重金屬抗性植物促生細(xì)菌提高能源植物耐受與富集土壤重金屬機(jī)制研究.pdf

1、土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是人類賴以生存的寶貴自然資源。然而，由于礦山開采與冶煉、化肥農(nóng)藥大量使用、農(nóng)田污灌以及固體廢棄物施用等人類活動，土壤作為環(huán)境的主要載體之一受重金屬污染越來越嚴(yán)重。在重金屬污染修復(fù)技術(shù)中植物修復(fù)以其綠色廉價、操作簡單的特點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)，大量活躍的根際微生物和植物內(nèi)生細(xì)菌可通過多種作用方式影響重金屬污染環(huán)境中植物的生長和重金屬吸收，從而影響植物對重金屬的修復(fù)效率。微生物提高植物重金屬抗逆性、強(qiáng)化植物修復(fù)的作用

2、及其機(jī)制研究工作的開展，將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)。
　　本文選取實(shí)驗(yàn)室保藏的具有ACC脫氨酶活性、產(chǎn)IAA、鐵載體和溶磷能力的重金屬抗性菌株BurkholderiacepaciaJ62、PseudomonasthivervalensisY1-3-9和MicrobacteriumoxydansJYC17，研究其在盆栽和田間條件下對重金屬耐性能源植物油菜、玉米生長和富集重金屬的

3、影響，采用變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)的方法研究供試菌株對油菜和玉米根部內(nèi)生、根際和非根際土壤細(xì)菌群落的影響，同時采用油菜表達(dá)譜基因芯片的方法研究了菌株和重金屬Cd脅迫對油菜基因表達(dá)的影響。
　　結(jié)果表明，油菜品種秦油7號和中油雜8號在100mg.kg-1Cd污染土壤中，油菜莖部、葉部Cd含量分別達(dá)到171.4、228.86mg.kg-1和138.7、218.0mg.kg-1，地上部Cd積累量超過根部積累量，即轉(zhuǎn)移系數(shù)＞1

4、，達(dá)到超積累植物標(biāo)準(zhǔn)要求。菌株BurkholderiacepaciaJ62、PseudomonasthivervalensisY1-3-9與接滅活菌株對照處理相比，在不同Cd濃度條件下均能提高油菜秦油7號的生物量，緩解Cd對油菜的脅迫，提高率從3.82％到52.09％。在50、100mg.kg-1Cd濃度條件下，菌株J62、Y1-3-9均能提高油菜富集Cd的總量，積累量與對應(yīng)接滅活對照相比增加比例從6.70％到40.60％，菌株J62、

5、Y1-3-9同時能活化土壤水溶態(tài)Cd，根際土壤增加了37.00％至70.30％，非根際土壤增加了5.26％至73.00％。通過變性梯度凝膠電泳(DGGE)研究了菌株J62、Y1-3-9的定殖及其對油菜根部內(nèi)生、根際和非根際土壤細(xì)菌群落組成的影響，結(jié)果表明菌株J62、Y1-3-9能良好定殖于油菜根部和根際土壤，成為根部內(nèi)生可培養(yǎng)細(xì)菌的優(yōu)勢種群，通過DGGE圖譜的CCA分析發(fā)現(xiàn)菌株J62、Y1-3-9能對油菜根部內(nèi)生、根際可培養(yǎng)細(xì)菌群落產(chǎn)生

6、顯著影響，非培養(yǎng)細(xì)菌群落影響較可培養(yǎng)細(xì)菌影響要小。
　　采用油菜表達(dá)譜基因芯片的方法研究了油菜中油雜8號修復(fù)土壤重金屬過程中促生細(xì)菌BurkholderiacepaciaJ62對油菜根部和葉部基因表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)在無污染條件下菌株J62使根部共733個基因差異表達(dá)，其中271個基因上調(diào)表達(dá)，462個基因下調(diào)表達(dá);葉部761個基因差異表達(dá)，其中257個基因上調(diào)表達(dá)，504個基因下調(diào)表達(dá);在100mg.kg-1Cd污染條件下菌株J62

7、使根部共1173個基因差異表達(dá)，其中567個基因上調(diào)表達(dá)，606個基因下調(diào)表達(dá);葉部1490個基因差異表達(dá)，其中696個基因上調(diào)表達(dá)，794個基因下調(diào)表達(dá)。對這些基因進(jìn)行歸類分析，發(fā)現(xiàn)這些差異基因分為19類，其中涉及油菜生長過程中代謝過程、細(xì)胞過程、刺激反應(yīng)和生物調(diào)節(jié)相關(guān)功能基因的變化是差異基因變化的主要部分。這些差異基因中緩解氧化脅迫、植物激素合成、金屬離子結(jié)合、逆境脅迫反應(yīng)等相關(guān)基因在植物耐受重金屬中起到重要作用。
　　選取南

8、京九華山Cu礦廢棄地周邊污染農(nóng)田作為田間試驗(yàn)地點(diǎn)，研究了促生細(xì)菌BurkholderiacepaciaJ62、PseudomonasthivervalensisY1-3-9和MicrobacteriumoxydansJYC17在田間條件下對能源植物油菜和玉米修復(fù)土壤重金屬的影響。發(fā)現(xiàn)菌株J62、Y1-3-9和JYC17能提高油菜、玉米的生物量，提高比例從2.5％至119.4％，同時Cu積累量提高1.25％至210.20％。菌株Y1-3-