植物内生菌对铅、镉的耐受性及强化植物修复的研究

摘要

在重金属污染的处理方法中，植物修复法因其环保、简单等优点被广泛使用。植物内生菌对重金属具有较高的耐受性，与植物联合能改善受重金属污染的水体环境质量，进而净化水质。因此，本研究以2种植物内生菌—根际金黄杆菌SH-1（Chryseobacterium rhizosphaerae SH-1）和池生戴尔福特菌SH-2(Delftia lacustris SH-2)为对象，研究其生物学特性、吸附重金属和对植物的促生作用。主要研究内容与结果如下: (1)采用16S rDNA提取、PCR扩增、T3载体克隆等分子手段对筛选的菌株进行生物学分析，通过BLAST同源性比对后证实2种菌株为根际金黄杆菌属和池生戴尔福特属，并将其分别命名为SH-1和SH-2。 (2)以海藻酸钠固定C.rhizosphaerae SH-1吸附水体中的Cd2+。在Cd2+初始浓度为100mg/L，吸附时间为480min，溶液pH为5条件下，C.rhizosphaerae SH-1对Cd2+去除率达93.24％;Langmuir等温吸附模型能描述其吸附Cd2+的等温吸附特征，最大理论吸附量为187.41mg/g。准二级动力学模型较好地拟合了C.rhizosphaerae SH-1吸附Cd2+的动力学过程，理论平衡吸附量为51.02mg/g。这表明C.rhizosphaerae SH-1对Cd2+具有较好的吸附效果。 (3)菌株D.lacustris SH-2对Pb、Cd、Cu和Ni的耐受性实验表明该菌株对Pb2+具有较高耐受性，最高浓度达1200mg/L。重点考察了D.lacustris SH-2吸附Pb2+前后表面官能团和内部结构变化，发现菌株在吸附Pb2+的过程中蛋白质和磷脂起主要作用，菌株吸附Pb2+时分泌的胞外聚合物与Pb2+结合成有机配位体，降低了Pb2+的毒性。 (4)探究了D.lacustris SH-2产吲哚乙酸(IAA)、产铁载体、1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶(ACC)活性、溶解磷，发现该菌不具有溶磷功能，但能产生IAA、铁载体、并具有ACC活性，证实了该菌通过产生生长素(例如IAA、铁载体和ACC)促进植物生长，进而调控植物体其他生命活动。 (5)以霍格兰营养液培养的芦苇幼苗为对照组，以霍格兰营养液和D.lacustris SH-2共同培养的芦苇幼苗为实验组，考察了不同Pb2+浓度胁迫下芦苇幼苗的根长、茎长、对重金属Pb的积累、以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等活性。发现实验组数值均比对照组高，表明D.lacustris SH-2能提高芦苇对Pb2+的耐受性。因此对重金属具有耐受性、具有促生作用的内生菌能促进受重金属污染的植物生长，内生菌和植物的联合作用在重金属修复方面具有可行性。 本文基于分子生物学和植物细胞工程技术，揭示C.rhizosphaerae SH-1和D.lacustris SH-2对重金属的耐受性及其对植物生长的促进机制，为净化受污染的水质提供理论依据。