高效菌株强化超积累植物萃取土壤重金属的作用机理研究
本研究对实验室已筛选出的两株耐镉植物根际促生菌PGP5和PGP41进行菌株性质和生态适应性研究，并通过植物实验来探究所筛选出的菌株对超积累植物龙葵和美洲商陆的生长和萃取土壤重金属的影响，从而探究高效菌株强化超积累植物高效萃取土壤重金属的机理和组合效应。研究结果显示，菌株PGP5和PGP41在耐镉和产酸等方面表现较好，且均能够有效促进超积累植物龙葵和美洲商陆的生长，并强化其萃取土壤重金属的能力。相较PGP5而言，PGP41对龙葵和美洲商陆的强化效果更好。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言3
1 材料与方法4
1.1 材料与试剂 4
1.1.1 供试菌株4
1.1.2 供试植物4
1.1.3 供试土壤5
1.1.4 培养基5
1.2 菌株性质实验方法 6
1.3 菌株生态适应性实验方法7
1.3 菌株促生作用实验方法8
2 结果与分析9
2.1 功能菌株的性质研究9
2.2 功能菌株的生态适应性研究14
2.3 功能菌株对超积累植物生长和萃取土壤重金属的影响18
3 讨论23
3.1 菌株性质23
3.2 菌株生态适应性23
3.3 菌株对超积累植物龙葵、美洲商陆生长和萃取土壤重金属的影响24
致谢24
参考文献24
高效菌株强化超积累植物萃取土壤重金属的作用机理研究
引言
土壤在生态系统中起着重要的作用，是许多生物赖以生存的自然环境。然而，由于农药与化肥的使用、矿山的开采与金属冶炼、化工业污水的排放等人类活动，土壤受重金属污染的情况越来越严重[1]。土壤中的重金属污染会从植物开始积累，抑制植物的正常生长、光合作用及酶活性[2]，并通过食物链在消费者体内逐渐积累，严重影响了生物体的生理功能。因此，修复重金属污染土壤己经成为环境学和生物学领域研究的热点[3]。
土壤重金属污染修复的原理为直接清除重金属或将其改变为在土壤中的可被植物吸收的存在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
形态，尽可能降低其生物可利用性和迁移性[4]。目前土壤重金属污染修复技术既包括传统的物理化学方法，也包含新兴起的生物修复法，它以植物修复和微生物修复为主体。物理化学法相对而言效果好、时间周期短，但费用高、能耗大、容易造成二次污染等[5]，而生物修复则有很多优势，可以和其它处理技术相结合，处理复合污染，并且费用较低，更重要的是，生物修复能保持土壤结构和生物区系不致破坏，促进植被重建[4]。
一般生物修复分为植物修复、微生物修复以及植物微生物联合修复。
超积累植物，是在植物修复中研究较多的一类植物，其对某些特定的重金属具有特别的吸收能力[1]，在一致的生长条件下，超积累植物对重金属的积累量能够超过一般植物的一百倍以上。以镉为例，目前发现的镉超积累植物有很多种，如天蓝褐蓝菜(Thlaspi caerulescens)、球果蔊菜(Rorippa globos)、东南景天(Sedum alfredii Hance)、宝山堇菜(Viola baoshaensis)、龙葵(Solarium nigrum L.)等[6]。但人们在长期研究中发现，单一植物修复，特别是超积累植物参与的修复，有许多不足，如生物量小、生长缓慢、地区适应性差，而且多为野生型植物，种类稀少、区域性分布较强，不具备广谱的重金属超积累特性，因此不适合大规模应用。
而土壤中数量最多的生物种类为微生物，其作为一个很大的生物资源库，具有良好的开发利用潜力。微生物修复机理为利用微生物的生化反应降低重金属毒性。由于微生物数量众多，基因变异快，并且新陈代谢旺盛，易于筛选对重金属有高耐性的菌种，所以微生物修复具有广泛应用前景。但是微生物的生长容易受到外界环境影响，且产生的代谢物可能对当地土壤、植物有一定影响。
微生物能通过代谢活动及代谢产物来促进重金属的溶解，从而增加植物吸收积累重金属的量[7]，且长期生活于重金属土壤中的微生物对重金属已产生较高的耐受性。近年来，长期的深入研究发现利用植物微生物联合修复来改善土壤中的重金属污染是一种比较可靠有效的技术途径，可大大提高植物对重金属的转移和吸收，改善单一植物修复中修复效率较低、植株生物量小、修复周期较长等问题。
在植物微生物联合修复中，根际菌、根瘤菌、丛枝菌根真菌和植物内生菌与植物关系较密切，因而成为联合修复中的常用菌种。植物根际促生菌（plantgrowth promoting Rhizobacteria, PGPR）指定居于植物根际，与植物互惠互利，对植物的生长发育有显著促进作用，并能够降低植物周围生物和非生物压力[8]的一类微生物。而根际是指植物土壤微生物间相互作用的重要界面，在这一区域，进行着植物与土壤之间的绝大部分物质、能量交换与信息交流，是植物土壤系统中最活跃的部分[9]。植物根系分泌物可为PGPR提供营养元素和生长因子，同时，PGPR还会产生一些植物激素促进植物生长发育[10]。除了促进植物的生长发育，PGPR也能够强化植物修复。例如，菌体细胞壁与胞多糖能介导重金属离子的吸附。而将PGPR运用于重金属污染区的农作物中，能够降低作物可食用部分的重金属含量，其机理包括诱导植物系统抗性(ISR)以降低重金属毒害作用，利用铁载体介导的微量元素与重金属离子竞争机制[9]。因此，采用PGPR作为植物微生物联合修复的菌种，可以为植物与微生物之间的动态互作关系提供良好的条件，从而克服修复过程中的许多不利因素。
