植物促生細(xì)菌提高植物對(duì)鉛、鎘的耐受性及富集效應(yīng)研究.pdf

1、植物修復(fù)被認(rèn)為是成本低廉、操作簡(jiǎn)單的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)。大量活躍的根際微生物可通過多種作用方式影響重金屬污染環(huán)境中植物的生長(zhǎng)和對(duì)重金屬的吸收，從而影響植物對(duì)重金屬污染的修復(fù)效率。本文以細(xì)菌的鉛(Pb)鎘(Cd)耐受性，1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸脫氨酶(ACCD)活性及對(duì)植物苗期的促生效應(yīng)為指標(biāo)，篩選出對(duì)鉛鎘具有較強(qiáng)耐受性、對(duì)玉米具有促生能力的細(xì)菌菌株。研究細(xì)菌對(duì)重金屬鉛、鎘脅迫下植物生長(zhǎng)和富集鉛鎘的影響，并對(duì)細(xì)菌提高玉米重金屬耐受性的

2、機(jī)制進(jìn)行探討，以期為植物耐受重金屬機(jī)制的進(jìn)一步闡明和植物-微生物聯(lián)合修復(fù)途徑的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1、篩選出對(duì)鉛鎘具有較強(qiáng)抗性、對(duì)玉米具有促生能力的六株菌，經(jīng)生理生化特性和16S rDNA基因序列分析初步鑒定為Burkholderia cepacia J62、Rahnella sp. LR113、Microbacterium oxydans JYC17、Microbacterium foliorum G1

3、6. Enterobacteragglomerans J17-2a和Pseudornonas thivervalensis Y3-9；經(jīng)安全性試驗(yàn)表明供試菌株對(duì)作物無致病性。 2、研究六株菌與促生作用相關(guān)的生物學(xué)特性，結(jié)果表明：菌株J62、G16和Y3-9具有較高的ACCD活性；菌株J62、JYC17、J17.2a和Y3-9具有精氨酸脫羧酶活性；六株菌均能溶解磷酸鈣、產(chǎn)生鐵載體和分泌IAA。 3、研究六株菌與重金屬相關(guān)的

4、生物學(xué)特性，結(jié)果表明：菌株J62、LR113、J17-2a和Y3-9能在含Pb1000 mg.L-1或Cd50 mg.L-1的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，并對(duì)Cu、Zn和Ni具有抗性。六株菌能促進(jìn)碳酸鉛和碳酸鎘的溶解，使培養(yǎng)液中Pb2+比對(duì)照(0.051 mg.L-1)增加3.45-39.3倍、Cd2+由1.03mg.L-1增加至1.23 mg.L-1-127.53 mg.L-1。菌株J62和JYC17溶解碳酸鉛效果較好，菌株J62和J17-2a溶解

5、碳酸鎘效果最顯著。 4、以菌株J62和LR113為代表，研究細(xì)菌對(duì)鉛鎘的溶解機(jī)制和溶解-吸附動(dòng)態(tài)，結(jié)果表明：菌株生長(zhǎng)代謝產(chǎn)酸使培養(yǎng)液pH降低，促使培養(yǎng)液中Pb2+、Cd2+濃度增加，重金屬的溶解改變了細(xì)菌分泌的有機(jī)酸的種類和含量。菌株J62對(duì)碳酸鉛、鎘的增溶能力高于LR113，菌株LR113對(duì)鉛鎘的吸附能力強(qiáng)于J62。研究菌株對(duì)土壤中不溶性鉛、鎘的影響，菌株J62和LR113均能在土壤中存活，菌株J62對(duì)土壤重金屬鉛鎘的增溶能力

6、較強(qiáng)，能顯著提高土壤中水溶態(tài)鉛和鎘的濃度。 4、水培條件下研究細(xì)菌J62、JYC17和Y3-9對(duì)重金屬鉛、鎘脅迫下玉米生長(zhǎng)和富集鉛鎘的影響。結(jié)果表明，三株菌對(duì)玉米生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用。不加重金屬處理時(shí)，菌株J62和JYC17顯著促進(jìn)玉米生長(zhǎng)。Pb50、100 mg.L-1處理下，三株菌使玉米干重比對(duì)照增加25％-94％。Cd2、4 mg.L-1處理下，菌株使玉米根重比對(duì)照增加8％～102％，JYC17的促生作用最好。重金屬脅迫程度的

