【摘 要】
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工矿业、农业以及城市发展等人类活动造成我国农田土壤镉（Cd）污染问题严重,对作物生长和品质造成严重影响。植物促生细菌能促进植物生长、降低土壤中重金属有效性并减少植物吸收重金属,但植物内生促生细菌多与植物提取修复相结合,在阻控作物对重金属吸收机制研究方面比较薄弱。本研究筛选小麦内生Cd抗性细菌,研究菌株对Cd的钝化效应与阻控小麦吸收Cd的机制,研究结果为Cd污染农田生物修复和小麦安全生产提供理论依据
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工矿业、农业以及城市发展等人类活动造成我国农田土壤镉（Cd）污染问题严重,对作物生长和品质造成严重影响。植物促生细菌能促进植物生长、降低土壤中重金属有效性并减少植物吸收重金属,但植物内生促生细菌多与植物提取修复相结合,在阻控作物对重金属吸收机制研究方面比较薄弱。本研究筛选小麦内生Cd抗性细菌,研究菌株对Cd的钝化效应与阻控小麦吸收Cd的机制,研究结果为Cd污染农田生物修复和小麦安全生产提供理论依据和技术途径。本文从矿区周围镉污染农田生长的小麦根内分离筛选到两株具有重金属抗性与钝化效应的菌株:Pseudomonas paralactis M14和 Bacillus megaterium R27。溶液条件下对菌株M14和R27吸附固定重金属的效应和机制进行探究,结果表明菌株M14和R27对溶液中Cd的去除率最高达到71-83%,菌株主要通过细胞表面酰胺基、羟基和磷酸基团络合Cd2+。水培条件下,研究了菌株M14和R27在0、0.5、1.0 mgL-1Cd浓度下降低小麦Cd吸收的效应与机制,与不接菌对照相比,接种菌株M14和R27促进小麦生长（8-22%）,降低小麦Cd吸收（12-46%）;激光共聚焦荧光显微镜观察和平板菌落计数表明,菌株能在小麦根表（105-106 CFU g-1）和根内（104-105 CFU g-1）稳定定殖;采用RT-PCR技术对小麦根内与重金属转运相关基因LCT1、IRT1和HMA2进行定量分析,接菌处理小麦根中Cd转运蛋白基因HMA2下调表达5-35%,低亲和阳离子转运蛋白基因LCT1下调表达9-54%,菌株M14和R27在小麦根表和根内稳定定殖,并通过降低根内与金属转运有关基因的表达减少Cd从小麦根向地上部转运。田间条件下,研究菌株M14和R27与生物炭联合对扬麦22不同生育期生长和Cd吸收的效应与机制。结果表明,与不接菌对照相比,菌株与生物炭处理扬麦22生物量在拔节期、抽穗期和成熟期分别增加了 14-37%,9-32%和13-40%,成熟期籽粒生物量增加了 24-59%;同时扬麦22根和地上部Cd含量在拔节期、抽穗期和成熟期分别降低了 8-37%,8-31%和10-39%,籽粒Cd含量降低了 20-74%,并且菌株与生物炭联合处理对小麦生长和Cd阻控作用效果最显著。研究表明菌株和生物炭联合处理条件下,菌株在小麦根际定殖量增加（3.5-5.8×105CFU g-1）,根际土壤蔗糖酶和脲酶活性增高,同时土壤pH升高（6.89-7.09）,根际土壤可交换态Cd（11-16%）和碳酸盐结合态Cd含量（16-43%）降低,铁锰氧化态Cd含量增加12-25%,减少了土壤中Cd的有效性,阻控小麦对Cd的吸收。采用Illumina Miseq高通量测序技术对扬麦22根际和根内细菌群落结构进行分析,结果表明,所有样品中Proteobacteria,Actinobacteria,Bacteroidetes是优势菌门。根内细菌群落与根际、非根际群落差异较大,随着小麦生育期变化,根内细菌群落整体呈现Pseudomonas丰度降低而Massilia相对丰度升高,根际Sphingomonas相对丰度升高而Massilia和Pseudomonas相对丰度降低。与对照相比,菌株和生物炭处理对拔节期和抽穗期扬麦22根内细菌群落影响相似,对抽穗期和成熟期扬麦22根际细菌群落影响较为相似。RDA分析,根际土壤Sphingomonas与Lysobacter相对丰度与可交换态、碳酸盐结合态Cd含量负相关（r=-0.503-0.743,p＜0.01）,Massilia和Pseudomonas相对丰度与有机结合态Cd含量正相关（r=0.438-0.595,p＜0.05）,Bacillus相对丰度与可交换态Cd含量正相关（r=0.444,p＜0.01）;小麦根内Pantoea相对丰度与小麦根和地上部Cd含量正相关（r=0.580,p＜0.05）,Pseudomonas、Massilia、Sphingomonas、Rhizobacter相对丰度与小麦根和地上部Cd含量负相关（r=-0.368-0.401,p＜0.05）。结果表明菌株和生物炭处理通过影响根际土Sphingomonas、Massilia、Pseudomonas和Bacillus相对丰度降低土壤有效态Cd,并且菌株可能降低小麦根中Pantoea 相对丰度,增加 Pseudomonas,Massilia,Sphingomonas 和 Rhizobacter 丰度减少小麦对Cd的吸收与转运。
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