根际铁锰氧化菌对水稻铁锰膜形成和Cd吸收转运的影响

摘要

铁锰氧化细菌是推动地壳铁、锰元素循环重要生物因素之一，而铁膜是水生植物适应淹水和其他环境胁迫的重要机制之一。铁锰氧化细菌能够通过其生理活动推动铁、锰元素在不同价态间转换，改变根际土壤铁、锰元素活性，影响水稻根表铁膜形成。本文通过温室水培和土培试验研究了铁锰氧化菌对水稻根表铁膜形成以及重金属吸收转运的影响。主要研究结果如下:
　　1.D416(伯克氏菌属Burkholderia sp.)和YGL(假单胞菌属Pseudomonas sp.)能够在水稻根际通过其生长代谢活动升高根际氧化还原电位，促进水稻根表铁锰氧化物膜形成;
　　2.添加铁锰氧化菌的处理促进了水培水稻分蘖期和拔节孕穗期两个主要生长时期的渗氧能力，进而促进根表铁膜形成，在分蘖期B(YGL单独施用)和AB(D416和YGL混合施用)处理渗氧率提高的最多，效果最好;
　　3.水培水稻随着生育期的延长，ROS(活性氧-Reactive oxygen species)逐渐增加，而添加铁锰氧化菌的处理，则抑制ROS的含量，而SOD(超氧化物歧化酶-SuperoxideDismutase)，GST(谷胱甘肽转移酶-Glutathione S-transferase)，APX(抗坏血酸过氧化物酶-Ascorbate peroxidase)酶活性降低或变化不显著;土培水稻添加铁锰氧化菌的处理保护了植物免受ROS的毒害，其中AB处理的SOD、APX、GST酶活性显著性降低，添加铁锰氧化菌避免了水稻抗氧化酶过表达，缓解了重金属Cd对水稻的毒害作用，盆栽试验结果表明，AB处理对水稻叶片抗氧化酶的影响最大;
　　4.水培水稻添加铁锰氧化菌处理促进了根际铁膜中的Fe、Mn含量的增加。在幼苗期和分蘖期铁锰氧化菌处理抑制了铁膜中Fe、Mn向根部转运，但铁锰氧化菌促进了拔节孕穗期铁膜中Fe、Mn向根部转移。土培水稻添加铁锰氧化菌限制了铁膜主要成分Fe元素向地上部和籽粒中的转运，却促进了铁膜次要元素Mn元素向地上部和籽粒中的转运，提高水稻的生物量，籽粒和地上部生物量升高最多的为AB处理;
　　5.水培水稻添加铁锰氧化菌的处理促进了Cd元素在铁膜中的累积，抑制了Cd向水稻植株体内转运;幼苗期根部累积Cd含量较多，分蘖期地上部累积的Cd较多，拔节孕穗期Cd又在根部累积，地上部累积减少。土培水稻B处理，促进了根部和颖壳中Cd的累积，抑制了Cd向地上部和糙米中的转运，最终糙米中Cd含量低于国家食品卫生标准规定的0.2mg·Kg-1。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 重金属污染现状

1．1．1 土壤重金属(Cd)污染现状

1．1．2 水稻重金属(Cd)污染现状

1．2 重金属修复以及铁膜在重金属修复中的作用

1．2．1 重金属修复研究进展

1．2．2 铁膜的研究概况

1．2．3 铁膜在重金属修复中的应用

1．3 铁锰氧化菌研究概况

1．3．1 铁锰氧化菌

1．3．2 铁锰氧化还原菌在铁膜形成中的作用

1．4 研究意义与目的

2 材料与方法

2．1 铁锰氧化菌的分离、筛选及鉴定

2．1．1 培养基

2．1．2 试剂

2．1．3 方法

2．2 铁锰氧化菌对水培水稻不同生育期根系铁膜形成以及Cd的影响

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验处理

2．2．3 测定项目及方法

2．2．4 公式计算

2．3 铁锰氧化菌对土培水稻生物量、Cd吸收转运以及酶等的影响

2．3．1 试验材料

2．3．2 试验处理

2．3．3 测定项目与方法

2．4 数据分析

3 结果与分析

3．1 铁锰氧化菌的分离、筛选及鉴定

3．1．1 铁锰氧化菌对Fe的氧化速率筛选结果

3．1．2 铁锰氧化菌对Mn的氧化速率筛选结果

3．2 铁锰氧化菌对水培水稻不同生育期根系铁膜形成以及Cd的影响

3．2．1 不同时期水稻pH、Eh的变化

3．2．2 不同时期水稻DCB铁膜中Fe、Mn以及重金属Cd的含量变化

3．2．3 添加铁锰氧化菌对不同时期水稻渗氧能力的影响

3．2．4 水稻不同时期叶片ROS、GST及抗氧化酶活性影响

3．2．5 不同时期水稻根部与地上部Fe、Mn以及重金属Cd的含量变化

3．3 铁锰氧化菌对土培水稻生物量、Cd吸收转运以及酶等的影响

3．3．1 不同处理水稻叶片ROS、GST及抗氧化酶活性变化

3．3．2 不同处理对土培水稻生物量的影响

3．3．3 不同处理对土培水稻不同部位Fe、Mn以及重金属Cd含量的影响

4 讨论与结论

4．1 铁锰氧化菌的研究

4．2 铁锰氧化菌对水培水稻不同生育期根系铁膜形成以及Cd的影响

4．2．1 添加铁锰氧化菌对不同时期水稻pH、Eh影响

4．2．2 添加铁锰氧化菌对不同时期水稻铁膜的影响

4．2．3 添加铁锰氧化菌对不同时期水稻渗氧能力的影响

4．2．4 水稻不同时期叶片ROS、GST及抗氧化酶活性影响

4．2．5 不同时期水稻根部与地上部Fe、Mn以及重金属Cd的含量变化

4．3 铁锰氧化菌对土培水稻生物量、Cd吸收转运以及酶等的影响

4．3．1 铁锰氧化菌对土培水稻叶片酶的影响

4．3．2 添加铁锰氧化菌对土培水稻生物量的影响

4．3．3 添加铁锰氧化菌对土培水稻体内Fe、Mn含量的影响

4．3．4 添加铁锰氧化菌对土培水稻体内重金属Cd含量的影响

4．4 结论

4．4．1 铁锰氧化菌的筛选结果

4．4．2 铁锰氧化菌对水稻铁锰膜形成以及Cd吸收转运的影响

5 问题与展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间学术活动、论文发表情况