CN112514737A - 一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水环境治理技术领域，具体涉及一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法,包括如下步骤：(1)制备丛枝菌根真菌菌剂；(2)将丛枝菌根真菌菌剂接种于水生植物；(3)将菌根植物移栽于建好的生态浮床；(4)将优势微生物菌剂添加到需要治理的水域；(5)采用菌根生态浮床联合优势微生物对水环境污染进行治理修复。该方法可对水污染进行有效治理，成本较低，不会产生二次污染；能够解决众多现有的水生植物在淹水条件下不能被丛枝菌根真菌有效侵染的问题；水生植物根系能为优势微生物提供附着的场所、营养物质以及氧气，促进微生物对污染物的降解；将菌根水生植物和优势微生物相结合能提高生态浮床***修复污染的效率。

Description

一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法
技术领域
本发明涉及水环境治理技术领域，具体涉及一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法。
背景技术
随着经济和社会的发展水环境污染越来越突出，大量的污染物进入水体，水体中的微生物大量繁殖造成水体厌氧，变黑变臭，导致水生动物的死亡，使水体生态***遭到破坏，已经严重影响了人们的日常，水污染的治理刻不容缓。目前主要的修复方法包括物理修复、化学修复、生物修复以及一些组合工艺。物理修复、化学修复不仅治理成本较高，不可持续还有可能造成二次污染。生物修复：生物主要修复包括植物修复，微生物修复，生物修复相较于物理化学修复成本较低而且可持续，不会引起二次污染。
丛枝菌根作为一种古老的的共生结构，能与的植物形成共生结构。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)能够促进植物生长；丛枝菌根真菌能够提高植物的抗逆性；丛枝菌根一般广泛存在于陆生植物中。后期有学者在湿地植物中发现了丛枝菌根，丛枝菌根能够促进植物的生长，提高植物对矿质营养尤其是磷的吸收，丛枝菌根真菌能从环境中获取更多的磷元素，当环境中的磷低到非菌根植物无法获取时，菌根化植物依然可以从环境中吸收磷。在水环境中磷含量过低的其他方法的修复难度较大。因此，研究如何将菌根植物应用于水体修复中，具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法，该方法可对水污染进行有效治理，成本较低，对环境友好，不会产生二次污染，能够解决有的水生植物在淹水条件下不能被丛枝菌根真菌有效侵染的问题，增加水生植物的抗性，促进植物的生长，水生植物庞大的根系能为优势微生物提供附着的场所、营养物质以及氧气，能够促进优势微生物的生长繁殖，从而促进微生物对污染的降解。水生菌根植物联合优势微生物能够提高生态浮床***修复污染的效率。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法，包括如下步骤：
(1)制备丛枝菌根真菌菌剂；
(2)将制备得到的丛枝菌根真菌菌剂接种于水生植物，得到被丛枝菌根真菌菌剂侵染的菌根植物；
(3)将菌根植物移栽于建好的生态浮床，得到菌根生态浮床；
(4)向需治理水域投加优势微生物菌剂；
(5)采用菌根生态浮床联合优势微生物对水环境污染进行治理修复。
本发明将菌根植物用于生态浮床联合优势微生物治理黑臭水体，采取先在陆生环境接种丛枝菌根真菌，然后移栽至生态浮床，依靠菌根植物的特性以及植物对优势微生物降解污染的促进效果来提高生态浮床修复污染水体的效率。本发明的生态浮床采用植物、优势微生物、浮床相结合对被污染水体进行修复。浮床植物的根系不仅吸收、吸附水体中的N、p，还为微生物的生长提供了附着的场所。丛枝菌根能够促进水生植物的生长以及提高抗逆性，在污染的水环境中菌根植物能够生长的更好，具有更发达的根系，从而吸收更多污染物，以及为微生物提供更多的附着场所和营养物质从而促进优势微生物的生长、繁殖；丛枝菌根真菌能够促进植物对磷的吸收，当水体中磷含量较低时，非菌根植物已经不能吸收利用，菌根植物依然可以吸收利用，从而进一步的降低水体中磷的含量。且菌根植物不仅可以用于新建的修复项目中，还可以用于已经在运行的去除效果不理想，浮床植物生长较差的项目中，只需将浮床植物更换为菌根植物即可。
