假单胞菌PN1强化苜蓿修复镉污染土壤:植物促生影响与根际微生态响应

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镉(Cd)被定义为地球上最危险的“软金属”之一,对人类安全和环境质量构成一定的威胁。镉主要通过一些工业、农业活动等进入到土壤中。作为人体非必需的元素,由于镉较高的流动性和生物积累性,低剂量的镉显示出对植物和动物严重的毒性。因此,迫切需要研发针对镉污染土壤的可行性修复技术。一些物理、化学方法修复镉污染土壤,不仅破坏了土壤的肥力而且成本昂贵,而生物修复是一种经济有前景的修复方法。因此本研究选择了紫花苜蓿(具有多年生、根系发达等特点)作为材料,通过蒙氏假单胞菌PN1的促生作用强化紫花苜蓿对于镉的提取,建立了假单胞菌PN1-紫花苜蓿联合修复体系。依据我国镉污染土壤现状,实验设定的镉土壤浓度为0、35、45、55 mg·kg-1,分为接种PN1促生菌和不接种PN1两类。紫花苜蓿在镉污染土壤中生长60天后收获植物和根际土进行测定研究。(1)探究了不同镉浓度对紫花苜蓿的茎长、鲜重、叶片面积、叶片质量、叶绿素和细胞膜透性的影响。结果表明,在未接种PN1的条件下,随着土壤中镉浓度的增加,镉胁迫抑制了紫花苜蓿的生长,导致茎长、鲜重等指标数据显著降低;而接种PN1后,PN1促进了紫花苜蓿的生长。(2)对紫花苜蓿的IAA产量和ACC脱氨酶活性进行测定,在镉胁迫下,紫花苜蓿的IAA产量和ACC脱氨酶活性明显受到抑制,接种PN1后,显著提高了IAA产量(5.75%-25.20%)和ACC脱氨酶活性(2.98%-14.86%),表明PN1促生菌对紫花苜蓿IAA产量和ACC脱氨酶的活性起到促进作用。(3)随着土壤中镉浓度的增加,SOD、POD、CAT活性受到限制,接种促生菌PN1后,植物的抗氧化酶活性显著升高,利于清除紫花苜蓿体内过量的自由基,从而减轻镉胁迫对紫花苜蓿的伤害。(4)随着土壤中镉浓度的增加,紫花苜蓿体内镉浓度也随之增加,接种PN1后,紫花苜蓿地上、地下部分镉浓度分别提高11.63%-27.14%、18.17%-39.94%。但是镉的转运系数略有下降,表明假单胞菌PN1促进了紫花苜蓿对镉的提取,根为储存镉的主要器官。(5)通过对紫花苜蓿和根际土壤的荧光显微观察,带有GFP标记的PN1定殖在植物的根、茎、叶和土壤中,这可能是引起植物激素和抗氧化酶活性增加的主要原因。通过根际土壤16S rRNA的Illumina测序,进行alpha多样性、beta多样性分析,结果表明:重金属镉降低了微生物的丰度和多样性,是影响微生物群落结构变化的主要原因,接种PN1增加了耐镉菌的丰度。
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