微生物共接种促进尾矿修复

《Microbial Ecology》：Co-inoculation of Cyanobacteria and Fungi Promotes Induced Biocrust Formation and Stabilization of Quartz Sand Tailings

　　

摘要

生物结皮的诱导越来越多地被探索用于稳定矿山尾矿，但驱动生物结皮组装的微生物相互作用，尤其是蓝细菌与真菌之间的相互作用，在很大程度上仍未被表征。在本研究中，五种蓝细菌菌株（Nostoc sp.、Trichormus sp.、Tolypothrix sp.，以及两种Chroococcidiopsis sp.）和五种真菌菌株（Penicillium oxalicum、Purpureocillium lilacinum、Aspergillus clavatus、Penicillium brasilianum、Talaromyces wortmannii）被单独接种以及进行所有蓝细菌-真菌共接种组合测试，接种于石英砂尾矿上。经过90天的培养，通过扫描电子显微镜（SEM）成像、叶绿素a和外多糖（EPS）产量、真菌丰度、表面水 repellency（WDPT）、诱导生物结皮厚度以及沉积物渗透阻力来评估诱导生物结皮的形成。SEM成像揭示了成功的定殖、有效的沉积物颗粒结合和EPS介导的稳定化。共接种效应取决于特定的蓝细菌-真菌组合。某些共接种组合导致叶绿素a、EPS和水 repellency 的显著增强（例如 Tolypothrix sp. 与 Penicillium oxalicum 的组合），以及诱导生物结皮厚度的增加和沉积物稳定性的小幅提升（例如 Trichormus sp. 与 Purpureocillium lilacinum 的组合），远超单一蓝细菌接种的效果。相反，其他蓝细菌-真菌组合影响甚微甚至导致显著降低（例如 Tolypothrix sp. 与 Penicillium brasilianum 或 Talaromyces wortmannii 的组合），反映出共接种益处对所研究生物结皮形成微生物兼容性的强烈依赖。相关性分析显示，叶绿素a和LB-EPS彼此以及与WDPT呈正相关，而诱导生物结皮厚度与WDPT、叶绿素a和沉积物渗透阻力呈负相关，表明诱导生物结皮功能特征之间存在对比响应。总体而言，共接种在特定组合中促进了协同相互作用，显著增强了诱导生物结皮的形成和沉积物的稳定化。这些结果表明，定制的蓝细菌-真菌联合体可以成功建立诱导生物结皮并改善退化的矿山尾矿，为退化底质的修复提供了一种有效的诱导生物结皮促进策略。