【摘要】：植物修復(fù)被認(rèn)為是成本低廉、操作簡單的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)。大量活躍的根際微生物可通過多種作用方式影響重金屬污染環(huán)境中植物的生長和對重金屬的吸收,從而影響植物對重金屬污染的修復(fù)效率。本文以細(xì)菌的鉛(Pb)鎘(Cd)耐受性、1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸脫氨酶(ACCD)活性及對植物苗期的促生效應(yīng)為指標(biāo),篩選出對鉛鎘具有較強(qiáng)耐受性、對玉米具有促生能力的細(xì)菌菌株。研究細(xì)菌對重金屬鉛、鎘脅迫下植物生長和富集鉛鎘的影響,并對細(xì)菌提高玉米重金屬耐受性的機(jī)制進(jìn)行探討,以期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)。主要研究結(jié)果如下： 1、篩選出對鉛鎘具有較強(qiáng)抗性、對玉米具有促生能力的六株菌,經(jīng)生理生化特性和16S rDNA基因序列分析初步鑒定為Burkholderia cepacia J62、Rahnella sp. LR113、Microbacterium oxydans JYC17、Microbacterium foliorum G16、Enterobacter agglomerans J17-2a和Pseudomonas thivervalensis Y3-9;經(jīng)安全性試驗(yàn)表明供試菌株對作物無致病性。 2、研究六株菌與促生作用相關(guān)的生物學(xué)特性,結(jié)果表明：菌株J62、G16和Y3-9具有較高的ACCD活性；菌株J62、JYC17、J17-2a和Y3-9具有精氨酸脫羧酶活性；六株菌均能溶解磷酸鈣、產(chǎn)生鐵載體和分泌IAA。 3、研究六株菌與重金屬相關(guān)的生物學(xué)特性,結(jié)果表明：菌株J62、LR113、J17-2a和Y3-9能在含Pb1000 mg.L-1或Cd50 mg.L-1的培養(yǎng)基中生長,并對Cu、Zn和Ni具有抗性。六株菌能促進(jìn)碳酸鉛和碳酸鎘的溶解,使培養(yǎng)液中Pb2+比對照(0.051 mg.L-1)增加3.45～39.3倍、Cd2+由1.03mg.L-1增加至1.23 mg.L-1～127.53 mg.L-1。菌株J62和JYC17溶解碳酸鉛效果較好,菌株J62和J17-2a溶解碳酸鎘效果最顯著。 4、以菌株J62和LR113為代表,研究細(xì)菌對鉛鎘的溶解機(jī)制和溶解-吸附動態(tài),結(jié)果表明：菌株生長代謝產(chǎn)酸使培養(yǎng)液pH降低,促使培養(yǎng)液中Pb2+、Cd2+濃度增加,重金屬的溶解改變了細(xì)菌分泌的有機(jī)酸的種類和含量。菌株J62對碳酸鉛、鎘的增溶能力高于LR113,菌株LR113對鉛鎘的吸附能力強(qiáng)于J62。研究菌株對土壤中不溶性鉛、鎘的影響,菌株J62和LR113均能在土壤中存活,菌株J62對土壤重金屬鉛鎘的增溶能力較強(qiáng),能顯著提高土壤中水溶態(tài)鉛和鎘的濃度。 4、水培條件下研究細(xì)菌J62、JYC17和Y3-9對重金屬鉛、鎘脅迫下玉米生長和富集鉛鎘的影響。結(jié)果表明,三株菌對玉米生長均有促進(jìn)作用。不加重金屬處理時(shí),菌株J62和JYC17顯著促進(jìn)玉米生長。Pb50、100 mg.L-1處理下,三株菌使玉米干重比對照增加25%～94%。Cd2、4 mg.L-1處理下,菌株使玉米根重比對照增加8%～102%,JYC17的促生作用最好。重金屬脅迫程度的增加降低了菌株的促生效應(yīng)。接菌處理能提高玉米根部鉛、鎘的濃度,比對照增加17%～182%。菌株J62、JYC17和Y3-9均提高了玉米植株的鉛和鎘總積累量,使鉛鎘富集量分別比對照增加28～126%和47～130%,菌株J62和JYC17對玉米富集重金屬的促進(jìn)作用顯著。 5、研究菌株J62、JYC17和Y3-9促進(jìn)玉米生長、提高重金屬耐受性的機(jī)制,結(jié)果表明,供試菌株能在玉米根際和根內(nèi)定殖,接菌玉米根際和根內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量顯著高于不接菌對照。接菌J62、JYC17和Y3-9降低了鉛、鎘脅迫下玉米的過氧化程度,使玉米根部尤其是鉛處理下超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性降低；使玉米葉片中抗氧化劑抗壞血酸(ASA)濃度顯著提高,比對照增加14%～123%；使Pb處理下還原型谷胱甘肽(GSH)含量增加；使丙二醛(MDA)含量明顯降低。供試菌株使玉米葉綠素含量提高,蘋果酸濃度顯著增加,使玉米內(nèi)源脯氨酸(Pro)濃度低于對照。采用透射電子顯微鏡研究菌株對玉米根部重金屬鉛、鎘積累和分布的影響,結(jié)果表明供試菌株顯著改變了玉米根部細(xì)胞內(nèi)鉛的富集量和分布。與對照相比,接菌J62使玉米根部吸收的Pb顯著提高,接菌JYC17使鉛積累顆粒變大。不接菌對照的玉米根部鉛主要分布于細(xì)胞內(nèi)壁和細(xì)胞膜上,接菌處理均使鉛主要分布在細(xì)胞外壁和周質(zhì)空間中。接菌處理改變了鎘在玉米細(xì)胞中的分配,減輕了鎘對玉米細(xì)胞的傷害。在鎘處理的玉米根細(xì)胞內(nèi)觀察到供試細(xì)菌菌體的存在。 6、以既能提高土壤中鉛鎘遷移率、又能提高玉米對鉛鎘抗逆性的菌株J62為試驗(yàn)菌株,盆栽條件下研究細(xì)菌對植物富集土壤Pb和Cd的促進(jìn)作用。由盆栽1的結(jié)果可知,菌株J62能促進(jìn)重金屬鉛鎘污染土壤中玉米和番茄的生長,使地上部干重分別比對照增加54%和17%,根部干重增加75%和30%。接J62菌株促進(jìn)了植物根部對鉛和鎘的吸收,使印度芥菜、玉米和番茄根部的Pb濃度分別比對照增加27%、59%和31%,Cd濃度分別增加174%、31%和12%。接J62菌株顯著增加了玉米和番茄全株的重金屬吸收量,Pb吸收量比對照增加85%和38%,Cd吸收量增加56%和61%。接J62菌株使植物根際土中抗Pb200 mg.L-1Cd50 mg.L-1細(xì)菌和總細(xì)菌的數(shù)量遠(yuǎn)高于對照,并促進(jìn)了解鉀、溶磷和固氮細(xì)菌數(shù)量的增加；菌株J62能在植物根際定殖,在重金屬抗性平板中檢測到J62的存在。接J62菌株顯著提高了玉米和番茄根際交換態(tài)鉛、鎘的濃度；使根際土pH值低于對照,可溶性糖含量增加6%～40%；顯著提高印度芥菜和玉米根際草酸濃度和玉米、番茄根際乙酸濃度,刺激印度芥菜和玉米根際土中丁二酸和番茄根際土中檸檬酸的產(chǎn)生。菌株J62自身的促生特性、對植物根際細(xì)菌、pH值、重金屬形態(tài)、有機(jī)酸及可溶性糖的影響可能是其促進(jìn)玉米和番茄富集鉛鎘的原因。盆栽2的結(jié)果與盆栽1基本一致,接菌J62顯著提高了玉米根部、葉部和全植株的干重；促進(jìn)了玉米根部對Cd、莖部對Pb和Cd的吸收,但降低了Pb和Cd向葉片轉(zhuǎn)運(yùn)的能力；顯著增加了玉米各器官的Pb富集量和玉米根、莖部的Cd富集量。綜合而言,菌株J62是一種良好的促進(jìn)玉米修復(fù)土壤重金屬鉛、鎘污染的菌劑,具有修復(fù)受污染土壤同時(shí)進(jìn)行玉米生產(chǎn)的潛力。
【圖文】：

