水稻根际土壤耐镉细菌的筛选及其耐镉机理研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 19次 | 上传用户:whatisbianbian01
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镉是一种毒性极强的重金属元素,土壤中的镉极易被农作物富集,并通过食物链危害人体健康。因而镉污染土壤的修复问题倍受各地政府的关注。一些微生物具有修复土壤重金属污染的应用前景,筛选具有重金属高抗性和吸附能力的微生物对阐明微生物镉吸收与积累机理,对降低镉污染及保障粮食安全具有重要意义。本研究采用培养基加镉平板法,从水稻根际土壤分离耐镉细菌,测定耐镉细菌的生理生化特性、镉吸收能力和镉耐受能力,并探讨镉胁迫条件下菌株的蛋白差异表达,主要结果如下:(1)从水稻“PI312777”的根际土壤中分离得到了3株耐镉菌株,3株菌株在300mg L-1镉处理条件下,能正常生长,在镉浓度为700mg L-1时仍能生长,具有较强的耐镉胁迫能力。(2)对三株菌进行镉耐受性测定,结果表明,菌株A对镉的耐受性较强,能够在镉浓度为900mg L-1条件下生长。(3)菌株细胞形态的电镜分析及生长曲线测定结果表明,镉处理浓度为100mg L-1时,菌株生长未受明显抑制,但菌株的形态发生了一定程度的变化;在镉处理浓度超过300mg L-1时,菌株的生长明显受抑制;在700mg L-1镉处理下,菌株均能生长,但生长延滞期延长,对数期后的生长量亦低。(4)分离得到的3株菌株在生理生化特征鉴定的基础上,对菌株16S rDNA进行测序、比对,确定其皆为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌。菌体镉含量分析表明,在100mg L-1镉处理下,3株菌株菌体中的镉含量分别为9.04mg g-1,4.96mg g-1和28.58mg g-1,富集系数依次为90.4、49.6和285.8。可见,分离得到的3株菌株具有较强镉耐性和镉吸收能力,这将为稻田土壤重金属镉污染的修复提供重要微生物资源。(5)利用BIOLOG ECO微孔板法,对碳源代谢功能进行分析,结果表明,菌株A表示碳源利用能力的平均颜色变化率(AWCD)显著高于菌株B和菌株C;3株菌对N-乙酰-D-葡萄糖胺、L-精氨酸、L-天冬酰胺、甲叉丁二酸、腐胺、4-羟基苯甲酸、D-甘露醇、丙酮酸甲酯、吐温-40和吐温-80的利用率较高。(6)蛋白质组学分析结果表明,在300mg L-1镉处理下,在菌株A中共发现57个差异表达蛋白,其中42个差异表达蛋白属于胞内蛋白,其余15个为胞外差异蛋白。根据这些蛋白的功能进行分类,发现其中的28个蛋白与蛋白质、氨基酸代谢以及核苷酸代谢相关,7个蛋白与糖代谢相关,8个蛋白点与胁迫反应相关,而与免疫应答相关的蛋白4个,乙醇代谢相关蛋白有2个,信号转导相关蛋白2个,物质转运相关蛋白2个,电子传递相关蛋白3个,其它蛋白1个。(7)从蛋白质表达模式看,在获得的42个胞内差异表达蛋白中上调表达的有17个,分别是ClpA/B蛋白酶ATP结合亚基,丙酮酸脱氢酶E1亚单位,乙酰辅酶A合成酶,异柠檬酸裂解酶,NAD+依赖型乙醛脱氢酶,柠檬酸合酶,延胡索酰乙酰乙酸酶,戊二酰-辅酶A脱氢酶,GTP环水解酶Ⅱ/3,4-二羟基-2-丁酮-4-磷酸合酶,4-羟苯丙酮酸二氧酶,外膜蛋白OprF,支链氨基酸氨基转移酶,3-羟基丁酸脱氢酶,二硫键形成蛋白,过氧(化)物酶;核苷二磷酸激酶。下调表达的蛋白有25个,分别是磷酸酶,30S核糖体蛋白S1,丝/苏氨酸蛋白质激酶,精氨酸脱亚胺酶,延伸因子-Tu,高氨氮厌氧介导的外膜孔蛋白前体,支链氨基酸ABC转运蛋白,异戊酰-CoA脱氢酶,外膜蛋白OprF,乙醇脱氢酶,氨甲激酶,ABC转运通透酶,氨基酸转运周质结合蛋白,琥珀酸脱氢酶亚基B,蛋白铁硫蛋白,Chain X,铜绿假单胞菌外膜蛋白Oprg的晶体结构,过氧(化)物酶,转录延长因子GreA,核苷二磷酸激酶,DNA结合蛋白,单链DNA结合蛋白,其它蛋白PilA。(8)在获得的15个胞外蛋白中,其中上调表达的蛋白有12个,分别是多核苷酸磷酸化酶,分子伴侣(热休克蛋白)GroEL,外膜蛋白OprF,ABC转运周质蛋白,tonB依赖的受体蛋白,脱氢酶,过氧化物酶,脂质结合START结构域蛋白和天青蛋白;下调表达的蛋白有3个,分别是伴侣蛋白(热休克蛋白)DnaK,30S核糖体蛋白S1,鞭毛蛋白。
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