湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目申报表模板.docx
《湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目申报表模板.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目申报表模板.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目申报表模板
湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划
项 目 申 报 表
项目名称：
根际微生物对栾树富集Pb能力提升情况的研究
学校名称
中南林业科技大学
学生姓名
学号
专业
性别
入学年份
卓广豪
********
生态学
男
2014年
刘峻杉
********
生态学
女
2014年
李晓敏
********
生态学
女
2014年
指导教师
吴小红,王光军
职称
讲师,教授
项目所属
一级学科
生物学
项目科类（理科/文科）
理科
学生曾经参与科研的情况
无
指导教师承担科研课题情况
1.国家自然科学青年科学基金项目，********，典型农田与自然土壤自养微生物固碳速率及其功能种群差异机制分析，2016/01-2018/12，21万元，在研，主持。
2.国家自然科学基金重点项目，********，亚热带典型水稻土碳循环关键微生物过程的计量学特征，2015/01-2019/12，360万元，在研，参加。
项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题
一、研究目的
随着矿产资源的大量开采，矿区含重金属的大量污染物在地表生物地球化学作用下迁移释放到土壤和水体中，给矿区周边土壤和水体造成严重的重金属污染，如湘江河床沉积物中80%的Pb为人为来源，即来源于上游矿床的开采[1]。
重金属污染物可通过食物链（网）进入人体，对矿区周围居民的身体健康和生态环境构成了严重威胁[2]。
因此，解决矿区重金属污染已迫在眉睫。
近年来，利用植物[3,4]-微生物联合修复重金属污染的生态修复技术备受关注[5,6]。
该技术通过综合利用富集或超富集植物、微生物的生命代谢活动，使土壤中的重金属污染物得以去除化或稳定化，从而提高或改善土壤质量，因此被认为是治理矿区重金属污最有前途的方法[7]。
但目前植物-微生物修复技术仍存在一些问题：
1、筛选出的大多数高富集或超富集植物为草本植物，生物量较低，根系较浅，对深层土壤污染物修复能力有限；2、筛选出的超富集植物生长多受到地理气候及地质条件的限制，只适合修复特定类型的重金属污染；3、难以针对不同的重金属污染选育出最佳植物-微生物联合体等[8]。
栾树是常见的绿化乔木树种，适生范围广，具有生物量大、根系深的特点，对重金属具有一定的耐性[9]，可作为锰矿区重金属污染修复和生态恢复备选植物。
目前有关栾树修复锰矿区重金属污染的研究主要集中在栾树对重金属污染迁移转化的影响、栾树生长生理特性对重金属污染胁迫的响应以及螯合剂对栾树吸收重金属的影响等方面，而有关微生物尤其是耐铅（Pb）根际微生物对栾树吸收重金属的强化作用研究仍未涉及。
针对锰矿区重金属污染情况，构建耐Pb根际微生物-栾树联合生态修复技术，对改善矿区土壤重金属污染以及加快矿区污染土壤的植被恢复具有重要意义。
二、研究内容
1.土壤样品的采集与分析
采集湖南湘潭锰矿区栾树根际土壤样品，土壤运回实验室经自然风干后测定土壤pH、土壤质地、土壤含水量、土壤容重、土壤有机碳（SOC）、土壤微生物量碳（MBC）以及重金属元素Pb含量,了解供试污染土壤的基本理化性质和重金属污染情况。
2.耐Pb根际微生物的分离筛选
采用平板稀释法从矿区采集的栾树根际土壤中分离出耐Pb的微生物菌株，通过测定菌株对Pb2+的耐受性以及生理生化性质筛选出2株对Pb抗性最强的菌株，将其作为目的菌分离出来并培养用于后续盆栽实验。
3.耐Pb根际微生物对栾树富集Pb能力的强化作用
向锰矿区污染土壤添加一定浓度的外源Pb制备盆栽试验供试土壤，将研究内容2中筛选出的微生物菌液接种至矿区污染土壤，同时设置不接种菌液的矿区污染土壤，分别向两种土壤中移入长势一致的1年生栾树幼苗，以不种栾树污染土壤作为对照，种植栾树1年后分析土壤和栾树根、茎、叶中总Pb以及不同形态Pb含量，探讨耐Pb根际微生物对栾树富集Pb能力的影响。