进一步的，所述步骤(1)中，制备丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：
A1、根据所选取的水生植物对丛枝菌根菌种进行选择，水生植物与所选择的丛枝菌根菌种能形成较高的侵染率；
A2、配置扩繁培养基质；
A3、培育宿主植物无菌苗；
A4、将丛枝菌根真菌接种剂接种于宿主植物无菌苗；
A5、检测丛枝菌根真菌接种剂对宿主植物的侵染率，根据侵染率，制备得到丛枝菌根真菌菌剂；
其中，步骤(A2)-(A3)可同时进行或者前后调换顺序。
所述丛枝菌根真菌接种剂由为丛枝菌根的植物根的根际土进行取样制备而成或者采用现有技术中的其他方式取得。
进一步的，所述步骤A2具体为：取河沙、蛭石和珍珠岩按质量比2.5-3.5:1.5-2.5:1的比例混合均匀，配置得到扩繁培养基质，灭菌后取出后风干备用。
进一步的，所述步骤A3具体为：选取玉米种子，先用无菌水浸泡后灭菌，放入垫有润湿滤纸的培养皿，放入光照培养箱培养，对出芽的玉米苗进行选择，备用。
进一步的，所述步骤A4具体为：将丛枝菌根真菌接种剂和扩繁培养基质混合，并补充营养液，对宿主植物苗进行培养。
进一步的，所述步骤A5具体为：选取宿主植物的根测定菌根侵染率以及培养基基质测定孢子数，将根剪碎，并和培养基基质混匀，晾干，制得丛枝菌根真菌菌剂，保存于冷冻设备中，备用。
进一步的，所述步骤(1)中，丛枝菌根菌种为摩西管柄囊霉和地表球囊霉中的至少一种。
进一步的，所述步骤(2)中，水生植物接种丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：制备水生植物无菌苗，制备接种培养基，水生植物接种丛枝菌根真菌菌剂，采用霍格兰营养液和无菌水进行培养，然后测定丛枝菌根真菌对水生植物的侵染率。
进一步的，所述步骤(2)中，所述水生植物为美人蕉、再力花、芦苇和旱伞草中的至少一种。
进一步的，所述步骤(3)中，取浸染率在30％以上的菌根植物，将菌根植物移栽于建好的生态浮床，得到菌根生态浮床。
进一步的，所述步骤(4)中，所述优势微生物菌剂为黑臭水治理菌剂。所述黑臭水治理菌剂包括但不限于为申请公布号为CN110182968的发明专利的用于黑臭水体治理的固定化微生物颗粒。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明中的丛枝菌根真菌能够对美人蕉等水生植物形成有效侵染，与其共生，能够改善水生植物的矿质营养，显著提高水生植物的生物量。
(2)本发明所述菌根植物能够促进植物的生长以及提高植物的抗逆性，在水污染环境中很多水生植物生长不好甚至是不能生存，丛枝菌根能够提高植物的适应性，促进其在污染环境中的生长。
(3)本发明中的菌根植物根系能够为优势微生物提供生态位、营养物质、氧气促进优势微生物对污染的吸收和降解，从而提升修复效果；将菌根水生植物和优势微生物相结合能提高生态浮床***修复污染的效率。
(4)本发明经济实用，是一种环境友好的生态修复方法，能够克服传统生态浮床的一些缺点，提高浮床对水污染的修复效率，具有良好的修复效果，且适用范围较广。
附图说明
图1是实施例1中的美人蕉根系丛枝菌根菌丝和孢子图；
图2是实施例2中分别采用AMF组和CK组处理水污染环境时，TN浓度时间变化的线性图；
图3是实施例2中分别采用AMF组和CK组处理水污染环境时，COD浓度时间变化的线性图；
图4是实施例2中分别采用AMF组和CK组处理水污染环境时，NH3-N浓度时间变化的线性图；
图5是实施例2中分别采用AMF组和CK组处理水污染环境时，TP浓度时间变化的线性图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
在本发明一种典型的实施方式中，一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法，包括如下步骤：
(1)制备丛枝菌根真菌菌剂；
(2)将制备得到的丛枝菌根真菌菌剂接种于水生植物，得到被丛枝菌根真菌菌剂侵染的菌根植物；
