【摘 要】
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土壤铅污染已成为一个长期且严重的环境问题。土壤微生态因重金属胁迫而遭到破坏是导致土壤退化的主要原因之一。植物根际促生菌(PGPR)协同植物修复重金属污染土壤作为一种绿色环保的生物修复方法受到越来越多的关注。但不同的促生菌对不同植物的促生和对土壤的改良效果存在差异,为此,本研究使用由本实验室筛选出的两种假单胞菌属促生菌B1(Pseudomonas sp.)、D8(Pseudomonasmontall
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土壤铅污染已成为一个长期且严重的环境问题。土壤微生态因重金属胁迫而遭到破坏是导致土壤退化的主要原因之一。植物根际促生菌(PGPR)协同植物修复重金属污染土壤作为一种绿色环保的生物修复方法受到越来越多的关注。但不同的促生菌对不同植物的促生和对土壤的改良效果存在差异,为此,本研究使用由本实验室筛选出的两种假单胞菌属促生菌B1(Pseudomonas sp.)、D8(Pseudomonasmontallisp.),以两年生苦楝幼苗为研究对象。采用盆栽实验,设置3个铅污染浓度水平(0mg·kg-1、100mg·kg-1、500mg·kg-1)和接菌处理(未接种、接种 B1 处理、接种 D8 处理),即 0、0-B、0-D、100 Pb、100Pb-B、100 Pb-D、500Pb、500Pb-B、500Pb-D。研究接种促生菌对苦楝幼苗的生长及其对铅富集转运能力、苦楝根际土壤性质及其微生物群落的结构和多样性对不同铅浓度污染的响应规律。主要结果如下:1.未接菌处理组中,随土壤中处理铅浓度增加,苦楝幼苗株高和地径RGR均逐渐下降,在500 mg·kg-1水平下苦楝生长受到显著抑制。100 mg·kg-1水平下,与未接种组相比,接种B1和D8苦楝株高地径均略有增加但无显著差异;500 mg·kg-1水平下,接种B1和D8苦楝株高和地径RGR均显著增长。推测在高浓度铅污染下,接种根际促生菌可以缓解铅毒性,促进植物生长。2.未接菌处理中,苦楝的富集系数和转运系数随土壤铅浓度的增加变化不明显。100mg·kg-1和500 mg·kg-1水平下,接种B1和D8苦楝富集和转运系数均显著增加,且接种B1的转运系数在100 mg·kg-1水平下和500 mg·kg-1水平下均显著高于接种D8。3.未接菌处理中,随着土壤铅浓度的增加,土壤的pH、TOC、TN、TP、AP无明显变化,脲酶活性显著减小,蔗糖酶活性显著增加;与未接种组相比,在100 mg·kg-1水平下,接种B1和D8 土壤化学性质变化不显著,蔗糖酶和酸性磷酸酶活性显著增加;在500 mg·kg-1水平下,接种B1和D8 土壤pH均显著减小,AP显著增加,蔗糖酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性均显著增加。主成分分析表明,铅污染是造成土壤性质分异的主要因素,接种促生菌是造成分异的次要因素。4.铅污染和接菌处理土壤细菌群落α-多样性均无显著变化。非度量多维尺度分析结果表明铅污染对细菌群落的影响大于接种产生的影响,分别接种B1、D8对细菌群落的影响也存在显著差异。污染和接种处理组中土壤微生物在门水平上拟杆菌、厚壁菌、变形菌及放线菌为优势菌;纲水平上,拟杆菌纲、梭菌纲、变形菌纲、放线菌纲、α-变形菌纲、芽孢杆菌纲占优势。相较于未接种组,100 mg·kg-1水平接种B1处理组拟杆菌、梭菌、芽孢杆菌丰度显著增加;接种D8处理组拟杆菌、放线菌、芽孢杆菌丰度显著增加。500mg·kg-1水平下B1、D8组放线菌和芽孢杆菌丰度均显著增加。5.通过共生网络分析接种对微生物群落的影响,结果表明,接种B1主要增加了变形菌门下关键菌类群的数量,接种D8增加了厚壁菌、变形菌、放线菌门下关键菌的数量。通过关键菌群与细菌群落中的优势种的相互作用,形成了与未接种组土壤不同的微生物网络结构,接种处理的网络相较于未接种组节点和连接数减少,网络由复杂变得简单;且分别接种B1、D8的网络结构也具有明显差异,相较于D8组,接种B1形成的网络负向连接比更大,因此接种B1形成的细菌网络比接种D8形成的网络更具有稳定性。6.冗余分析表明,接种B1组中TN、脲酶和蔗糖酶是影响细菌群落结构的关键环境因子;接种D8组中TN、TP、AP、蔗糖酶是影响细菌群落结构的关键环境因子。相对贡献的方差分解分析进一步表明,接种B1组中土壤酶对细菌群落结构影响最大,接种D8组中土壤化学性质对细菌群落结构影响最大。综上结果表明,促生菌一方面通过改善土壤化学性质和酶活性,另一方面通过影响土壤细菌关键类群的数量及其分布,从而改变了铅污染下的苦楝根际土壤微生物群落的组成和结构,这种改变导致有益菌群的增加进一步改善了铅污染下的土壤微生态环境,从而促进了铅污染下苦楝的生长和对铅的富集转运能力。本研究结果进一步揭示了促生菌在协同苦楝修复重金属污染土壤的作用机理,为微生物-植物协同修复重金属污染土壤提供理论依据。
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