产脱落酸菌阻控植物重金属积累强化措施研究

来源 :浙江工商大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luping303
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我国农田重金属污染形势严峻,研发阻控措施仍为迫切。尽管此前已证明实验室条件下产脱落酸(ABA)菌具备阻控植物Cd积累的能力,但是对于大田环境是否有效仍然存疑。本研究将两种能够产生植物激素脱落酸的微生物—枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)与巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)制备复合菌剂,研究其对湖南某地污染区大田萝卜(Raphanus sativus L.)、甘蓝(Brassica oleracea L.)、芥菜(Brassica juncea)和油麦菜(Lactuca sativa)Cd积累、产量和品质的影响;其次,研究了巴西固氮螺菌和玉米秸秆生物炭协同对不同类型蔬菜作物,萝卜(Raphanus sativus L.)、小白菜(Brassica chinensis L.)和番茄(Lycopersicon esculentum)可食部分重金属积累和生长的影响,探究协同作用阻控作物重金属积累的效果与机制;最后,以三种不同ABA摄入转运体NRT1.2表达强度的小白菜和三种不同类型污染土壤为供试材料,研究协同施用巴西固氮螺菌—生物炭对减控作物重金属积累效果的影响差异,为日后不同重金属污染环境的应用提供数据支撑。主要结果如下:(1)配施菌肥可使油麦菜、芥菜、甘蓝和萝卜各部分Cd含量下降15~144%,生物富集系数(BCF)下降34~105%。其中,芥菜、甘蓝和萝卜经处理后低于《食品安全国家标准食品中污染物限量(GB 2762—2017)》限量,达到安全生产要求。不仅如此,菌剂作用下四种作物产量可提高45~82%,可溶性蛋白和可溶性糖含量分别提高18~66%和40~136%,总酚、抗坏血酸和DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除力分别提高12~76%、10~49%和50~140%。综上,经大田试验证实产脱落酸菌剂能大幅降低蔬菜体内Cd的积累,并提高产量与作物品质,有望成为中低污染土壤安全利用的新路径。(2)单独接种菌株后萝卜(Raphanus sativus L.)、小白菜(Brassica chinensis L.)和番茄(Lycopersicon esculentum)可食部分重金属含量下降14~69%,而单独施用生物炭后上述作物的重金属含量也有显著下降的效果,降幅达15~65%。有意义的是,两者协同处理下作物的重金属含量分别比菌株与生物炭单独处理进一步降低18~63%和14~56%。同时,协同处理还可促使三种作物可食部分生物量进一步提高22~113%,且作物的营养品质(可溶性蛋白和可溶性糖)及抗氧化品质(总酚、类黄酮、抗坏血酸和DPPH自由基清除力)进一步增加2~174%,效果优于单一处理。皮尔逊相关性分析和结构方程模型(SEM)表明,协同作用效果可能与处理后土壤p H提高、重金属有效态的降低和植物体内ABA含量的增加有关,且此过程中生物炭贡献略高于菌株。综上,巴西固氮螺菌—生物炭协同处理可能在阻控块根类、叶菜类和果实类作物重金属积累,提高作物产量与品质方面具备较大潜力。(3)低、中和高NRT1.2表达强度的小白菜在菌株—生物炭处理后,与对照相比ABA含量分别提高-9-32%,-22~17%和13~55%;与其相对应,地上部重金属含量分别下降1~49%、22~52%和15~96%,鲜重分别增加了12~138%,88~126%和152~340%,这些指标的变化与NRT1.2的表达量显著相关。皮尔逊相关性分析与主成分分析(PCA)的结果证明,NRT1.2表达强度与协同处理减控重金属积累呈负相关,与促产效应呈正相关。同时,土壤差异对协同处理存在显著影响,而该差异可能与处理后各土壤的重金属有效态变化相关。综上,NRT1.2相对表达强度高的植物与菌株—生物炭协同处理配合阻控效果更佳。
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