利用促植物生长细菌促进植物修复砷污染土壤的研究

摘要

我国是全世界砷污染最为严重的国家之一,在我国南方地区如湖南、广东和广西的某些地区均存在着大面积的砷污染土壤。土壤砷污染可以导致土地不能耕种,并且通过种植作物进入食物链从而对人群产生健康负效应。鉴于我国是一个农业大国,土壤砷污染已成为我国非常突出且急需解决的环境问题。利用植物修复治理土壤砷污染是目前研究的热点。在植物修复过程中,植物的根际微生物也起着极大作用。
　　本研究通过筛选同时具有砷抗性及促植物生长能力的根际细菌,并将其运用于盆栽实验来考察促植物生长细菌对促进植物修复砷污染土壤的应用潜力。从砷超富集植物蜈蚣草Pteris vittata根部土壤成功分离到出1株同时具有砷抗性及促植物生长能力的细菌D14。对其进行16S rRNA基因鉴定及系统发育学分析,菌株D14与Agrobacterium tumefaciens NCPPB2437~T具有99％的同源性,提交16SrRNA基因于GenBank,核苷酸序列号为GQ166481。对其进行了一系列促植物生长性能测定:D14能够利用色氨酸为前体合成吲哚乙酸(IAA),合成浓度为7.8 mg/L;在铬天青S(CAS)平板上培养2 d后能分泌嗜铁素。对其进行了砷氧化还原能力测定:在好氧培养的条件下,D14显示出高效的三价砷氧化能力,在18个小时之内对亚砷酸钠的氧化效率达到97％。盆栽实验,采用茄子为实验植株,盆栽土壤砷浓度为100 mg/kg,温室条件培养,植株种植3个月后收样。根部接种了D14的植株相较于未接种植株,株高、地上部干重及根部干重分别为未接菌植株的1.86、1.42和2.22倍;地上部及根部的单位砷含量分别为未接菌植株的1.23、2.12倍;地上部及根部的总砷含量分别为未接菌植株的1.66、4.16倍。其中,接种D14的植株其根部干重及地上部与根部的砷含量较未接种植株均有显著性的增加。
　　盆栽实验结果表明菌株D14对在砷胁迫环境下的植株的生长有明显促进作用,缓解砷对植物的毒害,提高植物的生物量,这有可能得益于其促植物生长能力;且对植株富集砷有较大的增益效果。因此认为其在促进植物修复砷污染土壤方面有极大的应用价值,同时也为为微生物-植物联合修复砷污染土壤提供了较高的研究价值。

目录

摘要

ABSTRACT

缩略语表(ABBREVIATIONS)

1 前言

1.1 研究问题的由来

1.2 砷污染的来源

1.2.1 砷污染地质原因

1.2.2 砷污染的人为原因

1.3 环境砷污染的危害

1.3.1 水体中的砷污染

1.3.2 土壤砷污染的危害

1.4 砷的在自然界中的形态及其毒性

1.5 砷在土壤中的形态分级

1.6 土壤砷污染修复技术

1.6.1 工程修复

1.6.2 物理化学修复

1.6.3 生物修复

1.7 砷超富集植物蜈蚣草

1.8 微生物植物联合修复砷污染土壤

1.8.1 根际微生物在植物修复过程中的作用

1.8.2 真菌与植物联合修复重金属污染

1.8.3 根际细菌与植物联合修复重金属污染

1.9 促植物生长细菌PGPR

1.9.1 合成促植物生长的激素

1.9.2 分泌嗜铁素

1.9.3 促进植物对磷的吸收

1.9.4 分泌ACC酶降低植物的乙烯水平

1.9.5 联合固氮作用

1.10 研究目的与意义

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 土样采集

2.1.2 试剂

2.1.3 培养基

2.1.4 盆栽实验对象及配套设施

2.1.5 主要仪器设备

2.2 实验方法

2.2.1 菌株分离

2.2.2 菌株砷氧化还原能力鉴定

2.2.3 菌株PGPR性能鉴定

2.2.4 16s rRNA基因分析,DNA测序与系统发育学分析

2.2.5 砷氧化曲线制作

2.2.6 盆栽试验

3 结果与分析

3.1 砷抗性细菌筛选

3.2 菌株D14的促植物生长属性

3.2.1 菌株D14合成IAA曲线

3.2.2 菌株D14嗜铁素生成

3.3 16s RRNA基因分析,DNA测序与系统发育学分析

3.4 菌株D14的砷氧化曲线

3.5 盆栽实验结果

3.5.1 植物生物量测定

3.5.2 接种菌株对植株吸收砷的影响

4 讨论

参考文献

致谢