圖1一1膜相關(guān)的金屬離子的吸收、分泌和氧化還原作用F19.1一1overyiewofmembraneassoeiateduPtake，efflux，reduetionandoxidationofmetalIOnS抗性基因的誘導(dǎo)表達(dá)及對被破壞物質(zhì)的修復(fù)需要足夠時(shí)間，因此微生物對重金屬的解毒具有一定的延滯性。在含銅培養(yǎng)基中，Calbican:的MT基因cz刁2最先被誘一導(dǎo)出，當(dāng)只有CrdZ純合子存在時(shí)菌株只能維持低的生理代謝活性，CrdZ在菌體內(nèi)充分表達(dá)后可以允許過量的銅與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)相結(jié)合。直到外流泵Cr.cll被誘導(dǎo)出，菌體刁‘能具有更好的銅抗性(perry&earol，2000)。某些微生物的重金屬抗性相關(guān)基因并不能單獨(dú)地起到抗金屬毒性的作用，還需要在其他結(jié)構(gòu)基因的共同作用下刁‘具有解毒功能。菌株slaP匆lococclisclllrells具有一個(gè)位于質(zhì)粒pI258上的含有抗隔基因CadA不[1CadC的3.skb操縱子，其中eadA具有隔外流ATP酶的功能，而CadC在抗福操縱子的復(fù)制中起到調(diào)節(jié)作用，5.atlre“:需要這兩者表達(dá)產(chǎn)物的同時(shí)存在刁‘具有福抗，，ri}:(Endo&Silver，1995)。表1一6列出了部分目前己報(bào)道的與重金屬抗性相關(guān)的基因和及其表達(dá)蛋白的功能(5ilver&phung，2005)。

編碼未知功能膜蛋白的pbrB，編碼信號膚酶的pbrc，編碼鉛結(jié)合蛋自的下游pbrC和pb心基因組成。圖1一3尺meta/l，’du廠 ansCH34的鉛抗性操縱子 F19.1一 3The1eadresistaneeoPeronsof只me亡a//id旨 ransCH34】8
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X173

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2707548