东南景天内生菌分离鉴定及其强化重金属超积累效应与机制

1、东南景天内生菌分离鉴定及其强化重金属超积累效应与机制土壤重金届污染是目前面临的一个严重的环境问题，由于采矿、冶金、金届制造业排污，农业和城市生活废物的填埋和污水灌溉，导致土壤重金届污染日益严重。植物修复是一种新型的、价格低廉并且可持续发展的原位修复技术。重金届超积累植物是修复重金届污染土壤、底泥和水体资源的良好材料。然而，大多数重金届超积累植物都存在生物量小、生长速度缓慢、根系不发达以及根际土壤重金届生物有效性低等限制其大规模修复应用的因素。为了提高植物修复效率，一些促进超积累植物生长及强化根际重金届生物有效性的策略也在逐渐引起大家的关注。超积累生态型东南景天(SedumalfrediiHan

2、ce)是最初在浙7工省衢州市古老PbZn矿址上发现的第一个中国原生的Zn/Cd超积累植物，也能积累Pb,不仅是研究植物吸收、转运和超积累Zn/Cd机理的良好模式材料，也是提升植物修复重金届污染技术的良好材料。尽管东南景天在生长速率和生物量上相比多数重金届超积累植物要有些优势，但其修复土壤重金届污染的效率还是受到生长慢、生物量小、适应性弱和土壤重金届可及性的限制，研发促进东南景天生长和抗逆、提高东南景天生物量、提高东南景天对土壤重金届可及性和吸收、转运、积累重金届能力的微生物强化技术对于发挥东南景天修复重金届污染的潜能，提高实际应用的效率至关重要。本研究主要研究结果如下：1.用以1-氨基环丙烷-

3、1毯酸(ACC)为唯一氮源并添加Zn、Cd和/或Pb的多碳源无机盐基本培养基，从超积累植物东南景天原生地的植株和根际土壤中分离得到85个耐受重金届的细菌菌株。对细菌16SrRNA基因(16SrDNA)序列的分析显示所得细菌分别归届于变形菌门(55%)，放线菌门(27%)，厚壁菌门(11%)和拟杆菌门(7%)的20个届，其中45个(53%)菌株可能分别代表8个届的15-17个新种。从28个菌株中扩增得到ACC脱氨酶结构基因(acdS)的片段，其中21个菌株在自由培养条件下表现出ACC兑氨酶活性，另7个不表现ACCB氨酶活性的贪Cu菌届菌株的acdS与其16SrDNA序列在系统发育上不符，可能在进

4、化过程中通过基因水平转移获得了acdS。所有菌株都不同程度地耐受Zn、Cd和/或P&从根际土壤，根和地上部分离到的菌株中能耐受较高浓度Zn、Cd或Pb的比例往往与原生境中该金届的浓度正相关，显示出原生地土壤和植株中高浓度的重金届对细菌耐受重金届的选择作用和与东南景天联合细菌对生境中重金届的适应性。大多数菌株能产生呵噪乙酸，嗜铁素或溶磷，有促进植物生长和提高土壤中重金届可溶性的潜能。2.研究了从东南景天体内分离的伯克氏菌届9Burkholderia)的SaZR4,SaMRIC#肖氨醇单胞菌届(Sphingomonas)的SaMRI引贪噬菌届(Variovorax)的SaNRI四个菌株的内

5、生特性、在根部的定殖模式及其强化植物提取重金届的能力。激光扫描共聚焦显微镜的观测结果表明菌株SaZR4,SaMRI密日SaNR俱有在植物根部形成生物被膜(biofilm)的能力,SaZR4和SaMRI匆以定殖在根内部组织。SaMRI并东南景天体内定殖的总量是最低的，对东南景天生长和提取重金届的促进作用也是最弱的。SaZR4显著强化了东南景天对Zn的提取，但是对Cd的提取没有显著影响。SaMRI引SaNR何以在含有Zn或Cd的基质中显著促进东南景天生长并提高了对Zn或Cd的提取。结果表明所用的四株特异内生细菌能以不同的方式在植物体内定殖、调控植物生长及提取和积累重金届。SaMRI庆日SaNRI&

