具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其在小麦体内的定殖特性

摘要

多环芳烃(PAHs)是一类环境中普遍存在的具有“三致”效应的持久性有机污染物，可被植物吸收积累，通过食物链富集严重危害农产品和人类健康。因此，亟需解决PAHs在农作物体内的积累，保障农产品安全和人类健康。芘作为PAHs中4环污染物的典型代表，常被用作测定环境中PAHs污染的指示物和PAHs生物降解的模型分子。
　　本文从长期受PAHs污染场区健康的植物车前草（Plantago depressa Willd）体内筛选到1株高效降解芘的功能植物内生细菌PW7，系统地探究了环境条件对其生长和芘降解能力的影响;探讨了菌株PW7在小麦体内的定殖动态及对植物吸收降解芘的影响。该研究结果为和用功能内生细菌减少植物体内PAHs的含量和保证农产品安全提供了菌种支持及理论依据。主要研究成果如下:
　　1.具有芘降解特性的功能植物内生细菌的分离筛选及条件优化
　　(1)本文通过富集培养，从PAHs污染的车前草（Plantago depressa Willd）体内分离得出1株高效降解芘的功能植物内生细菌PW7，经菌株培养特征、生理生化性质及16S rDNA序列同源性分析，菌株PW7初步鉴定为Serratia sp.。生长特性研究发现，菌株PW7存在二次生长特性，最适生长条件:pH7.0，盐浓度5 g·L-1，温度30℃，装液量20 mL。此外，菌株PW7具有良好的耐盐性，且为好氧菌。该研究为菌株PW7应用于微生物降解PAHs提供依据。
　　(2)菌株PW7能够利用芘为唯一碳源和能源进行生长，10d内对芘的降解效率为47.52％。环境条件对菌株降解芘效率的影响结果表明，菌株PW7的生长和芘降解的最适条件:温度30℃，pH7.0。在一定范围内，底物浓度与菌株生长和芘降解成负相关，接种量与菌株生长和芘降解成正相关。当芘浓度为20 mg·L-1时，菌株PW7对芘的降解率高达70.81％。外加碳氮源对菌株PW7降解芘产生了不同程度的影响。外加碳氮源为葡萄糖、麦芽糖、丝氨酸等时，10d内菌株PW7对芘的降解效率高达60％以上。优化菌株降解芘的条件，为其高效快速地降解芘提供了参数依据。
　　2.功能内生细菌在小麦体内的定殖特性
　　(1)采用温室水培体系以及浸根(SR)、浸种(SS)和涂叶(PL)三种定殖方法，研究了植物内生细菌PW7在小麦体内的定殖情况和三种不同定殖方式的性能。菌株能够良好的定殖在小麦体内，可从根部向茎叶部转移，且对小麦生长有促进作用。与CK相比，SR、SS、PL中小麦的鲜重依次比CK提高了25.00％、20.76％、15.45％。SR对小麦的促进作用最强。
　　(2)小麦能够吸收培养液中的芘，并由根向茎叶传导。接种菌株PW7能够降低培养液中芘浓度，顺序依次为SR＜SS＜PL＜CK;与CK相比，SR、SS、PL中芘含量的减少率依次为51.36％、23.64％、12.11％。培养液中芘浓度及去除率随染毒时间的延长而逐渐减小;通过SR、SS、PL接种菌株PW7均能提高培养液中芘去除率，SR的芘去除率最大为78.28％，PL的芘去除率最差。
　　(3)通过SR、SS、PL接种功能细菌PW7均可降低植物体内芘浓度和积累量。与CK相比，接种菌株PW7降低了小麦根部和茎叶部的芘含量及积累量，顺序依次为SR＜SS＜PL＜CK，说明功能菌株能影响小麦对芘的吸收代谢作用。SR中小麦体内芘含量和积累量最低，分别为29.49 mg·kg-1、3.66μg·pot-1，与CK相比，其减少率最高，分别为61.99％、53.96％。随着培养液中芘浓度的增大，小麦根和茎叶中芘含量和积累量逐渐增大。小麦根部和茎叶部的芘含量和积累量随着染毒天数的增加而逐渐减少。接种菌株PW7的方式不同，小麦体内芘浓度和积累量不同，顺序依次为SR＜SS＜PL＜CK，与CK相比，芘含量的减少率依次是SR＞SS＞PL。接种功能内生细菌能够降低植物体内的芘含量和积累量。
　　(4)通过SR、SS、PL接种功能细菌均使小麦的富集系数和传导系数减小。小麦对芘的富集系数和传导系数随着污染浓度的增大而减小;随着染毒时间的延长基本呈下降趋势;定殖方式不同，其富集系数和传导系数SR＜SS＜PL＜CK，但根部的富集系数变化不大。推测芘大部分在根部被降解，且培养液和小麦体内芘的去除效果SR＞SS＞PL，说明接种功能植物内生细菌可以降低植物体内芘的污染水平。菌株PW7的最适定殖方式为浸根。植物内生细菌能够定殖于宿主植物体内，促进植物生长，提高植物对芘的抗性和代谢作用。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 多环芳烃污染