(3)将菌根植物移栽于建好的生态浮床，得到菌根生态浮床；
(4)向需治理水域投加优势微生物菌剂；
(5)采用菌根生态浮床联合优势微生物对水环境污染进行治理修复。
进一步的，所述步骤(1)中，制备丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：
A1、根据所选取的水生植物对丛枝菌根菌种进行选择，水生植物与所选择的丛枝菌根菌种能形成较高的侵染率；
A2、配置扩繁培养基质；
A3、培育宿主植物无菌苗；
A4、将丛枝菌根真菌接种剂接种于宿主植物无菌苗；
A5、检测丛枝菌根真菌对宿主植物的侵染率，根据侵染率，制备得到丛枝菌根真菌菌剂；
其中，步骤(A2)-(A3)可同时进行或者前后调换顺序。
进一步的，所述步骤A2具体为：取河沙、蛭石和珍珠岩按质量比2.5-3.5:1.5-2.5:1的比例混合均匀，配置得到扩繁培养基质，置于高压灭菌锅120-125℃灭菌110min-150min，取出后风干备用。
进一步的，所述步骤A3具体为：选取颗粒饱满玉米种子，先用无菌水浸泡后灭菌，放入垫有润湿滤纸的培养皿，放入光照培养箱培养，对出芽2cm左右的玉米苗进行选择，备用。
进一步的，所述步骤A3中，取适量的种子加入无菌水浸泡4h，用70％的乙醇消毒30-60s，然后将酒精倒入废液缸，加入无菌水，轻轻晃动，清洗1-2min；将9-13％的次氯酸钠(NaClO)倒入烧杯，消毒8-15min，期间不时晃动烧杯使种子充分接触消毒剂；次氯酸钠(NaClO)溶液倒入废液缸，加入无菌水，轻轻晃动，清洗3-4min，如此重复3-4次；将种子置于垫有湿滤纸的培养皿中，放入22-26℃恒温培养箱中培养，期间视情况补充无菌水保持滤纸湿润直至出芽。
进一步的，所述步骤A4具体为：将丛枝菌根真菌接种剂和扩繁培养基质混合，并补充营养液，对宿主植物苗进行培养。所述营养液为霍格兰营养液。
进一步的，所述步骤A5具体为：选取宿主植物的根测定菌根侵染率以及培养基基质测定孢子数，将根剪碎，并和培养基基质混匀，制得丛枝菌根真菌菌剂晾干，保存于冷冻设置中，备用。
进一步的，所述步骤(1)中，丛枝菌根菌种为摩西管柄囊霉和地表球囊霉中的至少一种。
进一步的，所述步骤(2)中，水生植物接种丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：制备水生植物无菌苗，采用丛枝菌根真菌菌剂和无菌水进行培养，然后测定丛枝菌根真菌对水生植物的侵染率。
进一步的，所述步骤(2)中，所述水生植物为美人蕉、再力花、芦苇和旱伞草中的至少一种。
进一步的，所述步骤(3)中，取浸染率在30％以上的菌根植物，将菌根植物移栽于建好的生态浮床，得到菌根生态浮床。
实施例1
本实施例中，一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法，包括如下步骤：
(1)制备丛枝菌根真菌菌剂；
(2)将制备得到的丛枝菌根真菌菌剂接种于水生植物，得到被丛枝菌根真菌菌剂侵染的菌根植物；
(3)将菌根植物移栽于建好的生态浮床，得到菌根生态浮床；
(4)将优势微生物菌剂投加到需治理的水域中；
(5)采用菌根生态浮床对水环境污染进行治理修复。
进一步的，所述步骤(1)中，制备丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：
A1、根据所选取的水生植物对丛枝菌根菌种进行选择，水生植物与所选择的丛枝菌根菌种能形成较高的侵染率；本实施例中采用的丛植菌根真菌为摩西管柄囊霉，可以根据水生植物的不同选取相对应侵染率较高的丛枝菌根菌种。
A2、配置扩繁培养基质：取河沙、蛭石和珍珠岩按质量比2.5-3.5:1.5-2.5:1的比例混合均匀，配置得到扩繁培养基质，置于高压锅灭菌后取出后风干备用。
A3、培育宿主植物无菌苗：
洗净双手，在超净台内操作，取适量的种子于100mL的烧杯中加入无菌水浸泡4h，用70％的乙醇消毒45s，然后将酒精倒入废液缸，加入无菌水，轻轻晃动，清洗2min；
将10％的次氯酸钠(NaClO)倒入烧杯，消毒10min，期间不时晃动烧杯使种子充分接触消毒剂；次氯酸钠(NaClO)溶液倒入废液缸，加入无菌水，轻轻晃动，清洗4min，如此重复3次；