三、要解决的主要问题
1.由于土壤微生物具有难以分离培养的特点，因此，选择合适的分散剂以及合适的分离培养方法将是筛选耐Pb根际微生物过程中的难点。
2.明确耐Pb根际微生物对栾树富集Pb能力的影响，构建耐Pb根际微生物-栾树联合生态修复技术是本实验最关键的也是要解决的主要问题，而栾树生长期长，需要经过较长时间的盆栽试验得出结论。
国内外研究现状和发展动态
一、栾树对重金属富集作用的研究现状
我国矿区土壤重金属污染问题严重，对人体健康和生态环境构成了重要威胁。
利用微生物，植物，动物将土壤中的重金属污染物降解、吸收或富集的生物修复技术在土壤重金属污染治理方面具有广阔的发展前景[12]。
国内学者通过分析土壤和植物中Cd,Cr,Cu,Pb,Zn的含量，并计算园林植物根茎叶的重金属富集系数，探讨了31种园林植物对土壤重金属污染的修复能力，发现不同植物对重金属的富集能力存在很大差异[13]。
栾树对Cd污染的土壤具有较强的修复能力，栾树中Mn,Zn的浓度低于植物平均浓度[14]。
栾树侧根的重金属Mn、Zn、Fe含量明显高于相应的根头，叶，干，干中重金属Mn,Zn,Fe的含量最少[15]，说明侧根对栾树抗重金属污染具有重要意义，是栾树适应重金属污染土壤的对策。
二、根际微生物分离方法的研究现状
将根际土壤充分混于无菌水中，某些化合物如焦磷酸盐可作为土壤分散剂，但也会影响细胞膜的通透性［16］。
一些化学分散剂，如螯合剂可以用单价的阳离子（Na＋）交换土壤颗粒的多价阳离子（Ca2＋），从而减弱土壤颗粒对细菌细胞的离子吸附作用。
还可用以亚氨基二乙酸制成的离子交换树脂，如DowexA1［17］或Chelex－100［18，19］。
及其一些其他分散剂有Tris缓冲液或六偏磷酸钠［20］等。
化学浸出法一般需要与物理法结合，如摇荡法、混合法（均质或研磨）和超声波法，通过物理或化学方法便可将细胞与基质分离。
三、微生物-植物联合修复重金属污染土壤的研究现状
重金属污染带来的危害巨大，因而重金属污染土壤生态修复技术现已成为国内外多个研究领域的热点和难点。
研究发现微生物修复土壤通常有两条途径：
一是可以固定或钝化重金属，使土壤重金属的有效浓度降低到无害的水平，从而控制重金属污染[21,22]；二是直接活化重金属，提高植物直接吸收能力［23-26］。
利用土壤-微生物-植物三者的共存关系,建立微生物-植物联合修复重金属污染土壤的机制，可以充分发挥植物与微生物修复技术各自优势,提高植物对重金属污染土壤的修复效率,达到完全修复重金属污染土壤的目的。
盛下放[27]等利用从污染土壤中分离得到3株Cd抗性细菌分别接种到含200mg·kg-1Cd的土壤中并利用番茄进行富集实验,结果表明,供试菌株均能显著促进植株生长,活化植株根际Cd,菌株处理过的番茄地上部植株干质量、根际有效Cd含量及植株吸收Cd的含量分别比不接菌对照处理增加64.2%、46.3%和107.8%。
实验说明微生物能够有效地促进植物对重金属的富集作用,不仅可以提高植物生物量,而且还可以提高土壤中重金属的生物可利用性。
植物在重金属污染土壤生长过程中往往会伴有能耐受高浓度重金属的微生物，因此，可以直接利用这些微生物与植物根际形成微生物-植物联合体来修复重金属污染土壤，微生物可以直接改变土壤pH、或通过释放螯合剂以及氧化还原反应改变重金属的生物有效性来强化植物修复过程[28,29]，将土壤中的重金属直接富集至植物体内,大大提升重金属污染土壤的修复效率。
目前，大多数研究以禾本科、莎草科、十字花科、菊科、唇形科、豆科、石竹科、凤尾蕨科等草本植物或者灌木常作为超富集植物研究对象，探讨这些植物与微生物结合形成微生物-植物联合修复土壤重金属污染的机制。
栾树等绿化乔木树种具有生物量大、根系发达的特点，在土壤重金属污染修复方面具有广阔的发展前景[30]。
根际微生物具有改善植物根系环境、促进植物根系生长的重要作用。
因此，利用抗重金属的根际微生物和栾树联合修复重金属污染土壤可能提高栾树对重金属污染土壤的适应性，改善其对重金属污染土壤的修复作用，加快矿区污染土壤的植被恢复。
但目前有关栾树与微生物联合修复重金属污染土壤的相关研究甚少，有待深入研究。
主要参考文献：
[1]彭渤,唐晓燕,余昌训,等.湘江入湖河段沉积物重金属污染及其Pb同位素地球化学示踪[J].地质学报,2011,2:
283-297.
