内生细菌强化植物修复钒矿污染土壤效应及机理研究

发布时间：2020-05-14 05:00

【摘要】：钒矿开发导致的土壤钒(V)、铬(Cr)、镉(Cd)等复合重金属污染问题日益严重,目前国内外对钒矿污染土壤的修复技术研究较少,本研究采用内生细菌协同植物修复钒矿污染土壤,通过系列筛选试验、盆栽试验和水培试验,采用高通量测序、BIOLOG等技术手段和SEM-EDS、HPLC等分析方法,深入研究了内生细菌强化植物修复钒矿污染土壤的效应及机理。首先从钒矿污染区野生型蜈蚣草体内分离筛选出2株优势菌株,PRE01和PRE05,经鉴定分别为Serratia marcescens和Arthrobacter ginsengisoli。发现两株细菌均能高效产生IAA、铁载体、ACC脱氨酶和溶解矿质磷酸盐,同时具有较强的V、Cr和Cd抗性,其中PRE01抗性最优,对V、Cr和Cd抗性分别可达到30、6和4 mmol/L,其对Cd的最高吸附去除率为97.6%,对V(V)和Cr(VI)最大还原解毒率分别为81.1%和84.4%。Biolog Gen III板测试表明两株细菌在面对生物的或非生物的环境胁迫时拥有竞争优势。盆栽试验发现PRE01和PRE05可促进宿主植物蜈蚣草和非宿主植物印度芥菜的生长和对重金属的富集效果。PRE01使蜈蚣草体内V、Cr和Cd的积累总量分别提高了25.4%、14.3%和41.3%;印度芥菜体内V、Cr和Cd的积累总量分别提高了3 1.0%、18.0%和35.2%。生理生化分析表明,增强植物抗氧化酶活性是内生细菌缓解植物重金属氧化损伤,促进植物的生长的重要协作机制。内生细菌对蜈蚣草重金属解毒及溶矿促生机理研究发现,内生细菌主要通过增加蜈蚣草根系表面吸附态钒含量,强化根部对V(V)的还原,促进蜈蛇草分泌植酸、草酸和苹果酸来强化其对钒的解毒过程。同时发现内生细菌分泌铁载体和促进蜈蚣草分泌植酸溶解根际V-Fe复合物,是其促进蜈蚣草对铁和钒的吸收以及生长的主要原因。最后研究了内生细菌接种对根际及内生微生态的调控作用与机制,发现内生细菌接种可增加根际土有机质含量和重金属的有效性,其对根际细菌群落影响较小,但可显著影响内生细菌群落。尽管添加的PRE01和PRE05在植物根际和根内并没有持续性定殖,它们可在定殖早期通过营养物质和生态位的竞争作用提高内生细菌群落中Pseudomonas、Microbacterium等与促生和重金属解毒相关的菌属丰度。本文的研究成果将为内生细菌协同植物修复方法体系的构建提供借鉴,为内生细菌强化植物修复机制研究提供理论参考,对推动钒矿污染土壤生物修复研究与实践应用具有重要意义。
【图文】：

物本身的重金属耐受性和生物量；二是提高植物对重金属的吸收，，增加植物逡逑体内重金属浓度，两方面的作用都能显著提高植物提取重金属的总量［７９］，具逡逑体见图２－１和表２－２。逡逑植物挥发：：逡逑ｒａｉｌ逦＾逡逑转运到茎叶中逦植物稳定：逡逑重金属富集逡逑并固定于根部逡逑促进植物生长ｆ逦：缓解重金属毒性逡逑植物生长促生特性％ｆ降低重金属生物可利用性逡逑分泌植物＾素或者酶：：恑，１逦产Ｉｆ逡逑ＡＣＣ脱氨酶逦一’逦植物可提取逦Ｌ逦沉淀逡逑提高营养植物可利用性逦１＾ｇ邋；逦产生抗氧化酶逡逑铁载体逦／营养逦重金属逦氧化还原反应逡逑固氮逦一－／＿逦细菌活化逦转化逡逑洛解矿质磷逦／邋？相际细菌逦＜５邋Ｎ逦生物吸附／生物累积逡逑抑制植物病原体逦？内生细菌逦０0ｆ｜金属整＾物逦去甲基化逡逑生藏制逦病原菌逦竹金属整口物ｉ逦降解有机汞逡逑图２－１内生细菌强化重金属污染土壤植物修复机制｜７９］逡逑（１）促进植物生长机制逡逑内生细菌可以通过多种方式促进植物生长，提高植物的生物量。在长期逡逑的重金属胁迫的环境下，内生细菌与植物形成了稳定而紧密的互利共生的关逡逑系

对从钒重污染区取回的蜈蚣草植株组织进行表面灭菌、研磨，将最后一逡逑次清洗液及植物各组织研磨稀释液涂布于ＬＢ固体平板上，３０°Ｃ恒温培养３ｄ，逡逑内生细菌菌落生长情况见图４－１。结果表明，表面灭菌的空白平板上无菌落逡逑长出，说明表面灭菌过程已将植物组织表面附生菌全部杀灭，分离得到的菌逡逑株都是内生细菌。根据菌落形态的差异，从生长在石煤钒矿冶炼区的蜈蚣草逡逑根、茎、叶组织内部共分离出１５株不同的可培养细菌，分别标记为逡逑ＰＲＥ０１邋？ＰＲＥ０７邋（根部）、ＰＳＥ０１邋和邋ＰＳＥ０２邋（茎部）、ＰＬＥ０１邋和邋ＰＬＥ０２邋（叶部）、逡逑ＰＫＥ０１？ＰＫＥ０４邋（块根），见图４－２、表４－２。这些菌株在ＬＢ固体平板上多长逡逑出圆形和光滑菌落，颜色各异，有白色、乳白色、黄色、橙红色、红色等，逡逑表明了即使在重度污染区，蜈蚣草内生细菌资源依然十分丰富。与其他研宄逡逑成果一致１６３］，超过７０％的菌株分离自宿主植物根部，表明植物根部组织内生逡逑细菌密度最大
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53;X17

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本文编号：2662832