将种子置于垫有湿滤纸的培养皿中，放入25℃恒温培养箱中培养，期间视情况补充无菌水保持滤纸湿润直至出芽。
A4、将丛枝菌根真菌接种剂接种于宿主植物无菌苗：
将花盆用75％的酒精消毒后晾干，盆里先加入4kg灭菌好的培养基质，加入20g菌剂混匀，然后再在表面将60g的菌剂平铺，最后放上出芽的玉米种子覆盖上1kg培养基质，用无菌水将培养基质浇透并浇上100mL的霍格兰营养液，前一个月每四天浇一次营养液，每次浇150mL，根据培养基质的湿度，浇入适量的无菌水，后一个月每四天浇一次营养液，每次浇300mL，水根据培养基质湿度加入。
A5、检测丛枝菌根真菌接种剂对宿主植物的侵染率，根据侵染率，制备得到丛枝菌根真菌菌剂：
收获菌种：将玉米植株从培养基质里拔起，收集部分较细小的根系用于测定菌根侵染率，经过两个月的接种培养后，丛枝菌根对玉米的根系的侵染率在80％以上；用湿筛法测定培养基质中孢子数为≥8个/g；将培养基质以及残留在培养基质里的根系晾干，将根系剪碎备用。
采用醋酸墨水染色法测定菌根侵染的侵染率，测定步骤如下：(S1)固定：将采集的新鲜根系洗净，使用FAA固定液将菌根结构固定24h；(S1)透明：将根样于20％KOH溶液中60℃水浴透明60min；(S3)染色：使用5％的醋酸墨水染色液(5％的冰醋酸95ml，墨水5ml)60℃水浴染色30min；(S4)脱色：清水侵泡脱色，脱色12h以上；(S5)制片：将脱色后的根样用刀片切成2cm左右的段，放在载玻片上，压上盖玻片，稍用力将根样压扁，使根系细胞尽量分散；(S6)镜检：观察菌根的丛枝和孢子结构，记录侵染点数，计算侵染率。
进一步的，所述步骤(2)中，水生植物接种丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：选取的水生植物为美人蕉，所述美人蕉无菌苗育苗的方式参照步骤A3；设置CK组和接种AMF组，CK为不接种，接种AMF为接种丛枝菌根真菌，自然光照盆栽培养40天。期间进行盆栽管理，定期浇无菌水以及霍格兰营养液，使其含水率维持在田间含水量的60％左右。测定美人蕉侵染率同上，要检测出被AMF有效侵染的美人蕉才能用于后续的菌根水生态浮床，丛枝菌根对水生植物的侵染率在30％以上才算形成有效侵染，本实施例接种的丛枝菌根对美人蕉的侵染高达70％。
实施例2
将实施例1中已接种的丛枝菌根美人蕉移栽至生态浮床，进行性能测定。
2.1试验材料
底泥和上覆水：采至东莞市松山湖松木山河道，由于上覆水中污染物质含量较少，通过自行配置添加。
试验装置：直径27cm，高32cm透明塑料圆桶，自制小型生态浮床。
黑臭水治理菌剂：广东中微环保生物科技有限公司自主研发生产的黑臭水治理菌剂，可以视水质情况添加硝化菌、反硝化菌以及除磷菌等。进一步的，所述黑臭水治理菌剂为申请公布号为CN110182968的发明专利的实施例1中的用于黑臭水体治理的固定化微生物颗粒。黑臭水治理菌剂产品为固体菌剂，为加速其修复效果，使用前按菌剂：无菌水1：25溶解后，摇床活化培养4h备用。曝气装置：视水质情况可以增加曝气装置，本实施例根据水质可以不用曝气。
2.2试验设计
将采集的底泥放置透明塑料桶底，底泥厚度5cm左右，然后加入河道上覆水，上覆水深度25cm左右。然后按水体积，菌剂的接种量3t％投加活化后的黑臭水治理菌剂，将已接种好的美人蕉种到生态浮床上，每桶四株，每天采集水样测定相关指标，可以根据上覆水中溶解氧含量，适当的增加曝气装置，来增加修复效率，以及缓解菌根在淹水情况下菌根的缺氧状况。试验进行9天，结束后收集植物地上部分和地下部分测定相关指标，采集一小部分新鲜的根系测定根系的菌根侵染率。用于河道、湖泊水体污染修复可以直接将生态浮床上的非菌根植物换成菌根植物即可。同时可以根据水质情况添加曝气装置。
2.3试验效果
2.3.1侵染率的影响
试验结束后侵染率仍能达到50％，说明淹水条件下AMF对美人蕉的侵染率下降，这可能是因为萌发了很多新的根系，在淹水条件下，AMF与美人蕉较难形成新的菌根结构。但总的侵染率仍能达到50％，说明水淹条件下对已形成的菌根结构影响不大。
2.3.2AMF对水中污染物去除效果的影响