7、增加降低了菌株的促生效應(yīng)。接菌處理能提高玉米根部鉛、鎘的濃度，比對(duì)照增加17％～182％。菌株J62、JYC17和Y3-9均提高了玉米植株的鉛和鎘總積累量，使鉛鎘富集量分別比對(duì)照增加28～126％和47～130％，菌株J62和JYC17對(duì)玉米富集重金屬的促進(jìn)作用顯著。 5、研究菌株J62、JYC17扣Y3-9促進(jìn)玉米生長(zhǎng)、提高重金屬耐受性的機(jī)制，結(jié)果表明，供試菌株能在玉米根際和根內(nèi)定殖，接菌玉米根際和根內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量顯著高于不接菌

8、對(duì)照。接菌J62、JYC17和Y3-9降低了鉛、鎘脅迫下玉米的過氧化程度，使玉米根部尤其是鉛處理下超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性降低；使玉米葉片中抗氧化劑抗壞血酸(ASA)濃度顯著提高，比對(duì)照增加14％～123％；使Pb處理下還原型谷胱甘肽(GSH)含量增加；使丙二醛(MDA)含量明顯降低。供試菌株使玉米葉綠素含量提高，蘋果酸濃度顯著增加，使玉米內(nèi)源脯氨酸(Pro)濃度低于對(duì)照。采用透射電子顯微鏡研究菌株對(duì)玉米根部重

9、金屬鉛、鎘積累和分布的影響，結(jié)果表明供試菌株顯著改變了玉米根部細(xì)胞內(nèi)鉛的富集量和分布。與對(duì)照相比，接菌J62使玉米根部吸收的Pb顯著提高，接菌JYC17使鉛積累顆粒變大。不接菌對(duì)照的玉米根部鉛主要分布于細(xì)胞內(nèi)壁和細(xì)胞膜上，接菌處理均使鉛主要分布在細(xì)胞外壁和周質(zhì)空間中。接菌處理改變了鎘在玉米細(xì)胞中的分配，減輕了鎘對(duì)玉米細(xì)胞的傷害。在鎘處理的玉米根細(xì)胞內(nèi)觀察到供試細(xì)菌菌體的存在。 6、以既能提高土壤中鉛鎘遷移率、又能提高玉米對(duì)鉛鎘抗

10、逆性的菌株J62為試驗(yàn)菌株，盆栽條件下研究細(xì)菌對(duì)植物富集土壤Pb和Cd的促進(jìn)作用。由盆栽1的結(jié)果可知，菌株J62能促進(jìn)重金屬鉛鎘污染土壤中玉米和番茄的生長(zhǎng)，使地上部干重分別比對(duì)照增加54％和17％，根部干重增加75％和30％。接J62菌株促進(jìn)了植物根部對(duì)鉛和鎘的吸收，使印度芥菜、玉米和番茄根部的Pb濃度分別比對(duì)照增加27％、59％和31％，Cd濃度分別增加174％、31％和12％。接J62菌株顯著增加了玉米和番茄全株的重金屬吸收量，Pb

11、吸收量比對(duì)照增加85％和38％，Cd吸收量增加56％和61％。接J62菌株使植物根際土中抗Pb200 mg.L-1&Cd50 mg.L-1細(xì)菌和總細(xì)菌的數(shù)量遠(yuǎn)高于對(duì)照，并促進(jìn)了解鉀、溶磷和固氮細(xì)菌數(shù)量的增加；菌株J62能在植物根際定殖，在重金屬抗性平板中檢測(cè)到J62的存在。接J62菌株顯著提高了玉米和番茄根際交換態(tài)鉛、鎘的濃度；使根際土pH值低于對(duì)照，可溶性糖含量增加6％～40％；顯著提高印度芥菜和玉米根際草酸濃度和玉米、番茄根際乙酸濃

12、度，刺激印度芥菜和玉米根際土中丁二酸和番茄根際土中檸檬酸的產(chǎn)生。菌株J62自身的促生特性、對(duì)植物根際細(xì)菌、pH值、重金屬形態(tài)、有機(jī)酸及可溶性糖的影響可能是其促進(jìn)玉米和番茄富集鉛鎘的原因。盆栽2的結(jié)果與盆栽1基本一致，接菌J62顯著提高了玉米根部、葉部和全植株的干重；促進(jìn)了玉米根部對(duì)Cd、莖部對(duì)Pb和Cd的吸收，但降低了Pb和Cd向葉片轉(zhuǎn)運(yùn)的能力；顯著增加了玉米各器官的Pb富集量和玉米根、莖部的Cd富集量。綜合而言，菌株J62是一種良好的