天蓝苜蓿双接S.meliloti和A.tumefaciens后对Cu、Zn胁迫的响应

发布时间：2020-08-22 22:06

【摘要】：重金属污染土壤的生物修复必须克服重金属污染地区普遍存在的如残留重金属浓度较高、多种重金属复合污染、营养元素(如N、P)缺乏等难题。因此,本研究利用天蓝苜蓿为材料,将S.meliloti CCNWSX0020-天蓝苜蓿共生固氮这一重要的生理过程与铜、锌污染的修复相结合,从植物自身抗氧化酶系统、脂质过氧化水平、重金属吸收量、叶绿素含量及共生固氮能力响应的角度研究根瘤菌S.meliloti CCNWSX0020与促生菌A.tumefaciens CCNWGS0286共接菌提高植物铜、锌耐受性的机理,并进一步探索天蓝苜蓿-共接菌体系在重金属污染修复中的实际应用潜力。研究结果如下:1)不同浓度梯度Cu、Zn胁迫条件下,双接菌都能显著促进苜蓿的生长发育,增加生物量,促进天蓝苜蓿对Cu、Zn的富集,提高植物对重金属的耐受性且形成有效的共生体。促生结果表明,当Cu~(2+)、Zn~(2+)浓度达到400 mg.kg~(-1)时,双接S.meliloti和A.tumefaciens苜蓿的株高、根长、地上部分及根部生物量、根瘤数都表现出显著的提高。较单接S.meliloti或A.tumefaciens,双接种植株对Zn总吸收量分别增加89.22%、28.36%,对Cu总吸收量也显著提高154.11%、306.01%。进一步丰富了促生菌提高植物耐受中高度重金属和多种重金属复合胁迫的理论基础,也为环境污染严重地区的农业生产提供必要的理论依据。2)在高浓度400 mg.kg~(-1)1 Cu~(2+)和Zn~(2+)复合胁迫下,供试菌株S.meliloti和A.tumefaciens共接种植株,较不接菌处理株高、根长、地上干重、地下干重分别提高32.56%、14.06%、34.35%、31.21%。不同重金属浓度胁迫下,双接菌处理的天蓝苜蓿根部富集系数及Cu、Zn总吸收量都显著高于其他处理。并且双接菌植株在400 mg.kg~(-1)Cu~(2+)及Zn~(2+)胁迫下,其转移系数较不接菌处理分别显著降低80.24%、52.60%。所有胁迫条件下,双接菌处理下植物对重金属的转运系数都远远小于1,表明重金属主要积累在植物根部,相比于其他接菌处理更少的Cu、Zn被转运到地上部分。对植物叶绿素含量进行测定发现,在400 mg.kg~(-1)1 Cu~(2+)及Cu~(2+)、Zn~(2+)双重胁迫下,与未接菌植株相比,双接菌植株叶绿素含量分别提高93.39%、147.89%。表明双接种的天蓝苜蓿能够耐受更高浓度的重金属胁迫,这也显示了天蓝苜蓿-共接菌体系在植物固定技术中的应用潜力及安全性。3)通过对天蓝苜蓿抗氧化酶活系统的测定分析,结果表明,共生体系发育不同阶段,高浓度Cu、Zn胁迫都导致植物体内MDA大量积累,并且在不接菌植株中积累量最高。不同重金属浓度胁迫下,双接菌植株无论是根部还是地上部分MDA含量在接菌8天以后显著低于不接菌植株,并且较单接菌植株也有不同程度的降低。同一重金属浓度下,双接菌处理的植株SOD、CAT、POD和APX高于单接菌处理。Cu、Zn复合污染导致天蓝苜蓿抗氧化酶活系统遭到严重损伤,较单一Cu胁迫植物抗氧化酶SOD、CAT、POD和APX均有所降低。4)在200 mg.kg~(-1)1 Cu~(2+)处理下不同接菌处理根瘤数无显著变化,但双接菌植株的固氮酶活较单接S.meliloti提高15.55%。而在400 mg.kg~(-1)1 Cu~(2+)及Cu~(2+)、Zn~(2+)双重胁迫下,S.meliloti及A.tumefaciens双接菌植物的结瘤数及固氮酶活较单接菌都有了显著的提高,从而导致双接菌植株无论地上部分或地下部分N含量都是最高的。从根瘤石蜡切片可以看出,随着基质重金属浓度的增加,根瘤组织内含菌细胞数不断减少。同一胁迫条件下,双接菌植株形成的根瘤内侵染细胞的数量明显高于单接S.meliloti的根瘤。表明二者协同作用可以促进根瘤菌在Cu、Zn污染基质中对宿主植物成功入侵并形成有效的共生体系,从而促进豆科植物生长、结瘤和固氮,同时减缓植物受到的胁迫。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;Q945.78
【图文】：

重金属,机制,豆科植物,根瘤菌

图 1-1 植物-微生物联合修复重金属的整体机制(Kumar et al. 2017)Figure 1-1 Overall mechanism of plant-microorganism combined remediation of heavy me 接种豆科植物在金属胁迫土壤中的作用多年来，根瘤菌一直被用作豆科植物接种剂，作为一种可行的、环境友好的害的、廉价的化肥替代品可用来优化不同生态地区的生产。根瘤菌通过与豆生定殖在一个特殊的器官根瘤，并通过生物固氮将大气氮转化为氨(Zaidi7)。然后这些氨被植物吸收利用。据报道，根瘤菌-豆科植物共生体系中特别

技术路线图,技术路线

技术路线

天蓝苜蓿,接菌,胁迫条件,生长情况

天蓝苜蓿双接 S. meliloti 和 A. tumefaciens 后对 Cu、Zn 胁迫的响应部分所受到的抑制作用更为显著。但双接种和单接0 及 A. tumefaciens CCNWGS0286 较不接菌植物株高分别增%；根长分别增加 38.53%、16.03%、19.91%；根干重分别增%；地上部分干重分别增加 64.72%、35.03%、27.75%。在不处理植物株高、根长和干重均表现出显著提高。SM+AT SM AT NIC00a

【参考文献】