【摘 要】
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随着工业和农业快速发展,大量的重金属镉（Cd）被排放进入环境,导致了我国严重的土壤Cd污染问题,严重影响粮食安全并危害人类的健康。微生物修复是一种安全、经济、简单的土壤重金属修复技术,其中植物促生菌既可促进植物生长,也能阻控植物对重金属的吸收;生物炭既可作为微生物的载体,也具有良好的重金属污染土壤修复效果。因此,本研究以课题组前期优选出的功能菌Pseudomonas sp.,AN-B15为基础,通
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随着工业和农业快速发展,大量的重金属镉（Cd）被排放进入环境,导致了我国严重的土壤Cd污染问题,严重影响粮食安全并危害人类的健康。微生物修复是一种安全、经济、简单的土壤重金属修复技术,其中植物促生菌既可促进植物生长,也能阻控植物对重金属的吸收;生物炭既可作为微生物的载体,也具有良好的重金属污染土壤修复效果。因此,本研究以课题组前期优选出的功能菌Pseudomonas sp.,AN-B15为基础,通过物相分析、转录组分析等技术,研究细菌AN-B15对Cd的去除转化及抗性机制;在此基础上进一步揭示功能菌AN-B15和生物炭联合作用下的Cd去除转化机制;随后通过小麦的水培、沙培、盆栽实验,研究了AN-B15对Cd污染的修复作用及植物促生特性。研究结果可为实现Cd污染农田的安全化利用提供理论依据与技术支撑。（1）功能菌AN-B15在液体培养基中具有较好的Cd去除能力。Cd对AN-B15的最小抑菌浓度与半数效应浓度值分别为300.0 mg/L和80.4 mg/L;在Cd浓度为10-30 mg/L的液体培养基中,Cd去除率在59.10%-93.56%之间;初始pH对AN-B15的生长及Cd去除率影响显著,当pH=5时Cd去除率最高,达74.28%。不同脱附剂脱附实验表明,细菌AN-B15主要通过络合吸附作用去除Cd;TEM、XPS、XRD、FTIR分析发现,细菌AN-B15主要利用胞外分泌物上的功能基团羟基、硫基、羰基、氰基等来络合吸附Cd,同时也产生纳米硫化镉颗粒沉淀。（2）小麦水培实验发现,与Cd胁迫组相比,接种AN-B15菌株能显著增加小麦的根长（50.33%）、株高（17.33%）、株重（26.42%）,显著降低小麦地上部的Cd含量达39.39%（p＜0.05）。小麦沙培实验发现接种AN-B15显著增加小麦的根长（21.8%）和根重（43.19%）,显著降低小麦地上部（45.27%）和地下部Cd含量（28.28%）（p＜0.05）。综上说明AN-B15可以有效降低Cd对小麦的毒性和吸收。（3）AN-B15的转录组分析表明,Cd胁迫下有1805个基因出现显著差异性表达,上调表达基因占22%,下调表达基因占11%。其中,与Cd外排转运相关的Czc ABC和Cad A基因显著上调表达;与IAA和铁载体合成相关的基因也显著上调表达,对ACC-脱氨酶和溶磷相关基因表达无显著影响。（4）AN-B15与生物炭的联合能显著提高Cd去除效率。Cd浓度在50mg/L与100 mg/L的条件下,生物炭的Cd去除率分别为83.31%与67.06%,当接种细菌AN-B15,生物炭与AN-B15联合去除Cd的效率提高到96.67%与91.32%。XPS与XRD等分析手段表明,细菌AN-B15能促进Cd CO3、Cd（OH）2、Cd S沉淀生成来强化Cd的去除。盆栽实验结果表明,生物炭与AN-B15联合能促进土培小麦生长,降低小麦根部Cd含量。相对于CK+Cd对照组,bio+Cd与bio+Cd+AN-B15处理组的根长与根重分别增加了20.35%,51.25%和30.10%,90.00%,根部Cd浓度分别下降了38.59%与80.46%。因此证明生物炭与AN-B15联合作用在Cd污染的农田土壤安全利用方面有潜在的应用价值。
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