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土壤的重金属污染具有隐蔽性或潜伏性、不可逆性和长期性，并且污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，因此，治理和恢复的难度大。在我们周围的环境中存在不同的微生物类群，当它们受到外界的压力，如高温、辐射、不适当的酸碱环境、化学污染、干旱等等胁迫时，将会促使微生物发展、衍生出适应环境变化的生存能力。因此在重金属污染的土壤环境中不乏存在对重金属具有耐受性的菌种。基于这一背景，本研究着眼于重金属污染严重的广东大宝山矿区土壤，拟从污染土壤中筛选出具有耐受镉污染的微生物菌株，研究探讨这些从重金属污染环境所筛选出来的菌株对重金属镉的耐受性，检测这些菌株对重金属镉的吸附能力；同时对这些菌株的分类地位和生物学特性进行研究，为重金属污染环境的生物修复提供物质基础和理论依据。本研究主要开展了以下几方面的工作：
1.大宝山重金属污染土壤细菌多样性分析
本研究通过16S rDNA-PCR—DGGE技术，评价了大宝山地区重金属污染对土壤微生物种群多样性的影响，并对优势种群进行了分析研究。结果表明，重金属复合污染最重土壤与未污染土壤相比较，在微生物群体结构、多样性以及物种丰度、优势种群方面都发生了明显改变。8与11两个未污染土样没有明显的优势种群，而重金属污染土壤的生物多样性减少，并有明显的优势种群呈现。6号土样为Cd污染较严重的，但其DGGE图谱分离条带较多，生物丰富度高且有明显的优势种群。对不同土壤的优势条带进行切胶回收，克隆测序，结果表明重金属污染土壤中的优势菌大多数为未培养菌(Uncultured bacterica)，其主要优势菌群为α—变形菌纲(alpha proteobacterium)，劳尔氏菌属(Ralstonia)，产卟啉菌属(Porphyrobacter)，Pseudochrobactrum，酸杆菌门(Acidobacteria)，链霉菌属(Streptomyces)，无色杆菌属(Achromobacter)。
2.耐镉细菌的分离筛选与鉴定
根据土壤微生物多样性分析结果，选取重金属污染严重，生物丰富度高且优势条带多的6号土样、Uncultured Acidobacteria为优势种群的1号土样和Streptomyces sp。为优势种群的4号土样，进行耐镉细菌的分离筛选。采用选择性培养基，从大宝山重金属污染土壤中筛选到9株较高耐镉细菌：J1、YN—6、YN—7、YN—8、YN—9、YN—16、YN—17、YN—18、YN—19。扫描电镜和透射电镜观察表明，尽管这些菌体形态存在较大差异，但在菌体周围都能观察到粘液或颗粒状物质存在。通过形态、生理生化、16SrDNA序列分析三个方面进行了分类鉴定，结果初步表明这9种菌株分属于Burkholderia sp.，Rhizobium sp.，Mitsuaria sp.，Ralstonia sp.，Methylobacterium sp.，Variovorax sp.，Achromobacter sp.和Leifsonia sp.。
3.耐镉细菌的生物学特性研究
对分离筛选到的耐镉细菌进行了生长曲线的测定，耐不同的pH和盐离子浓度的测定。结果表明，不同的供试菌生长势都比较旺盛，但生长延滞期与稳定都差别较大。供试菌在pH4.0-9.0都可以生长。不同耐镉细菌能使培养液的pH发生不同程度的变化：其中J1、YN—17，19三个供试菌可能产生酸性物质，能使其培养液的pH值下降3—4个数量级，其中J1菌株可使培养液中的pH降至3.5左右。但YN—8与18却能使培养液的pH值上升。所有供试菌都可以在1.0％和2.0％的NaCl浓度下正常生长，其中YN—19、J1在5.0％和7.0％浓度也可生长，明显具有耐较高渗透压的能力。以上的数据均说明，从重金属污染的土壤中分离的几株耐镉菌适应环境的能力都比较强。
4.耐镉细菌对镉离子的耐受机理研究
长期曝露在重金属污染环境中的微生物对重金属和抗生素具有一定的抗性。抗生素抗性试验表明，供试菌对四种抗生素Amp、Kn、Cat、Str表现出的抗性特征有明显差异。其中，YN—18、J1菌对四种抗生素都有抗性，且两株耐镉菌在四种抗生素初始浓度的两倍高浓度下也有抗性，且菌体生长良好。镉耐受性试验结果表明，筛选得到的耐镉细菌对重金属镉都有较高的耐受性，测试的9株耐镉细菌都可以在含3mmol/L的镉离子的培养液中生长。其中J1菌对重金属镉具有很高的耐受性，其最低抑制浓度MIC(minimal inhibitory concentration)值为22 mmol/L。通过原子吸收方法，测定了耐镉细菌对重金属镉的吸附能力。试验结果表明，所分离的9株耐镉细菌，其吸附率在60％—75％之间，每克干细胞都可以吸附60 mg以上的镉。
5.高耐镉菌株J1的系统研究
J1菌株是一株对镉离子具有高耐受性的菌株，在重金属污染土壤的微生物修复中可能具有较好的应用潜力。J1(GenBank登陆号为：FJ210816.1)与Burkholderiasoli sp. nov．的16S rDNA序列同源性为99.0％，DNA—DNA杂交结果为25.0％，这表明该菌株是一株新的菌种。为此对该菌株进行了较为详细研究。菌株的菌落形态：在MGY培养基中的菌落先呈淡粉色后逐渐转为乳白色，菌落圆形，凸起皱缩，边缘不整齐；而在NA中菌落呈蓝灰色。该菌为革兰氏阴性菌，菌体大约宽0.5-0.6μm，长1.3—1.8μm，短杆状，透射电镜观察，菌体内部有较多颗粒状物质。在添加了Cd2+的MGY固体培养基中会出现枝状紫色结晶。醌型测定、脂肪酸含量测定以及Biolog碳源利用的结果表明：J1主要醌型为泛醌—8；主要的脂肪酸为C16：0，其含量为25.05％和C18：1ω7c，含量为17.06％；能够很好利用GN检测板上的52种碳源。经气相色谱/质谱仪(GC—MS)测定，初步确定J1菌所产酸类为聚β—羟基丁酸。并通过红外光谱分析，对其与重金属镉的作用机理进行了研究。结果表明J1菌吸附重金属镉的机制主要是靠细胞表面的氨基、羧基、磷酸基团作用的，菌体产生低分子量有机酸与Cd2+可发生络合或螯合作用，同时该菌的红外光谱中有聚羟基丁酸脂PHB(polyhydroxybutyrate，PHB)的特征吸收峰，初步推断J1菌细胞内积累的大量颗粒状物质为PHB。