)为30/33 000时大白菜未达显著水平，50/99 000时玉米未达显著水平外，其他质量浓度处理均显著提高种子发芽率.

3 结论与讨论

实验结果表明:原油和铅显著抑制玉米和大白菜种子萌发，且随着质量浓度的升高抑制作用越强.供试微生物能有效提高二者发芽率.原油对玉米种子发芽的影响大于大白菜种子，而大白菜种子对铅的响应比玉米种子强烈，原油-铅复合污染下，玉米和大白菜种子萌发均受到严重抑制.实验中显示出活跃消化球菌SH9在石油中对发芽率的提高能力强于在铅中，这是由于供试微生物在筛选和培养中，以原油为唯一碳源，显示其为石油降解菌.以微生物来降解石油污染是受到广泛重视的有效方法［4］，植物-微生物协同修复石油和铅污染是一条值得研究的新途径［5－6］，在生物修复中，需要植物和微生物有很高的生长量，以保证修复效率.实验初步研究供试活跃消化球菌SH9对作物耐逆性的提高效果，显示出该微生物具有很强的降解石油和促进作物生长的潜力.

［1］ 万春黎，杨雪，杜茂安，等.石油污染土壤中细菌群落结构特征［J］.石油学报:石油加工，2010，26 (6):928－933.

［2］ 骆永明.污染土壤修复技术研究现状与趋势［J］.化学进展，2009，21(2/3):558－565.

［3］ 杜连彩，王宝山.土壤铅污染对农作物的伤害及防治［J］.潍坊学院学报，2005，5(6):75－80.

［4］ 高晶，李德生，秦晓，等.2株真菌的筛选及其在石油污染土壤修复中的作用［J］.中国农学通报，2010，26(23):345－348.

［5］ 冯冬艺，余成洲，白云.石油污染土壤的植物-微生物联合修复研究［J］.三峡环境与生态，2010，32 (6):57－60.

［6］ 张娟娟，张发旺，陈立，等.中原地区植物-微生物修复石油污染土壤的试验研究［J］.南水北调与水利科技，2010，8(6):74－77.