抗镉内生菌促进三叶草修复土壤镉污染的研究

来源 :陕西理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:hfrr0828
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近年来,秦岭铅锌尾矿区及其周边土壤由于镉等重金属污染导致土壤修复难度较大,现有的物理化学修复技术难以做到彻底修复,而由于高浓度镉等重金属的存在,周围植物生长缓慢。因此,筛选具有促生能力的抗镉菌株与植物共同构建植物—微生物联合修复体系对尾矿区及其周边镉污染土壤进行修复是一条安全环保且简便有效的途径。本研究对秦岭铅锌尾矿区内的优势植物杠柳(Periploca sepium Bunge)和草木樨(Melilotus suaveolens Ledeb)的内生菌进行分离,利用形态学和分子生物学的方法对实验筛选的抗镉内生菌进行鉴定;同时对菌株的Cd2+去除率和吲哚乙酸(IAA)活性、铁载体活性等促生潜力进行研究,并利用盆栽实验初步筛选出能有效提高三叶草(Trifolium repens)幼苗耐镉胁迫能力的菌株GR1和GR44;通过向不同浓度镉胁迫条件下的三叶草中添加抗镉促生内生菌(GR1和GR44),并测定三叶草的生物量、生理指标、镉含量以及根际土壤的镉含量、酶活、理化性质和微生物数量,来研究抗镉促生内生菌(GR1和GR44)对三叶草修复土壤镉污染的影响,以期为植物—微生物联合修复土壤镉污染提供技术支持。本研究的主要结论如下:1.在800.0 mg/L的Cd2+浓度条件下共分离筛选得到了11株抗镉内生细菌,经鉴定均为芽孢杆菌属Bacillus。生物学特性研究显示:在800.0 mg/L Cd2+浓度水平所有菌株的Cd2+去除率在14.56%79.45%之间,其中菌株GR44最高,为79.45%;7株菌有IAA活性,其中菌株GR44、GR49、CG7的活性较高;11株菌均有铁载体活性和ACC脱氨酶的活性,其中GR44铁载体活性最高,而GR54的ACC脱氨酶活性最高。三叶草盆栽试验结果表明,与对照相比,添加菌株GR44处理的三叶草幼苗各项生理指标均显著增加,株高增加94.79%,根长增加99.81%,鲜重增加63.93%,干重增加106.58%,叶绿素含量增加52.10%,可溶性糖含量增加26.87%,可溶性蛋白含量增加20.72%,整体促进效果显著(P<0.05),说明抗镉内生细菌GR44可作为植物—微生物联合修复土壤的优势菌株,对尾矿区及其周边土壤的镉污染修复具有一定的意义。2.筛选到5株可耐受30 000.0 mg/L Cd2+的内生真菌,经鉴定,菌株GR1为Talaromyces sp.,菌株GR4为Colletotrichum sp.,菌株GR9为Purpureocillium sp.,而菌株GR7和菌株GR10均为Fusarium sp.。Cd2+浓度为1 000.0 mg/L时,菌株GR7的Cd2+去除率最高(84.45%)。4株菌株有IAA活性,其中菌株GR4的IAA活性最高(99.417 mg/L);菌株GR7的铁载体活性最高(84.64%);菌株GR9的胞外过氧化氢酶(CAT)活性最高(10.01 U/mL);其中菌株GR1的有效磷含量最高(201.67 mg/L),菌株GR4的有效钾含量最高(105.11 mg/L)。实验表明5株抗镉内生真菌均能显著提高三叶草幼苗的耐镉能力,与对照相比,添加GR1的三叶草幼苗株高增加了65.28%,根长增加了108.92%,鲜重增加了63.58%,干重增加了106.42%,叶绿素含量增加了72.16%,可溶性糖含量增加了13.43%,可溶性蛋白含量增加了12.05%,整体促进效果最为显著(P<0.05),说明抗镉内生真菌GR1可作为植物—微生物联合修复土壤的优势菌株。3.对抗镉促生内生菌GR1和GR44进行培养,并向不同浓度镉胁迫三叶草中添加抗镉促生内生菌,实验测定结果表明,与对照组相比,当三叶草处于30.050.0 mg/kg镉浓度胁迫条件下时,通过添加抗镉促生内生菌GR1和GR44,三叶草的生物量、生理指标和镉含量显著高于对照组(P<0.05,下同);三叶草根际土壤的总镉含量显著降低,有效态镉含量显著增加,酶活、理化性质和微生物数量均有显著增加。抗镉促生内生菌GR1和GR44与三叶草联合使用可增强土壤镉污染的修复效果。所分离的抗镉促生内生菌与三叶草联合修复土壤镉污染的试验结果,可为植物-微生物联合修复尾矿区及其周边土壤镉污染提供技术支持,提高土壤镉污染修复效率。
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