文献分享 | 苏云金芽孢杆菌和醋酸钙不动杆菌对重金属污染土壤微生物修复的有效性及其机制研究
2018年，由北京普瑞亿科科技有限公司研发的PRI-8800全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，一经推出便得到了广泛关注。该系统在土壤有机质分解速率、Q10及其调控机制方面提供了一整套高效的解决方案，为科研人员提供室内变温培养模拟野外环境的条件，让科研可以更广、更深层次地开展。目前以PRI-8800为关键设备发表的相关文章已达43篇，其中2026年发表文章4篇。
今天与大家分享的是哈尔滨师范大学地理科学学院的一篇文章，内容是以苏云金芽孢杆菌和醋酸钙不动杆菌为对象，探究其在镉/铅复合污染土壤中的微生物调控机制的研究。
作者单位：哈尔滨师范大学地理科学学院
发表期刊：Journal of Hazardous Materials Advances，IF2025 = 7.7，在 2026 年中科院新锐期刊分区中为大类环境科学与生态学 2 区期刊。
发表日期：2026.03.09
利用微生物修复技术治理重金属污染土壤，是一种环境友好的可持续修复策略。本研究以苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）和醋酸钙不动杆菌（Acinetobacter calcoaceticus）为对象，探究其在镉/铅复合污染土壤中的微生物调控机制。为期45天的培养试验结果表明，两菌联合处理可实现镉的快速固定，其中高剂量苏云金芽孢杆菌组在第30天对生物有效态镉的固定率超过80%。土壤pH升高与重金属生物有效性降低之间呈显著负相关，镉、铅生物有效性与土壤pH的斯皮尔曼相关系数介于-0.505～-0.605之间（P < 0.01），凸显了碱化过程的关键调控作用。CO2通量在培养初期达到峰值，其变化趋势与脲酶活性在时间序列上高度一致。机理验证实验表明，脲酶与碳酸酐酶协同驱动碳酸盐沉淀反应，促使重金属转化为稳定的矿物相。X射线衍射（XRD）及扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）结果显示，沉淀区域存在晶相的原位生成，且钙、铅、镉元素在空间上呈现共定位特征。基于上述结果，本研究提出了包含酶促pH升高、碳酸盐基质诱导及重金属-锰复合相形成在内的三阶段协同作用机制，为微生物驱动的原位重金属钝化提供了理论支撑与实践参考。
长期实验：供试土壤采自大兴安岭多年冻土区（初始pH 5.85）。外源添加Cd(CH3COO)2·2H2O和Pb(CH3COO)2·3H2O，分别溶于去离子水后均匀喷洒于过2 mm筛的土壤，使有效态Cd、Pb浓度分别达到15 mg/kg和1000 mg/kg。经2个月自然老化稳定重金属形态后，开展45天实验。于第1–7天、第10天、第15、20、25、30、35、40、45天同一时间监测CO2通量。采用PRI-8800全自动变温土壤培养温室气体分析系统（北京普瑞亿科）测定：将均质化土壤样品置于150 mL聚乙烯瓶中，设定土壤干重、高度等参数，于37°C黑暗条件下预培养30 min，待气体平衡后密封样品并连续分析5 min。通量由仪器自动计算，以μg C·g-1·d-1为单位输出。每处理设3次重复。
短期实验：供试土壤采自山东省聊城市某矿山污染场地，初始条件为：pH 8.67，生物有效态Cd 1.12 mg/kg，Pb 160 mg/kg。实验为期7天，每日同一时间监测土壤CO2通量，测定方法同前。
图1 长期实验：细菌处理和对照的土壤CO₂通量变化情况。处理组编号由菌株类型（A：苏云金芽孢杆菌；B：醋酸钙不动杆菌）、接种剂量（1：低剂量；2：高剂量）及菌剂剂型（Z：种子液；F：发酵液）组合而成。
图2 短期实验：第1至7天各加菌处理组与对照组的二氧化碳通量变化。处理组编号由菌株类型（A：苏云金芽孢杆菌；B：醋酸钙不动杆菌）、接种剂量（1：低剂量；2：高剂量）及菌剂剂型（Z：种子液；F：发酵液）组合而成。
相关研究成果以“Effectiveness and mechanism of microbial remediation of heavy metal-contaminated soil by Bacillus thuringiensis and Acinetobacter calcoaceticus”为题发表在国际SCI期刊Journal of Hazardous Materials Advances。
截至目前，以PRI-8800为关键设备发表的相关文章已达43篇，分别发表在10余种影响因子较高的国际期刊上——
数据来源：https://sci.justscience.cn/
很荣幸PRI-8800可以为这些高质量学术研究贡献一份力量，感谢各位老师对普瑞亿科产品的支持和信任。即日起，如果您成功发表文章，并且在研究过程中使用了普瑞亿科的国产仪器设备，请与我们公司联络，我们为您准备了一份小礼物，以感谢您对国产设备以及普瑞亿科的信任和支持！
为响应国家“双碳”目标，针对国内“双碳”行动有效性评估，普瑞亿科全新升级了PRI-8800 全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，结合了连续变温培养和高频土壤呼吸在线测量的优势，模式的培养与测试过程非常简单高效，这极大方便了大量样品的测试或大尺度联网的研究，可以有效服务科学研究和生态观测。PRI-8800的成功推出，为“双碳”目标研究和评价提供了强有力的工具。
土壤有机质分解速率（R）对温度变化的响应非常敏感。温度敏感性参数（Q10）可以刻画土壤有机质分解对温度变化的响应程度。Q10是指温度每升高10℃，Ｒ所增加的倍数；Q10值越大，表明土壤有机质分解对温度变化就越敏感。Q10不仅取决于有机质分子的固有动力学属性，也受到环境条件的限制。Q10能抽象地描述土壤有机质分解对温度变化的响应，在不同生态类型系统、不同研究间架起了一个规范的和可比较的参数，因此其研究意义重大。
