光合细菌作为环境友好型有益菌,具有生物修复有机污染物和重金属污染的功能,在环保领域被广泛应用.本文将光合细菌中球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides,H菌株)、沼泽红假单胞菌(Rhodop-seudomonas palustris,N菌株)和深红红螺菌(Rhodospirilliumrubrum,M菌株)进行混合培养,优化了培养条件,分析了光合细菌混合菌的生长动力学.实验结果表明:光合细菌混合菌的适宜培养条件为接种量(接种后的初始培养菌含量)1.7×109 CFU/mL、培养基初始pH值为7、培养温度30℃和光照厌氧.在此条件下,光合细菌混合菌的最大比生长速率最大,延滞期最短,活菌数最高.在不同培养条件下,光合细菌混合菌的生长规律均符合修正的Gompertz动力学方程;且光合细菌混合菌的最大比生长速率μmax较球形红细菌、沼泽红假单胞菌或深红红螺菌3种单一纯菌株分别增大了0.003 h-1,0.006 h-1及0.003 h-1,延滞期λ分别减小了11.1 h,12.7 h及10.6 h.通过混合培养,提高了光合细菌的活菌数.

对3种具有土壤中多种重金属污染修复和病虫害防治功能的光合细菌(Photosynthetic bacteria,PSB,包括Rhodobacter sphaeroides H菌株、Rhodopseudomonas palustris N菌株和Rhodospirillium rubrum M菌株)、枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis,BS)和植物乳酸杆菌(Lactobacillus plantarum,LP)进行混合培养,利用单因素和响应面试验优化培养基配方以及培养条件.确定功能菌混合培养的最佳条件:以光合细菌培养基为基础培养基,外加碳源为10 g/L蔗糖、氮源为1.25 g/L硫酸铵、培养温度为31.5℃、初始pH值为7.1、接种量为接种后的初始培养活菌数1.90×109 cfu/mL、培养时间为28.0 h.通过功能菌的加性模型法、生长动力学以及混合培养的生长关系分析表明,光合细菌、枯草芽胞杆菌和植物乳酸杆菌的生长均存在互惠互利关系.

为了研究光合细菌对铬污染土壤中小白菜生长的影响,通过盆栽试验研究了在铬污染土壤中接种光合细菌对小白菜株高、根长、叶绿素含量、可溶性糖含量、地上部分和根系铬含量的影响以及土壤中铬的形态变化.结果表明:在重金属铬胁迫下,浓度越高,对小白菜的生长抑制越明显.接种光合细菌后能够显著促进铬胁迫下小白菜植株的生长,与对照组相比,小白菜的株高和根长分别平均增加了7.31％和5.17％,叶绿素和可溶性糖含量分别提高了12.30％～20.89％和10.07％～15.93％,且在加菌量为108个/克土时效果最好;小白菜地上部和根系的铬含量分别降低了33.32％和18.46％,且铬含量主要积累于根部.究其原因主要为光合细菌能改变土壤中铬的形态分布,将不稳定态转变为稳定态,降低了铬的生物利用度.研究结果可以为铬污染土壤的修复和农作物的安全生产提供理论依据.

为了研究光合细菌和生物炭对铬污染土壤的修复效果,采用光合细菌球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)H菌株和生物炭为修复材料,模拟铬污染土壤为研究对象,通过盆栽试验研究了H菌株、生物炭、H菌株和生物炭联合对铬污染土壤中铬的稳定化效果以及对小白菜的株高、根长、叶绿素和可溶性糖含量的影响.结果表明:修复30 d后,H菌株和生物炭联合修复的效果要优于单施H菌株和生物炭,并且当菌株添加量为108 CFU·g-1和生物炭添加量(质量比)为1％即T6处理时,修复效果最好,较单加H菌株和生物炭,铬的生物可利用性分别降低了8.03％和9.11％,土壤中的过氧化氢酶、脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性比不添加菌株和生物炭即CK处理分别升高了58.72％、98.25％、136.58％和61.03％.T6处理对铬胁迫下小白菜的促生效果显著,与CK组相比,小白菜植株地上部分和根系的铬含量分别降低了26.67％和14.84％,极大地促进了铬胁迫下小白菜植株的生长,叶片的叶绿素和可溶性糖含量分别升高了30.08％和17.39％.经XPS和XRD分析结果推测H菌株和生物炭的主要修复机制为混合还原和静电吸附,二者对铬污染土壤具有较好的修复效果,且对小白菜具有较好的促生效果.