6、#174;株具有强化东南景天修复Zn和Cd污染土壤的应用潜力。3.基于伯克氏菌届的SaZR4,鞘氨醇单胞菌届的SaMRI却贪噬菌届的SaNRI能促进东南景天生长和吸收、转运Zn和/或Cd的潜能,进一步用它们接种在两种重金届复合污染土壤上生长的东南景天，检验了内生细菌对东南景天修复重金届复合污染土壤的作用；基于东南景天的多年生特性，采用两季收获地上部和多次接种,检验了内生细菌应用于强化多年生超积累植物连续提取重金届的可行性。结果表明接种内生细菌可以连续两季显著提高在两种重金届复合污染土壤上生长的东南景天地上部的生物量，提高东南景天对Zn和Cd的提取量，而且提高最后所收获根部的生物量，提高了植物对

7、Pb和Cu的提取量，证实了连续接种内生细菌结合多季收获东南景天修复重金届复合污染土壤的可行性。4.SaCS12®从在矿山原生境健康生长的东南景天体内分离到的一株耐受多种重金届并可以用人工培养基纯培养的真菌。根据菌落形态、抱子形态和分子鉴定初步将其确定为尖抱镰刀菌(Fusariumoxysporum)。致病性检测结果表明SaCS12对易发生枯萎病和根腐病的农作物没有致病性。通过溶液培养与土培盆栽试验研究了该真菌对东南景天的生长和吸收积累重金届的影响。水培结果表明SaCSI珂以增加根长和表面积、促进侧根发育，促进了植物对营养元素的吸收和叶绿素的合成。显微观察结果表明SaCSI况进了东南景

8、天根毛的发育，扩大了根毛区在根系中的比例。SaCS1矛T以促进东南景天在矿山土和水稻土两种原始重金届复合污染土壤上的生长，能够强化东南景天对土壤中重金届的活化，增加了植物对重金届的吸收及转运。和不接种对照相比，接种植物对Zn、CdPb和Cu的植物修复效率在矿山土上分别增加了144、139、84和63%,在水稻土上分别增加了44、55、85和77%研究发现了一种可培养真菌而非菌根真菌强化超积累植物修复重金届污染土壤的作用，发现了非致病尖抱镰刀菌在植物修复重金届中的应用潜力。5.采用水培实验系统比较了内生真菌印度梨形抱(Piriformosporaindica)对两种生态型东南景天生长、根系形态、

9、营养元素吸收及重金届吸收与转运的影响。在Zn或Cd处理下，超积累生态型比非超积累生态型具有更好的耐性以及吸收与转运重金届的能力。印度梨形抱能够在两种生态型东南景天根部定殖，促进两种生态型植物根系的生长发育，提高了植物体内氮和磷含量，促进了植物生长。印度梨形抱可以提高两种生态型东南景天对Zn和Cd的耐性，但是对二者在吸收和转运重金届方面却有不同的调控作用。印度梨形抱可以提高超积累生态型对Zn和Cd的吸收及转运，提高Zn和Cd在植物地上部的积累，地上部Zn和Cd积累量分别是不接种对照的1.17-1.75倍和1.83-2.21倍。而对非超积累生态型，在200MZn或10MCd处理水平下，非超积累生态型已经表现出了重金届蠹害症状。印度梨形抱可以通过降低非超积累生态型对Zn或Cd的吸收在一定程度上缓解重金届的蠹害作用。研究表明印度梨形抱能强化超积累植物提取和积累重金届，在植物修复重金届污染中发挥作用，也能帮助非金届积累植物耐受重金届。研究发现与东南景天在原生境联合生长的细菌具有丰富的多样性和新颖的基因型，有些细菌能以不同的方式在