1．2．1 环境中PAHs的来源及分布

1．2．2 多环芳烃的危害

1．2．3 环境中PAHs的污染现状

1．2．4 多环芳烃污染治理现状

1．3 植物内生细菌研究现状

1．3．1 植物内生细菌

1．3．2 植物内生细菌的作用

1．3．3 植物内生细菌的分离筛选及鉴定

1．4 降解PAHs的植物内生细菌研究现状

1．4．1 功能植物内生细菌对PAHs的降解

1．4．2 具有PAHs降解功效的植物内生细菌在植物体内的定殖

1．4．3 功能植物内生细菌调控植物体内PAHs的降解机制

1．5 问题与展望

1．6 研究目标、主要内容及技术路线

第二章 具有芘降解功能的植物内生细菌PW7的分离筛选及生物学特性

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 功能植物内生细菌的分离筛选

2．1．3 菌悬液制备

2．1．4 功能植物内生细菌的生物学特性

2．1．5 功能植物内生细菌的鉴定

2．1．6 功能植物内生细菌PW7的生长曲线

2．1．7 环境因子对降解菌株PW7生长的影响

2．1．8 测定方法

2．1．9 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 功能植物内生细菌的筛选与鉴定

2．2．2 菌株PW7的生长曲线

2．2．3 环境因子对菌株PW7生长的影响

2．3 结论

第三章 菌株PW7对芘的降解效能及降解条件优化

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 菌悬液制备

3．1．3 菌株PW7的降解动力学曲线

3．1．4 环境条件对菌株PW7生长及芘降解的影响

3．1．5 污染强度对菌株PW7生长及芘降解的影响

3．1．6 接种量对菌株PW7生长及芘降解的影晌

3．1．7 不同碳氮源对菌株PW7降解效能的影响

3．1．8 测定方法

3．1．9 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 菌株PW7降解动力学曲线

3．2．2 环境条件对菌株PW7降解效能的影响

3．2．3 污染强度对菌株PW7降解效能的影响

3．2．4 接种量对菌株PW7降解效能的影响

3．2．5 不同碳氮源对菌株PW7降解效能的影响

3．3 结论

第四章 菌株PW7在小麦体内的定殖特性初探

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 小麦水培试验

4．1．3 小麦生物量测定

4．1．4 接种菌株数量测定

4．1．5 植物体内芘的提取与测定

4．1．6 培养液中芘的提取与测定

4．1．7 测定方法

4．1．8 数据处理

4．2 结果与分析

4．2．1 菌株PW7对抗生素的抗性

4．2．2 小麦体内菌株PW7的分布

4．2．3 菌株PW7对小麦生物量的影响

4．2．4 培养液中芘浓度及去除

4．2．5 植物体内中芘浓度

4．2．6 植物体内中芘的积累量

4．2．7 植物体内芘的富集系数及传导系数

4．3 结论

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

附录