细菌Providencia sp.LLDRA6介导水稻根系铁锰膜的形成及其对Cd转运的阻隔

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土壤是农作物生长的重要载体,水稻是人类赖以生存的主要作物之一。然而,随着经济的发展,越来越多的水稻田受到重金属污染,其中,Cd是污染水稻田的主要重金属之一。铁锰膜,是一层附着在湿地植物根系表面的铁锰氧化物,松散的结构和表面丰富的官能团,使其具备很强的重金属螯合和储存营养的能力。铁锰氧化菌,是一类能够氧化Fe(II)、Mn(II)或将它们的氧化物进行聚集的细菌。本课题涉及的菌株Providencia sp.LLDRA6,前期已通过大量研究证实其具有高效锰氧化能力。本研究探究了土壤细菌Providencia sp.LLDRA6的铁氧化能力,并阐述了其介导水稻根系铁锰膜的形成及其对重金属Cd转运的阻隔效果。首先,通过基础实验分析了细菌Providencia sp.LLDRA6对Fe(II)的生长特性,利用邻菲罗啉分光光度法和硫化亚铁梯度管法验证了菌株LLDRA6的铁氧化能力。结果发现,菌株LLDRA6经Fe(II)处理后,最适生长的Fe(II)浓度为5 m M,最适生长温度为25℃,最适生长p H为8。经硫化亚铁梯度管法培养后的菌株LLDRA6在距离试管底部2-3 cm处形成了一层红棕色铁氧化圈;邻菲罗啉分光光度法结果显示,接种菌株LLDRA6的处理组的Fe(II)氧化率高于对照组,证实了细菌LLDRA6具有Fe(II)氧化能力。其次,通过华占和TP309两个水稻品种的水培实验,初步探究了细菌LLDRA6介导根系铁锰膜的形成效果。实验发现,经添加菌株LLDRA6和Fe(II)、Mn(II)处理后的水稻根系表面较其他处理组,呈现明显的铁锈红色。华占品种中,经菌株LLDRA6和Fe(II)的处理后的水稻根系DCB-Fe含量高于其他处理组;TP309品种中,经菌株LLDRA6和Mn(II)的处理后的水稻根系DCB-Mn含量高于其他处理组。两品种中经菌株LLDRA6和Fe(II)处理后水稻地上部分的Cd含量均显著低于CK对照组。因此,可初步得出结论:菌株LLDRA6具有促进铁锰膜形成的能力,能够阻隔水稻对Cd的吸收和转运。最后,通过华占和TP309水稻品种的土壤盆栽试验和大田实验,对水培实验的实验结果进行进一步验证。结果显示:对盆栽华占水稻根系进行SEM-EDS表征,发现经菌株LLDRA6和Fe(II)处理后的水稻根表形成大量块状沉淀,沉积区的Fe和O含量较高,可鉴定沉淀为铁氧化膜;盆栽实验中,两个水稻品种各处理组中籽粒Cd含量均低于空白组,且华占品种菌株LLDRA6和Fe(II)处理组的籽粒Cd含量最低;大田实验两个水稻品种的所有处理组中,经菌株LLDRA6和Fe(II)处理后的籽粒Cd含量最低,达到国家标准GB2762-2012规定的谷物Cd残留应小于0.2 mg/kg的要求。以上结果表明,菌株LLDRA6在水稻根系表面形成的铁锰膜对水稻的Cd吸收具有显著的阻隔效果。
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