铬污染和非污染区构树根际和内生真菌的多样性及其功能评价

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内生真菌和根际真菌对于植物的生长、健康及适应非常重要。真菌不仅体积小,而且世代周期短,遗传可塑性强,这使它们能够快速适应环境的变化。真菌菌丝的丝状结构有利于其穿透土壤、废弃物等污染环境,有利于其在底物上定殖并与污染物相互作用。近年来还发现真菌具有处理Cr(VI)污染的能力。为了从广泛的环境范围内筛选出有潜力处理Cr(VI)污染的真菌,我们不仅以某废弃工厂还以未经污染的校园区域生长的构树(Broussonetia papyrifera)为研究对象,测定根际土壤及植物组织中的不同重金属含量,并对其内生真菌和根际真菌进行分离、纯化和鉴定,分析真菌群落的多样性。然后进行体外实验检测来自不同环境的菌株的促生能力及其处理Cr(VI)污染的能力,以验证来源于污染环境的菌株的促生及处理Cr(VI)能力是否更强。并对来源于未污染环境菌株Pleurostoma richardsiae BRPCS15解毒Cr(VI)污染的具体策略进行了研究。采用培养依赖的方法,从两样地构树的植物组织及根际土中共分离得到193株真菌,其中,从校园地分得67株内生真菌和41株根际真菌,从废弃工厂分得45株内生真菌和40株根际真菌。Sorenson相似性系数和Jaccard相似性系数表明:两样地内生真菌间及根际真菌间群落相似性较低。未污染校园植物内生优势菌群为P.richardsiae及Rhizomucor variabilis,而Alternaria alternata在废弃工厂构树的植物组织中占很大优势,紧随其后的是Phyllosticta capitalensis及Colletotrichum karstii;还发现Ceriporia lacerata及Eutypella citricola均为校园地和废弃工厂构树的优势根际菌群,除Ceriporia及Eutypella,在校园地也发现了大量的Aspergillus及Penicillium属真菌。并且,校园地构树植物组织中(23属)较废弃工厂构树植物组织(17属)物种更丰富,而拥有较少菌株数量的废弃工厂构树根际(19属)相比校园构树根际(15属)拥有较多的物种。这些结果暗示了根际真菌帮助构树应对胁迫的能力要强于内生真菌。这与废弃工厂构树根际高浓度的铬,而植物组织内部相对少的铬浓度的结果是一致的。测试了共40株校园地特有菌株,26株废弃工厂特有菌株以及两地共有的34株真菌的体外促生能力(溶磷、铁载体的分泌、产IAA、抗氧化)和处理Cr(VI)污染的能力。发现校园和废弃工厂均存在Cr(VI)污染处理能力及某种促生能力表现特别好的菌株,这些特性似乎与菌株的分离来源无关。在特有菌株中,发现其分泌铁载体、产IAA、抗氧化以及处理Cr(VI)污染的能力在两地相差不大,只是从校园地分离到菌株的溶磷能力整体上略强于废弃工厂分离到的。在共有菌株中,其促生能力在两地相差也不大,只是从校园地分离菌株的Cr(VI)污染处理能力整体上表现略强于从污染的废弃工厂分离到的。研究了菌株P.richardsiae BRPCS15在不同p H和不同初始Cr(VI)浓度下的吸附和积累,发现菌株解毒Cr(VI)的策略主要是生物还原;进一步研究了不同温度、干扰离子及碳源对菌株还原Cr(VI)的影响,发现菌株P.richardsiae BRPCS15可以在较宽的温度范围内有效还原Cr(VI),Cu2+及Pb2+会刺激Cr(VI)的还原,而Cd2+及Ag+显著抑制Cr(VI)的还原,并发现葡萄糖、乳糖和柠檬酸是菌株BRPCS15可利用的电子供体。为进一步确定Cr(VI)还原的位点,我们分析了无细胞上清液(CFS)、细胞碎屑(CD)、无细胞提取物(CFE)及静息细胞对Cr(VI)的还原效率,发现胞外活性物质是P.richardsiae BRPCS15介导Cr(VI)还原的主要原因,我们还对Cr(VI)还原过程中可能形成的Cr2O3纳米颗粒进行了表征。扫描电镜SEM-EDX及透射电镜TEM-EDX分析表明:Cr会对细胞形态造成一定程度的损伤,但能谱分析显示经Cr(VI)处理的细胞表面及内部有铬元素的存在,表明菌株BRPCS15确实可以利用胞外吸附及胞内积累作为Cr(VI)解毒的辅助机制;红外(FTIR)分析表明:酯类、羧酸类、多糖、或含磷酸的蛋白质等物质可能参与了Cr(VI)的结合过程。综上所述,本文揭示了Cr污染下构树根际及内生真菌变化的同时,筛选出一批有望用于Cr污染治理的真菌,并对P.richardsiae BRPCS15的Cr(VI)去除能力及机制进行了探究。为Cr污染环境的生物修复提供了丰富的真菌资源。
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