植物促生细菌Bacillus.sp YM-1对土壤Pb钝化及油菜促生作用的研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:xinqing101
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随着工业的发展,土壤重金属污染日益严重,由此造成的环境和人类健康问题引起了广泛的关注。根际促生细菌不但可以稳定土壤中的重金属、减缓其对植物的毒害,还可以促进植物的生长。以根际促生细菌为基础的生物修复技术是中轻度重金属污染土壤边种植边修复的有效手段之一。本研究从根际土壤中分离了一株植物促生细菌Bacillus.sp YM-1,并对其重金属吸附特征和促生特性进行分析,将该促生菌固定于菌糠载体上,通过盆栽试验研究其对土壤Pb的生物有效性和油菜生长的影响。主要研究结果如下:1.耐Pb植物促生细菌的分离筛选与鉴定从矿区植物根际土壤中筛选出一株耐Pb植物促生革兰氏阳性细菌,可在含有500 mg·L-1Pb的固体培养基上正常生长。经形态学、生理生化测定及16S rDNA序列分析,鉴定该菌株属于芽孢杆菌属(Bacillus),命名为Bacillus.sp YM-1。2.植物促生细菌YM-1的重金属耐受性与植物促生能力Pb、Zn、Cu对YM-1的最低抑制浓度为500、800、400 mg·L-1。在不同浓度的三种重金属胁迫下,YM-1均表现出了较好的促生特性,其中1-氨基环丙烷-l-羧酸(l-aminoeyelopropane-l-carboxylate,ACC)最高活性为1.194μmolα-ketobutyratemg-1·h-1,吲哚乙酸(IAA)最大产量为66.29 mg·L-1,铁载体最高产量为74.27%SU,最大溶磷量为26.88mg·L-1。在不同Pb浓度胁迫下,YM-1菌液浸种后,油菜种子的发芽率显著提高,提高幅度为6.82%-54.17%。3.菌株YM-1对Pb2+的吸附性能研究菌株YM-1对Pb2+的最佳吸附条件为:pH 5.5,Pb2+初始浓度为100 mg·L-1,菌体浓度为1.5 g·L-1,吸附时间30 min,在此条件下,菌体YM-1对Pb2+的吸附率和吸附量为89.62%和14.94 mg·L-1。对吸附前后的YM-1细胞进行透射电镜(TEM)和能量散射X射线谱(EDX)分析发现,吸附前YM-1的细胞呈规则的杆状形态,能谱图中未发现Pb元素吸收峰,吸附后细胞变得不规则,细胞表面附着了一层黑色堆积物,能谱图中出现了Pb元素的吸收峰。4.YM-1及YM-1固定化菌剂在土壤中的存活动态将促生细菌YM-1固定于菌糠载体制成固定化菌剂,比较YM-1和YM-1固定化菌剂在土壤中的存活动态,结果发现固定化菌剂在Pb污染土壤中接种40 d后,活菌数为8.42×106 cfu每克土,而菌株YM-1的活菌数降至9.52×102 cfu每克土。5.YM-1及YM-1固定化菌剂对有效态Pb含量及土壤理化性质的影响Tessier五步连续提取法分析土壤中Pb的形态发现,与对照相比,YM-1处理、菌糠处理、YM-1+菌糠处理、YM-1固定化菌剂处理均显著降低了可交换态Pb的含量,下降幅度为12.61%-27.09%、14.86%-32.99%、40.38%-55.10%、55.24%-70.66%。此外,碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb的含量也降低,即土壤中的有效态Pb含量降低。这四种处理还显著提高了土壤的pH,分别提高了0.16-0.43、0.31-0.62、0.67-1.14、0.72-1.17个单位,阳离子交换量和有机质的含量也显著增加。土壤Pb形态与土壤理化性质相关性分析结果显示,pH、有机质、阳离子交换量、速效磷、速效钾与有效态Pb呈极显著的负相关,与残渣态和有机质结合态呈正相关,而电导率与有效态Pb呈极显著的正相关。6.YM-1及YM-1固定化菌剂对油菜生长及Pb吸收的影响盆栽试验结果表明,菌株YM-1处理组、菌糠载体处理组、菌株YM-1+菌糠处理组、YM-1固定化菌剂处理组的促生效果显著高于对照组。不同Pb浓度(0-400 mg·kg-1)胁迫下,各处理组油菜的生物量相比对照组分别增加了7.7%-15.33%、5.81%-16.56%、14.53%-24.63%、18.02%-31.34%。各组油菜的茎长与根长的变化规律与其生物量的变化规律相似,都显著高于对照组(P<0.05)。油菜体内的Pb含量也明显下降,与对照组相比,地下部分最大的下降幅度为50.00%、43.26%、75.01%、93.26%,地上部分为30.95%、50.00%、90.48%、99.52%。油菜体内抗氧化酶活性、叶绿素、脯氨酸等指标也反映了四组不同处理能有效地促进油菜的生长,缓解Pb对油菜的毒害作用。
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