[发明专利]用于评估微生物对环境中铅离子解毒作用的生物检定方法

说明书

本发明涉及一种用于评估微生物对环境中铅离子解毒作用的生物检定方法，该方法通过本氏烟草种子在含铅微生物细胞悬液中的萌芽率表征受试微生物在含铅水环境中的解毒作用，通过本氏烟草幼苗在含铅土壤中生长的检定方法表征受试生物在含铅土壤环境中的解毒效果，可直观地反映不同受试微生物对环境中铅离子的吸附效果，从而对不同菌株的生物解毒能力进行表征。以本发明提供的生物检定方法对受试菌株的铅离子固定能力进行评估，更接近于真实的重金属铅污染环境的生物修复，同时，本发明也适用于除铅以外的其他金属离子耐受菌株生物解毒作用的相关研究，对于实现重金属污染环境的原位修复具有深远意义。

技术领域

本发明涉及一种用于评估微生物对环境中铅离子(Pb²⁺)解毒作用的生物检定方法，该方法基于本氏烟草在水环境中的萌发和在土壤环境中的植株生长状况，可直观地表征受试微生物对环境中Pb²⁺的固定效果。

背景技术

早在公元前3000年左右，人类就已经发现了重金属铅(Pb)的存在，它还被用来制造电池、电缆和弹药，有时还被用作汽油添加剂。一些铅的化合物还被当作原材料用于合成橡胶、玻璃、颜料等制品。金属铅还具有优良的耐腐蚀与耐酸碱性能，从而广泛应用于制造化工和冶金设备等行业。国民经济的快速发展使得我国工业对铅的需求不断增加，如今我国铅的消费量已超过美国，居世界第一位。同时，铅作为我国土壤污染的五大重金属之一，对环境造成的污染问题越来越严重。据统计，我国约有1.3104hm²耕地受到金属铅的污染，导致粮食大幅减产达到1.0107吨，而且，近年来，一些食用作物中也经常被检测出铅等重金属的含量超标。铅已被世界卫生组织(WHO)认为是对儿童造成最严重威胁的环境毒物，婴幼儿主要通过土壤介质接触铅。目前公认的净化铅污染土壤的技术要求对污染土壤进行掩埋或挖掘，但这些处理程序通常无法有效去除Pb(和其他金属)或降低其生物利用度。此外，在开挖土壤后再用干净的土壤代替原污染土壤需要干净的土壤和污染土壤的储存库，破坏性高而且不可持续。因此，原位修复技术成为解决重金属污染的研究热点。

目前利用微生物吸附剂实现Pb²⁺的吸附兼具了去除效率高，价格低廉，操作简单，菌株易培养，对环境影响作用小等优势，尤其是近年来表面展示技术的出现，一些研究通过基因工程手段将特定蛋白固定在细胞外膜上，实现Pb²⁺在细胞外被结合并达到去除的目的，在重金属吸附与去除领域得到广泛应用。但是现有的研究大多局限于实验室摇瓶培养，并没有将受试菌株应用于含铅环境的原位修复，而且在实际应用之前，也缺乏对受试微生物固定重金属离子修复效果的表征机制。因此，现阶段需要建立一种能够在实验室环境下操作的生物检定方法，以模拟实际环境中Pb²⁺污染状态，将对Pb²⁺具有吸附效果的特定微生物投入含铅环境中实现对游离Pb²⁺的固定与解毒，并通过生物检定对微生物解毒效果进行表征，从而为铅污染废水或土壤的原位修复提供研究依据。

烟草植物由于其基因组小，培养周期短，植株生长特征明显等优势，常被当做实验室模式植物进行研究。自然状态下，烟草植物在温度和湿度适中时，可在水环境中萌芽，经移栽至土壤环境中后，也能够保持良好的生长态势。但是当烟草生长环境中含有一定浓度的游离态Pb²⁺时，植物容易将其吸收利用，从而使种子萌芽与植物生长都受到游离态铅毒性的影响，表现出萌芽率降低，植株生长萎靡，叶片发黄坏死等特征。理论上，当在含铅环境中加入对Pb²⁺具有吸附作用的特定微生物时，Pb²⁺能够被微生物菌株所吸附从而由游离态转变成结合态，实现对游离态Pb²⁺的固定，降低Pb²⁺的生物可利用度，使其不易被烟草植物吸收，从而达到生物解毒的效果。