如图1-4所示，AMF组提高了生态浮床***对水中污染物的去除效率和效果，在试验开始后的接种AMF组所测定的各污染指标均低于CK组，且接种AMF的根系有大量的新生白根长出来，CK只有少量。如图1所示，处理结束后，接种AMF组相比CK水中TN浓度降低了49.58％；如图2所示，处理结束后，接种AMF组相比CK水中COD浓度降低了66.91％；如图3所示，处理结束后，接种AMF组相较于CK，水中NH3-N浓度降低了79.46％；如图4所示处理结束后，接种AMF组相较于CK，水中TP浓度降了31.88％。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用菌根植物联合优势微生物修复水环境污染的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)制备丛枝菌根真菌菌剂；
(2)将制备得到的丛枝菌根真菌菌剂接种于水生植物，得到被丛枝菌根真菌菌剂侵染的菌根植物；
(3)将菌根植物移栽于建好的生态浮床，得到菌根生态浮床；
(4)向需治理水域投加优势微生物菌剂；
(5)采用菌根生态浮床联合优势微生物对水环境污染进行治理修复。
2.根据权利要求1所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，制备丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：
A1、根据所选取的水生植物对丛枝菌根菌种进行选择，水生植物与所选择的丛枝菌根菌种能形成较高的侵染率；
A2、配置扩繁培养基质；
A3、培育宿主植物无菌苗；
A4、将丛枝菌根真菌接种剂接种于宿主植物无菌苗；
A5、检测丛枝菌根真菌接种剂对宿主植物的侵染率，根据侵染率，制备得到丛枝菌根真菌菌剂；
其中，步骤(A2)-(A3)可同时进行或者前后调换顺序。
3.根据权利要求2所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：所述步骤A2具体为：取河沙、蛭石和珍珠岩按质量比2.5-3.5:1.5-2.5:1的比例混合均匀，配置得到扩繁培养基质，灭菌后取出后干燥备用。
4.根据权利要求2所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：所述步骤A3具体为：选取玉米种子，先用无菌水浸泡后灭菌，放入垫有润湿滤纸的培养皿，放入光照培养箱培养，对出芽的玉米苗进行选择，备用。
5.根据权利要求2所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：所述步骤A4具体为：将丛枝菌根真菌接种剂和扩繁培养基质混合，并补充营养液，对宿主植物苗进行培养。
6.根据权利要求2所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：所述步骤A5具体为：选取宿主植物的根测定菌根侵染率以及培养基基质测定孢子数，将根剪碎，并和培养基基质混匀，晾干，制得丛枝菌根真菌菌剂。
7.根据权利要求1所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，水生植物接种丛枝菌根真菌菌剂的步骤为：制备水生植物无菌苗，接种丛枝菌根真菌菌剂，采用霍格兰营养液无菌水进行对水生植物进行盆栽培养，然后测定丛枝菌根真菌对水生植物的侵染率。
8.根据权利要求1所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，取浸染率在30％以上的菌根植物，将菌根植物移栽于建好的生态浮床，得到菌根生态浮床。
9.根据权利要求1所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤(1)中，丛枝菌根菌种为摩西管柄囊霉和地表球囊霉中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的利用菌根植物修复水环境污染的方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤(2)中，所述水生植物为美人蕉、再力花、芦苇和旱伞草中的至少一种。
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