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近年来,具有重金属解毒能力和促进植物生长功能的解磷微生物在土壤重金属污染修复中被应用和探索, 如表 2 所示。
综上,不同种类的解磷微生物对不同重金属作用机制不同,但综合起来可以分为两个方面,首先,解磷微生物可将土壤难溶矿物磷或有机磷中的磷酸根释放,与重金属结合形成磷酸盐沉淀,同时通过生物吸附、积累等作用,降低重金属在土壤中的移动性和生物可利用性,对重金属起到固定或钝化的作用。其次,解磷微生物也可以通过分泌有机酸、铁载体、吲哚乙酸、金属还原酶、HCN 等作用,与重金属形成络合物或改变重金属的形态和价态,提高重金属生物有效性和植物抗病性,从而增加植物对重金属吸收。其作用机理如图 2 所示。
因此,解磷微生物对土壤中的重金属起到双向调节的作用,相对应的就有两种修复机制:①生物固定,包括微生物本身对重金属的生物沉淀、吸附、细胞内累积以及促进重金属的植物固定;②生物活化,通过提高重金属的生物有效性,促进重金属的转移并积累在植物组织中。但是生物固定仅改变了重金属污染物在土壤中的赋存形式,并不能减少重金属总量,而且稳定剂联合使用会对土壤理化性质、微生物群落带来一定的负面效应。因此,解磷微生物与植物的联合修复是一种被公众认可的环境友好型、生态可持续的修复方式,具有良好的应用前景。
4 存在的问题及展望
综上所述,土壤重金属污染修复依然是一个世界性问题,解磷微生物在土壤重金属污染修复中发挥着重大作用,但目前研究还存在很多不足。
(1) 解磷微生物增加和降低重金属活性的研究结论都有,很少从微观层面研究解磷微生物及其胞外代谢产物与重金属的作用方式。重金属浓度、土壤环境因子、解磷微生物代谢产物、相关功能基因等对解磷微生物固定或活化重金属的影响及其双向作用机制尚不明确,严重阻碍了重金属修复效率的提高。
(2) 目前,关于解磷微生物参与化学钝化修复方面的研究不多。解磷微生物有可能会减弱磷酸盐原位固定重金属长时间尺度的修复效果,从而质疑解磷微生物在长期化学钝化修复重金属污染方面的应用潜力,因此,应加强研究不同土壤环境条件下,解磷微生物对重金属钝化的应用效果和修复机理。
(3) 缺乏对解磷微生物代谢产物、解磷功能及重金属抗性等功能基因的深入研究,没有从宏基因组的层面研究重金属压力下,解磷功能基因的多样性及对解磷能力的影响,关于解磷功能基因在修复重金属中的调控策略则尚未涉及。
因此,针对不同区域的重金属污染状况,研究施加解磷菌株后土壤微生物群落的变化情况,解磷微生物与植物的协同作用对土著微生物菌群的多样性和结构的影响,分析植物根际不同形态重金属含量,结合重金属抗性基因的变化,从代谢产物和功能基因角度阐明解磷微生物对土壤重金属固定或活化的双向作用机制,可为改善我国土壤环境质量、保障土壤生态安全提供有力支撑。
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