具有镉活化功能的根际促生溶磷菌的筛选及其活化镉作用研究

摘要

珠三角地区土壤重金属镉污染对生态环境及人类健康所造成的潜在危害已引起广泛关注。对中重度重金属污染农田土壤治理公认的办法是移出减少重金属含量，植物提取修复技术是最有前景的技术途径之一。根际微生物特别是根际促生菌可以分泌有机酸、表面活性剂、铁载体等物质活化土壤重金属。本论文将传统用于根际促生作用的溶磷菌用于活化土壤重金属镉，筛选出具有土壤镉活化功能的根际促生溶磷菌，系统研究了溶磷菌的镉活化能力及主要溶镉机制，并与镉超累积植物龙葵相结合，初步探讨了微生物-植物联合修复技术在农田土壤镉污染修复中的应用，得出以下结果： （1）从苋菜根际土中筛选出25株溶磷菌，溶磷范围在133.21～221.42mg·L-1之间；从菌种库获得7株溶磷菌，溶磷范围在253.40～546.95mg·L-1之间。溶磷效果最强的是不动杆菌，溶磷量达到546.95mg·L-1；其次为铜绿假单胞菌，溶磷量为422.70mg·L-1；荧光假单胞菌溶磷量为341.70mg·L-1。溶磷量较低的蜡状样芽胞杆菌和农杆菌，分别为148.27mg·L-1和134.33mg·L-1。 （2）从所获得的菌株中挑选溶磷效果较好和较差的溶磷菌分别进行CdCO3的活化实验。结果表明：阴沟肠杆菌、不动杆菌、大肠埃希氏菌、荧光假单胞菌、克雷伯氏菌对CdCO3的活化能力较强，溶镉量在27.65～38.23mg·L-1之间，溶镉率在70.89%～98.02%之间。通过代谢组学分析可知，荧光假单胞菌溶镉能力较强主要依靠葡萄糖酸的贡献，胞外分泌物中葡萄糖酸浓度为75.3mg·L-1，溶解的Cd含量占总溶镉量的42.4%；蜡状芽孢杆菌胞外分泌物产酸量较低，且主要产生的丙酮酸和乙醇酸溶解的Cd含量分别占总溶镉量23.6%和15.4%。荧光假单胞菌和蜡状芽孢杆菌对实际镉污染农田土壤中镉的活化实验也证实了荧光假单胞菌可有效地活化土壤中的重金属镉，荧光假单胞菌可活化土壤镉0.39mg·kg-1，占土壤总镉（1.935mg·kg-1）的20.2%，占土壤可交换态镉（0.286mg·kg-1）和碳酸盐结合态镉（0.239mg·kg-1）总和的74.3%。 （3）根际促生溶磷菌与镉超累积植物龙葵的盆栽实验结果表明，接种促生溶磷菌不但促进龙葵茎叶对磷素的吸收，同时提高了龙葵对土壤镉的吸收累积。接种溶磷菌龙葵茎叶镉含量比CK高1.02-2.15倍，促进作用依次为荧光假单胞菌（GI）＞铜绿假单胞菌（K3）＞不动杆菌（AP）＞克雷伯氏菌（X2）＞蜡状芽孢杆菌（HL）＞大肠埃希氏菌（EN）＞阴沟肠杆菌（EC）＞绿针假单胞菌（PC）＞空白（CK）。根部镉含量比CK高1.10-1.87倍，促进作用依次为GI＞EN＞X2＞EC＞PC＞HL＞AP＞K3＞CK。根际接种溶磷菌可促进土壤可交换态镉含量增加，同时可影响根际土壤溶液中有机酸的含量和种类，促进龙葵对镉的吸收累积。 （4）高通量测序结果表明，接种根际促生溶磷菌可使龙葵根际土壤微生物多样性和物种丰度发生变化，不动杆菌AP和阴沟肠杆菌EC处理均增加龙葵根际土壤中的微生物多样性。由不动杆菌AP和阴沟肠杆菌EC在快速生长期和成熟期的相对丰度显示，不动杆菌AP和阴沟肠杆菌EC均在龙葵根际土壤中成功定殖，但未成为优势菌。

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