综合根际内生菌和超积累植物的优缺点，将这两种生物结合起来进行植物微生物联合修复，是近期的研究热点。
本实验以期对已筛选出的两株耐镉植物根际促生菌进行菌株性质和生态适应性研究，并探究其对超积累植物龙葵和美洲商陆的生长和萃取土壤重金属镉的影响。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言3
1 材料与方法4
1.1 材料与试剂 4
1.1.1 供试菌株4
1.1.2 供试植物4
1.1.3 供试土壤5
1.1.4 培养基5
1.2 菌株性质实验方法 6
1.3 菌株生态适应性实验方法7
1.3 菌株促生作用实验方法8
2 结果与分析9
2.1 功能菌株的性质研究9
2.2 功能菌株的生态适应性研究14
2.3 功能菌株对超积累植物生长和萃取土壤重金属的影响18
3 讨论23
3.1 菌株性质23
3.2 菌株生态适应性23
3.3 菌株对超积累植物龙葵、美洲商陆生长和萃取土壤重金属的影响24
致谢24
参考文献24
高效菌株强化超积累植物萃取土壤重金属的作用机理研究
引言
土壤在生态系统中起着重要的作用，是许多生物赖以生存的自然环境。然而，由于农药与化肥的使用、矿山的开采与金属冶炼、化工业污水的排放等人类活动，土壤受重金属污染的情况越来越严重[1]。土壤中的重金属污染会从植物开始积累，抑制植物的正常生长、光合作用及酶活性[2]，并通过食物链在消费者体内逐渐积累，严重影响了生物体的生理功能。因此，修复重金属污染土壤己经成为环境学和生物学领域研究的热点[3]。
土壤重金属污染修复的原理为直接清除重金属或将其改变为在土壤中的可被植物吸收的存在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
形态，尽可能降低其生物可利用性和迁移性[4]。目前土壤重金属污染修复技术既包括传统的物理化学方法，也包含新兴起的生物修复法，它以植物修复和微生物修复为主体。物理化学法相对而言效果好、时间周期短，但费用高、能耗大、容易造成二次污染等[5]，而生物修复则有很多优势，可以和其它处理技术相结合，处理复合污染，并且费用较低，更重要的是，生物修复能保持土壤结构和生物区系不致破坏，促进植被重建[4]。
一般生物修复分为植物修复、微生物修复以及植物微生物联合修复。
超积累植物，是在植物修复中研究较多的一类植物，其对某些特定的重金属具有特别的吸收能力[1]，在一致的生长条件下，超积累植物对重金属的积累量能够超过一般植物的一百倍以上。以镉为例，目前发现的镉超积累植物有很多种，如天蓝褐蓝菜(Thlaspi caerulescens)、球果蔊菜(Rorippa globos)、东南景天(Sedum alfredii Hance)、宝山堇菜(Viola baoshaensis)、龙葵(Solarium nigrum L.)等[6]。但人们在长期研究中发现，单一植物修复，特别是超积累植物参与的修复，有许多不足，如生物量小、生长缓慢、地区适应性差，而且多为野生型植物，种类稀少、区域性分布较强，不具备广谱的重金属超积累特性，因此不适合大规模应用。
而土壤中数量最多的生物种类为微生物，其作为一个很大的生物资源库，具有良好的开发利用潜力。微生物修复机理为利用微生物的生化反应降低重金属毒性。由于微生物数量众多，基因变异快，并且新陈代谢旺盛，易于筛选对重金属有高耐性的菌种，所以微生物修复具有广泛应用前景。但是微生物的生长容易受到外界环境影响，且产生的代谢物可能对当地土壤、植物有一定影响。
微生物能通过代谢活动及代谢产物来促进重金属的溶解，从而增加植物吸收积累重金属的量[7]，且长期生活于重金属土壤中的微生物对重金属已产生较高的耐受性。近年来，长期的深入研究发现利用植物微生物联合修复来改善土壤中的重金属污染是一种比较可靠有效的技术途径，可大大提高植物对重金属的转移和吸收，改善单一植物修复中修复效率较低、植株生物量小、修复周期较长等问题。
在植物微生物联合修复中，根际菌、根瘤菌、丛枝菌根真菌和植物内生菌与植物关系较密切，因而成为联合修复中的常用菌种。植物根际促生菌（plantgrowth promoting Rhizobacteria, PGPR）指定居于植物根际，与植物互惠互利，对植物的生长发育有显著促进作用，并能够降低植物周围生物和非生物压力[8]的一类微生物。而根际是指植物土壤微生物间相互作用的重要界面，在这一区域，进行着植物与土壤之间的绝大部分物质、能量交换与信息交流，是植物土壤系统中最活跃的部分[9]。植物根系分泌物可为PGPR提供营养元素和生长因子，同时，PGPR还会产生一些植物激素促进植物生长发育[10]。除了促进植物的生长发育，PGPR也能够强化植物修复。例如，菌体细胞壁与胞多糖能介导重金属离子的吸附。而将PGPR运用于重金属污染区的农作物中，能够降低作物可食用部分的重金属含量，其机理包括诱导植物系统抗性(ISR)以降低重金属毒害作用，利用铁载体介导的微量元素与重金属离子竞争机制[9]。因此，采用PGPR作为植物微生物联合修复的菌种，可以为植物与微生物之间的动态互作关系提供良好的条件，从而克服修复过程中的许多不利因素。
综合根际内生菌和超积累植物的优缺点，将这两种生物结合起来进行植物微生物联合修复，是近期的研究热点。
本实验以期对已筛选出的两株耐镉植物根际促生菌进行菌株性质和生态适应性研究，并探究其对超积累植物龙葵和美洲商陆的生长和萃取土壤重金属镉的影响。
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