[發明專利]一種鎘污染稻田土壤微生物鈍化劑

有效

• 申請號: 201710926860.1
• 申請日: 2017-10-08
• 公開（公告）號: CN107488620B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 陶勇;李玲娟;何曉紅;李大平;朱曉宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院成都生物研究所
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;B09C1/10;C12R1/38;C12R1/125;C12R1/63;C12R1/01
• 代理公司: 51247 成都坤倫厚樸專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉坤

本發明涉及生物化學技術領域。目的是提供一種鎘污染稻田土壤微生物鈍化劑。采用的技術方案：一種鎘污染稻田土壤的微生物鈍化劑及應用，包括如下組分：產堿假單胞菌、枯草芽孢桿菌、硫酸鹽還原菌、營養物質及載體。所述的微生物中，產堿假單胞菌和枯草芽孢桿菌主要通過直接或間接吸附鎘離子到微生物表面或細胞內中加以固化，從而降低鎘的遷移性及生物有效性，且產堿假單胞菌有調節土壤pH的作用。所述的微生物中，硫酸鹽還原菌主要通過還原硫酸鹽為硫離子，與鎘形成硫化鎘，使鎘在土壤中固化。本發明通過對所述微生物鈍化劑的應用，可使土壤中的鎘鈍化，大幅消除水稻對鎘離子的吸收。這種技術應用，成本低，操作方便，具有很好的推廣應用價值。

技術領域

本發明涉及生物化學技術領域，具體涉及一種治理鎘污染土壤的微生物鈍化劑，及其在稻田土壤鎘的固化及鈍化中的應用。

背景技術

水稻是我國重要的糧食作物。近來年，鎘在冶煉、化工和電子工業等方面受到廣泛應用，這使得土壤鎘(Cd)污染日趨嚴重。如何有效地防治和解決稻田土壤Cd的污染問題，維持土壤的健康與安全生產，越來越受到我國的重視。

Cd是生物毒性極強的重金屬元素，其進入人體會形成生物積累，損傷肝、腎、腦以及骨骼等。聯合國環境規劃署和國際勞動衛生重金屬委員會將其定為重點污染物；美國毒物管理委員會將其列為第六位危及人類健康的有毒物質。

大米是我國人民主要的糧食作物。由于水稻大多是在水淹土壤中種植，Cd在此條件下遷移性更高，因此容易被作物吸收，并在其籽實中積累，進而嚴重危及人體健康。如何有效地處理稻田土壤中的鎘污染，減少鎘在水稻中的富集，已成為近年來我國農業和環境保護領域的突出問題。

假單胞菌屬為革蘭氏陰性細菌，在土壤、污泥中廣泛分布，對環境有較強的適應性。研究表明：假單胞菌作為生物吸附劑，可通過分泌胞外多聚物與金屬離子形成的膠狀多糖的金屬絡合物，或是通過多糖上的共價離子與金屬二價離子發生交換，而在菌株上吸附沉淀，其可吸附Pb(Ⅱ)，Co(Ⅱ)，Ni(Ⅱ)，Cu(Ⅱ)，Cd(Ⅱ)，Ti(Ⅳ)等重金屬離子。一些假單胞菌還有極強的還原能力，如產堿假單胞菌,可將通過還原作用將高價態的重金屬離子還原為低價態，甚至是單質態，從而降低重金屬的毒性和可遷移性。

芽孢桿菌屬為革蘭氏陽性桿菌，在自然界分布比較廣泛，對不良環境有較強的抗性。芽孢桿菌可作為生物吸附劑，吸附重金屬Pb²⁺和Cd²⁺。紀宏偉等研究發現：枯草芽孢桿菌可以使土壤有效態Cd含量降低5.07％～42.63％，且培養時間越長，其鈍化效果越顯著。范仲學等通過盆栽試驗表明，施用2g/kg的枯草芽孢桿菌對緩解花生Cd脅迫的效果最好，可使籽粒中Cd含量降低25.37％。芽孢桿菌鈍化Cd的主要原理是，芽孢桿菌的細胞壁是由肽聚糖與磷壁酸連接而成的聚合體組成的。肽聚糖是N-乙酰胞壁酸N-乙酰氨基葡萄糖交替的高聚物，這些高聚物并列在一起并且進行交聯，從而形成吸附層。此外，芽孢桿菌細胞壁的另一個結構是磷壁酸，由短鏈的甘油磷酸鹽組成，具有大量的負電荷，可吸附帶正電荷的重金屬。

硫酸鹽還原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，簡稱SRB)是一種厭氧的微生物，廣泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油氣井等缺氧環境中。SRB可以將環境中的SO₄^2-轉化為S^2-,利用S^2-與金屬(如，Fe,Cd)的沉淀作用等形成硫化物沉淀。SRB已廣泛應用于處理重金屬污染廢水，但在土壤重金屬污染處理上應用較少。

水稻種植常使用水淹土壤，易形成厭氧微環境，因此適合SRB生長繁殖。假單胞菌屬和芽孢桿菌屬均為兼性厭氧菌，也可以適應水淹土壤的環境。此外，有調查顯示我國南方許多稻田土壤偏酸性(4.6-5.2)，而Cd離子在酸性條件下更易遷移，生物活性高。而產堿假單胞菌在生長過程中，還會利用氫質子，并釋放氫氧根離子，使溶液pH升高，對改良酸性土壤環境有一定作用，同時也會降低Cd的生物有效性。