[2]常青山,马祥庆,王志勇.南方重金属矿区重金属的污染特征及评价[J].长江流域资源与环境,2007,16:
396-397.
[3]Baker A M J,McGrath S P,Reeves R D,et al.Metal hyperaccumulator plants:
A review of ecology and physiology of a biological resource for phytoremediation of metal-polluted soils.//Terry N& Banuelos G S.Phytoremediations of Contaminated Soil and Water[M].Florida:
Lews Publishers,2000.
[4]陈同斌,阎秀兰,廖晓勇,等.关于hyperaccumulator中文译名的探讨[J].环境科学学报,2005,25:
1148-1150.
[5]RaskinI,SmithRD,SaltDE.Phytoremediationofmetal:
usingplantstoremovepollutantsfromtheenvironment[J].CurrentOpinioninBiotechnology,1997,8:
221-226.
[6]SaltDE,SmithRD,RaskinI.Phytoremediation[J].AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology,1998,49:
643-648.
[7]Bradshaw A D,johnson M.Revegetation of Metalliferous Mine Wastes:
The Range of Practical Techniques Used in Western Europe[M].Manchester:
Elsevier,1992.
[8]朱生翠.根际真菌对植物吸收重金属镉的强化作用研究[D].湖南:
湖南工业大学,2014:
59-60.
[9]梁希.锰矿尾矿库耐性植物的筛选及其耐性机理初步研究[D].湖南:
中南林业科技大学,2014:
51-52.
[10]李韵诗,冯冲凌,吴晓芙,等.重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展[J].生态学报,2014,20:
6885-6887.
[11]BrownMEseedandrootbacterization.AnnualReviewofPhytopathology,1974,12:
181-197
[12]马文漪,杨柳燕.环境生物工程[M].南京:
南京大学出版社,1998,250.
[13]ZuYQ,LiY,ChristianS,etal.AccumulationofPb,Cd,CuandZninplantsandhyperaccumulatorchoiceinLanpinglead/zincminearea,China[J].EnvironmentInternational,2004,30:
567-576.
[14]沈振国,刘友良.超量积累重金属植物研究进展[J].植物生理学通讯,1998,34:
131-139.
[15]马玉娥.栾树对锰矿区污染土壤抗逆特征研究[D].湖南:
中南林业科技大学,2007.
[16]LindahlV．Improvedsoildispersionproceduresfortotalbacterialcounts，extractionofindigenousbacteriaandcellsurvival[J].JournalofMicrobiologicalMethods,1996,25:
279-286．
[17]MacdonaldRM.Samplingsoilmicrofloras:
Optimizationofdensitygradientcentrifugationinpercolltoseparatemicroorganismsfromsoilsuspensions[J].SoilBiologyandBiochemistry,1986,18:
407-410．
[18]HerronPR,WellingtonEMH.NewmethodforextractionofStreptomycetesporesfromsoilandapplicationtothestudyoflysogenyinsterileamendedandnonsterilesoil[J].AppliedandEnvironmentalandMicrobiology,1990,56:
1406-1412．
[19]SchloterM,WieheW,AssmusB,etal.Rootcolonizationofdifferentplantsbyplant-growth-promotingRhizobiumleguminosarumbv.trifoliiR39studiedwithmonospecificpolyclonalantisera[J].AppliedandEnvironmentalandMicrobiology,1997,63:
2038-2046．
[20]NiepoldF,ConradR,SchlegelHG．Evaluationoftheefficiencyofextractionforthequantitativeestimationofhydrogenbacteriainsoil[J].AntonievanLeeuwenhoek,1979,45:
485-497．
[21]凌薇薇,吴晓芙,陈永华,等.除锰微生物的筛选及其除锰特性研究[J].中南林业科技大学学报,2011,31:
152-156．
[22]田卫东.重金属污染土壤的生态修复原理.科协论坛,2008,4:
100-101．
[23]SiegelSM,KellerP,SiegelBZ,etal.Metalsspeciation,separationandrecovery[M].Chicago:
KluwerAcademicPublishers,1986:
77-94．
[24]ZengM,LiaoBH,LeiM,etal．Arsenicremovalfromcontaminatedsoilusingphosphoricacidandphosphate[J].JournalofEnvironmentalScience,2008,20:
75-80．
[25]曾敏,廖柏寒,张永,等.几种酸和盐对As污染土壤的化学萃取修复[J].水土保持学报,2009,23:
69-73．
[26]吴双桃.镉污染土壤治理的研究进展[J].广东化工,2005,32:
40-41,50-50.
