植物促生细菌强化能源植物修复铜污染土壤效应及其机制研究

【摘要】矿区废弃地重金属污染问题日益严重,植物修复被认为是成本低廉、操作简单、环境友好的土壤重金属污染修复技术。但超积累植物生长慢生物量小,土壤中重金属的生物有效性低,制约了植物的修复效率。许多微生物可通过多种方式影响植物的生长和土壤重金属的形态以及植物对土壤重金属的耐受、富集,从而影响植物对重金属的修复效率。因此,筛选优良的植物促生菌株,寻找稳定高效的能源植物-细菌修复体系,研究其相互作用方式,不仅对深入理解重金属污染环境中植物-微生物相互作用机制有重要的意义,并可为发展能源植物-微生物联合修复重金属铜污染土壤提供理论依据和新的技术途径。分离到16株产IAA和铁载体的菌株,考察其ACC脱氨酶、溶磷、固氮等促生特性,从土壤中筛选到TCl菌株,从胡枝子(Lespedezabicolor.Turcz)中筛选到TGL2菌株,并从实验室保藏的菌株中选择W33菌株作为后续试验的供试菌株。研究了三株供试菌株的生理生化和植物促生特性,并通过16SrRNA基因序列测定与分析,将3株供试菌株鉴定为Arthrobactersp.、Rhizobiumspp.2个属。在摇瓶条件下研究了供试菌株对碱式碳酸铜和土壤中不溶性铜的活化作用,发现菌株TC1、TGL2对碱式碳酸铜的活化均具有较强的作用,接菌处理的培养液中Cu2+含量分别比对照显著增加了622.8%、630.6%,达到48.9mg·L-1、49.4mg·L-1;菌株TC1、TGL2对土壤中不溶性铜也具有一定的活化作用,接菌处理的土壤水溶性Cu含量分别比对照显著性提高47.3%、55.6%。通过土壤盆栽试验研究了菌株对紫花苜蓿(Medicagosativa)生长及富集Cu效应的影响。研究发现,两株根瘤菌TGL2、W33均能显著地促进苜蓿的生长,其中接种TGL2促进紫花苜蓿地上部和根部生物量分别提高了183.8%、214.4%；接种W33促进紫花苜蓿地上部和根部生物量分别提高了243.5%、269.3%;与对照比,三株供试菌株TC1、TGL2、W33处理分别显著提高苜蓿全株铜富集量达28.8%、237.8%、258.7%。通过土壤盆栽试验研究了供试细菌在铜胁迫条件下促进油菜(BrassicanapusL.)和杂交狼尾草(PennisetumamericanumxP.pulpureum)吸收富集Cu效应。发现供试菌株促进油菜生物量的增加和提高Cu含量的效果均好于狼尾草。接种菌株TC1、W33分别显著提高油菜地上部生物量达24.6%、26.5%,分别显著提高油菜根部生物量达25.0%、24.6%。接种菌株TC1显著提高油菜根部铜含量24.0%；接种菌株W33分别显著提高油菜地上部和根部铜含量24.2%、37.1%。菌株TCl、W33分别显著提高油菜总Cu吸收量达39.7%、59.1%。通过对油菜生理代谢和根际土壤理化性质的研究发现,三株供试菌株均能显著提高油菜根际土壤中水溶性K含量。菌株W33显著提高了油菜叶绿素含量。菌株TC1促进油菜根内苹果酸的含量显著提高了393.7%,根内丁二酸的含量显著提高了341.9%；菌株TGL2促进油菜根内柠檬酸的含量显著提高了299.5%；菌株W33促进油菜根内丁二酸的含量显著提高了438.2%。通过PCR-DGGE手段研究了接种供试菌株处理后油菜根际土壤和根内生细菌的群落结构的变化情况。发现接种的供试菌株均能较好的定殖于油菜的根际和根内；接菌对根际土壤中微生物群落结构的影响不明显,但是对于油菜根内生细菌的群落结构产生了一定的影响。Proteobacteria(变形菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)和Actinobacteria(放线菌门)是油菜根际及根内生细菌的优势菌群。
【作者】胡志伟；
【导师】何琳燕；
【作者基本信息】南京农业大学，微生物学，2013，硕士
【关键词】植物促生细菌；植物修复；能源植物；重金属铜；

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