商陆内生菌促进甜高粱生长和重金属土壤修复的研究

摘要

随着工业生产的发展和矿山的不断开采，重金属污染问题已经成为人们健康和生活的重要威胁。尤其是镉、铅、铜、铬和锰等重金属在生态系统中不断地累积会对整个人类的健康造成长期的危害。另一方面，生物能源的大量推广使得能源作物和粮食作物对有限的农用土地资源的竞争成为至关重要的社会经济问题之一。重金属植物修复法具有成本低、太阳能驱动、原位修复、保护土壤和二次污染少等优点。而通过在污染土壤上生产生物燃料原料可以有效避免能源和粮食作物间的矛盾冲突。
　　 近年来，利用植物内生菌与宿主植物的协同作用提高植物修复效率成为一种极具潜力的方案。同时，内生菌在协助宿主植物在边际土壤(肥力低或被污染的不适合农作物生长的土壤)上更好生长来促进生物能源的经济产出方面具有很大的价值。甜高粱(Sorghum bicolor L.)是最耐干旱的能源作物之一，而且具有高生物量、高光合作用效率和低生产成本等优势，是用于生产乙醇的最佳生物原料。此外，甜高粱还能有效吸收土壤中的重金属。因此，甜高粱是一种可以用来种植在重金属污染土壤上作为能源作物原料，同时修复该土壤重金属污染的优秀生物资源。
　　 实验通过对锰超累积植物商陆内生菌进行分离筛选，得到抗多种重金属和促生长特性优良的内生菌(PGPE)Bacillus sp.SLS18，探索其对能源作物甜高粱的生物量和Mn/Cd吸收量的影响，并与商陆和龙葵对照。Bacillus sp.SLS18表现出多种重金属和抗生素抗性。同时，这一菌株还表现出产IAA、产铁载体能力以及ACC脱氨酶活性等促生特性。在盆栽试验中，PGPE SLS18能够有效的感染3种实验植物，并明显增加3种植物在Mn/Cd压力下的生物量。PGPE SLS18对3种植物生物量的促生长效果顺序依次为：甜高粱>商陆>龙葵。此外，对于甜高粱、商陆、龙葵，PGPE SLS18对共生体的每棵植物地上部分Mn/Cd总吸收量与不接种内生菌对照相比的提高率依次为：65.2％和40％，55.2％和31.1％，18.6％和25.6％。本研究表明PGPG SLS18与甜高粱的共生体能够促进甜高粱在重金属污染边际土壤上的生物量产量和重金属总吸收量。本研究提供了一种新的关于怎样在重金属污染的边际土壤上更加有效地生产生物燃料的原料以及植物修复的方法。这种通过能源作物-促生内生菌的合作的方法为缓解能源作物和粮食作物对农业肥沃土壤的竞争提供了新思路。