[27]盛下放,白玉,夏娟娟,等.镉抗性菌株的筛选及对番茄吸收镉的影响[J].中国环境科学,2003,23:
467-469.
[28]KhanMS,ZaidiA,WaniPA,etal.Roleofplantgrowthpromotingrhizobacteriaintheremediationofmetalcontaminatedsoils:
Areview//OrganicFarming,PestControlandRemediationofSoilPollutants.Netherlands:
Springer,2010,1:
319-350.
[29]WenzelWW.Rhizosphereprocessesandmanagementinplant-assistedbioremediation（phytoremediation）ofsoils[J].PlantandSoil,2009,321:
385-408．
[30]张富运,陈永华,吴晓芙,等.铅锌超富集植物及耐性植物筛选研究进展[J].中南林业科技大学学报,2012,32.
本项目学生有关的研究积累和已取得的成绩
1.具备土壤基本理化性质分析等基础实验操作能力。
2.通过查阅文献资料,对根际微生物的分离培养方法已有一定的了解。
3.通过与有相关研究经验的老师学习交流以及查阅文献，对栾树的生长特性以及重金属Pb与栾树的相互作用已有了一定的了解。
4.已广泛查阅相关资料，对植物-微生物联合生态修复技术已有了一定的认识。
项目的创新点和特色
1.针对锰矿区重金属污染现状，构建耐Pb根际微生物-栾树联合生态修复技术，可为锰矿周边土壤重金属污染治理提供理论依据和技术参考。
2.构建耐Pb根际微生物-栾树联合修复体，有望提高栾树对重金属污染土壤的适应性，栾树作为景观绿化树种，该修复技术可同时兼顾景观目标和生态目标，能产生较高的生态效益。
项目的技术路线及预期成果
1.技术路线
项目的技术路线如图1所示。
图1项目技术路线
2.预期成果：
筛选出对Pb污染具有较强耐性的根际微生物，并通过盆栽试验分析筛选出的耐Pb根际微生物对栾树富集Pb能力的影响，为深入了解栾树修复重金属污染土壤的微生物机理、提高栾树对土壤Pb污染的耐受能力、加快重金属污染土壤治理及污染土壤植被恢复提供理论依据和技术参考。
年度目标和工作内容（分年度写）
1、2016.4-2016.5
采集锰矿区栾树根际土壤样品，同时分析土壤样品的基本理化性质和Pb含量；进行微生物的筛选培养实验，获取耐Pb能力最强的两株根际微生物。
2、2016.6-2017.5
进行栾树的盆栽实验，观察栾树生长生理特性，分析耐Pb根际微生物存在时，栾树对土壤重金属胁迫的响应。
4、2017.6-2017.7
盆栽试验结束后，通过分析土壤和栾树根、茎、叶中总Pb和不同形态Pb含量，探究耐Pb根际微生物对栾树的Pb富集能力的影响，探讨根际微生物对Pb在栾树-土壤生态系统中迁移转化的影响。
土壤以及植物的根茎叶各个部分的Pb含量、植物的生物量等多种数据的测量。
5、2017.8-2018.3
实验结果与数据的处理，撰写论文一篇，提交结题报告，项目验收。
指导教师意见
我国矿区土壤重金属污染日益严重，亟待开发绿色、二次污染少的生态修复技术用于矿区重金属污染土壤的修复。
本研究项目选题紧密围绕当前热点研究问题，研究内容具有较强的创新性，研究方案具体，技术路线可行，实验设计合理，有利于提高学生的思考能力、动手能力以及科研能力，同意申请该项目。
签字：
吴小红王光军日期：
2016年4月5日
注：
本表栏空不够可另附纸张
升级会员 