以往Q10研究通过选取较少的温度梯度（3-5个点）进行测量，从而导致不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题无法被克服。Robinson最近的研究（2017）指出，最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度的响应曲线可以有效解决上述问题。PRI-8800全自动变温土壤温室气体在线测量系统为Q10的研究提供了强有力的工具，不仅能用于测量Q10对环境变量主控温度因子的响应，也能用于测量其对土壤含水量、酶促反应、有机底物、土壤生物及时空变异等的响应。PRI-8800为Q10对关联影响因子的研究，提供了一套快捷、高效、准确的整体解决方案。
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可设定恒温或变温培养模式；
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温度控制波动优于±0.05℃；
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平均升降温速率不小于1°C/min；
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307mL样品瓶，25位样品盘；
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一体化设计，内置 CO2 H2O 模块；
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可外接高精度浓度或同位素分析仪。
为了更好地助力科学研究，拓展设备应用场景，普瑞亿科重磅推出「加强版」PRI-8800——PRI-8800 Plus全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统。
选型推荐：
1）原状土冻融过程模拟：气候变化改变了土壤干湿循环和冻融循环的频率和强度。这些波动影响了土壤微生物活动的关键驱动力，即土壤水分利用率。虽然这些波动使土壤微生物结构有少许改变，但一种气候波动的影响（例如干湿交替）是否影响了对另一种气候（例如冻融交替）的反应，其温室气体排放是如何响应的？通过PRI-8800 Plus 的冻融模拟，我们可以找出清晰答案。
2）湿地淹水深度模拟：在全球尺度上湿地甲烷（CH4）排放的温度敏感性大小主要取决于水位变化，而二氧化碳（CO2）排放的温度敏感性不受水位影响。复杂多样的湿地生态系统不同水位的变化及不同温度的变化如何影响和调控着湿地温室气体的排放？我们该如何量化不同水位的变化及不同温度的变化下湿地的温室气体排放？借助PRI-8800 Plus，通过淹水深度和温度变化的组合测试，可以查出真相。
3）温度依赖性的研究：既然温度的变化会极大影响土壤呼吸，基于温度变化的Q10研究成为科学家研究中重中之重。2017年Robinson提出的最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度响应曲线的建议，将纠正以往研究人员只设置3-5个温度点(大约相隔5-10℃)进行呼吸测量的做法，该建议能解决传统方法因温度梯度少而导致的不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题，更能提升不同的理论模型或随后模型推算结果的准确性。而上述至少20个温度点的设置和对应的土壤呼吸测量，仅仅需要在PRI-8800 Plus程序中预设几个温度梯度即可完成多个样品在不同温度下的自动测量，这将极大提高科学家的工作效率。
除了上述变温应用案例外，科学家还可以依据自己的实验设计进行诸如日变化、月变化、季节变化、甚至年度温度变化的模拟培养，通过PRI-8800 Plus的“傻瓜式”操作测量，将极大减少科学家实验实施的周期和工作量，并提高了工作效率。
PRI-8800 Plus除了具有上述变温培养的特色，还可以进行恒温培养，抑或是恒温/变温交替培养，这些组合无疑拓展了系统在不同温度组合条件下的应用场景。
4）水分依赖性的研究：多数研究表明，在温度恒定的情况下，Q10很容易受土壤含水量的影响，表现出一定的水分依赖特性。PRI-8800 Plus可以通过手动调整土壤含水量的做法，并在PRI-8800 Plus快速连续测量模式下，实现不同水分梯度条件下土壤呼吸的精准测量，而PRI-8800 Plus的逻辑设计，为短期、中期和长期湿度控制条件下的土壤呼吸的连续、高品质测量提供了可能。
5）底物依赖性的研究：底物物质量与Q10密切相关，这里的底物包含不限于自然态的土壤，如含碳量，含氮量，易分解/难分解的碳比例、土壤粘粒含量、酸碱盐度等；也可能包含了某些外源底物，如外源的生物质碳、微生物种群、各种肥料、呼吸促进/抑制剂、同位素试剂等。通过PRI-8800快速在线变温培养测量，能加速某些研究进程并获得可靠结果，如生物质炭在土壤改良过程中的土壤呼吸研究、缓释肥缓释不同阶段对土壤呼吸的持续影响、盐碱土壤不同改良措施下的土壤呼吸的变化响应等等。
6）生物依赖性的研究：土壤呼吸包含土壤微生物呼吸（>90%）和土壤动物呼吸（1-10%），土壤微生物群落对Q10影响重大。通过温度响应了解培养前后的微生物种群和数量的变化以及对应的土壤呼吸速率的变化有重要意义。外源微生物种群的添加，或许帮助科学家找出更好的Q10对土壤生物依赖性的响应解析。
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