肠杆菌M5在抑制水稻吸收积累镉砷的应用

摘要

本发明属于农业环境污染治理与修复领域，涉及保藏号为CGMCC No.22636的肠杆菌(Enterobacter sp.)M5在抑制水稻吸收积累镉和砷中的应用。在重金属镉及类金属砷污染土壤中添加本菌株M5的菌液(有效菌数为1.32×1011 cfu/ml)，能够同时降低土壤中有效态镉和砷的含量，促进水稻根表铁膜的形成，进而抑制水稻吸收积累镉砷，促进水稻产量增加。

说明书

技术领域

本发明属于农业环境污染治理与修复领域，涉及一株硫酸盐还原肠杆菌(Enterobacter sp.)M5在抑制水稻吸收积累镉砷、同时降低土壤有效态镉砷、促进水稻根表铁膜形成中的应用。

背景技术

重金属镉及类金属砷因其毒性强、难以代谢等特点一直威胁世界各国农田土壤安全进而影响人类健康。土壤中高浓度的镉一方面能够阻止水稻对基本营养元素(如铁、锌、钙等)的吸收，另一方面，因其离子水溶性较高能够通过生物膜并干扰细胞功能；且人类长期摄入镉则表现为中枢神经中毒甚至死亡。砷是植物生长发育的非必需元素，当砷浓度累积到一定值时，会直接影响植物的细胞膜透性，干扰水稻正常的生理功能。当人体长期摄入砷则会导致慢性砷中毒，进而引发皮肤病、生理系统疾病甚至癌症。而我国一些地区的镉砷复合污染情况却不容乐观。

有学者采集中国四个主要水稻产区19个省份的113个土壤样本后，发现土壤中Cd和As的平均浓度超过国家标准的样本分别占33.6％和6.19％。在“有色金属之乡”湖南，株洲某县受镉和砷复合污染的耕地面积约有23.23km

发明内容

本发明的目的是利用一株耐镉砷的具有硫酸盐还原功能的菌株，用于同时固定镉和砷，减少土壤中可交换态的镉和砷，促进水稻根表铁膜形成，从而抑制水稻吸收积累镉砷，最终提高农产品生产的安全性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：保藏号为CGMCC NO.22636的肠杆菌(Enterobacter sp.)M5在抑制水稻吸收积累镉砷的应用。

上述所提的肠杆菌(Enterobacter sp.)M5，已于2021年5月28日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.22636，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。

本发明菌株M5是从湖南省株洲市镉砷污染土壤中分离纯化得到。本菌株M5具硫酸盐还原能力，且将本发明菌株M5的菌液于水稻种植前施入镉砷复合污染土壤中并在水稻全生育期进行淹水，能够同时有效降低土壤中有效态镉和砷的含量，促进水稻根表铁膜的形成，进而抑制水稻吸收积累镉砷，促进水稻产量增加，每千克污染土壤施入12ml菌液即可达到较好效果。

附图说明

图1是早稻及晚稻各个处理土壤有效态Cd、As含量。

图2是早稻及晚稻各个处理DCB-Fe、DCB-Cd、DCB-As含量。

具体实施方式

实施例1本发明菌株M5的分离筛选

本实施例中用到的液体培养基：FeSO

取样土壤为湖南省株洲市某镉砷复合污染农田，取样土层为10-15cm耕作层土壤，其pH为5.42，Cd、As浓度分别为23.07、44.5mg·kg

首先，将5g土样加入50ml的无菌水中制成土壤悬浮液，充入N

该菌株单菌落呈淡黄色、圆形、边缘平整光滑，菌体呈短粗杆状、长约1.5μm，直径约0.3μm，革兰氏阴性。经分析鉴定为肠杆菌(Enterobacter sp.)，命名为肠杆菌(Enterobacter sp.)M5，已于2021年5月28日保藏，保藏编号为CGMCC No.22636。

实施例2水稻盆栽试验

水稻盆栽试验场地位于湖南农业大学环境科学楼前网室内，首先取风干后的土样25kg填装至聚乙烯桶中，铺平、湿润，室外淹水1个月至土壤稳定紧实。该土壤pH为6.65，镉砷含量分别为10.35、28.88mg·kg

水稻样品采用混合酸(HClO

表1 实验处理设置

早稻及晚稻各部位Cd含量及各处理水稻产量如表2所示。从早稻各个处理的水稻产量来看，四个处理与CK均存在显著性差异，T1(0ml+淹水)、T2(300ml+淹水)、T3(900ml+淹水)、T4处理(300ml+不淹水)的水稻产量分别为68.36、102.22、99.86、63.66g·盆

表2 早晚水稻各部位Cd含量及产量

注：同列数据不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

早稻及晚稻各部位As含量如表3所示。各个处理均可不同程度使水稻各部位砷含量降低。在早稻中，T2与T3处理效果相当。T2处理相较于CK水稻根、茎、叶、壳、米砷含量分别降低9.39％、12.75％、18.41％、12.94％、18.66％；T3处理相较于CK处理水稻各部位砷含量分别降低8.39％、14.13％、20.58％、11.77％、18.51％。T1与T4处理效果不明显，相较于CK使水稻根部砷含量分别降低5.00％、4.40％，使茎砷含量分别降低4.59％、3.78％，使叶砷含量分别降低7.45％、1.00％，使壳砷含量分别降低7.32％、5.24％，使糙米砷含量分别降低7.29％、1.35％。在晚稻中，T2处理对茎、谷壳、糙米效果最好，相较于CK处理分别使砷含量降低13.73％、12.90％、10.91％，T3处理对根、叶效果最好，相较于CK处理分别使砷含量降低22.36％、33.21％。T1、T4处理效果次之，相较于CK使水稻根部砷含量分别降低8.15％、3.29％，使茎砷含量分别降低11.68％、10.66％，使叶砷含量分别降低22.02％、10.47％，使壳砷含量分别降低3.23％、0.00％，使糙米砷含量分别降低5.45％、3.64％。

表3 早晚水稻各部位As含量

注：同列数据不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

早稻及晚稻土壤中的有效态镉、砷含量如图1所示。在早稻中，与CK相比，T1(0ml菌液+淹水)、T2(300ml菌液+淹水)、T3(900ml菌液+淹水)、T4(300ml菌液+不淹水)分别使有效态Cd含量降低177.37、207.12、246.86、95.23μg·kg

早稻及晚稻成熟期水稻根部DCB-Fe、DCB-Cd、DCB-As含量如图2所示，与CK相比各处理可不同程度促进早稻根表铁膜的形成。在早稻中，与CK相比，T1(0ml菌液+淹水)、T2(300ml菌液+淹水)、T3(900ml菌液+淹水)、T4(300ml菌液+不淹水)分别使DCB-Fe含量增加7.05、19.44、20.00、5.63g·kg

综上，添加菌株900ml结合淹水处理效果最佳，能降低土壤有效态镉砷含量；使早稻糙米镉、砷含降低；该处理还促进了水稻根表铁膜的形成，同时促进了根表铁膜对镉砷的吸附截留。