砷是一种有毒的类金属元素,它伴随着多种人类活动进入土壤,造成土壤砷污染,严重威胁人类健康。土壤中的砷主要以无机的+3(AsⅢ)和+5价(AsV)形式存在,它们在土壤和生物体中的行为与毒性存在很多不同,这使得研究不同砷形态对土壤与植物的影响具有重要意义。蜈蚣草是世界上第一株被发现的砷超积累植物,在砷污染土壤植物修复方面极具潜力。超积累植物的重金属超富集机制是植物修复的关键,研究不同砷形态对蜈蚣草的根际环境及其对砷吸收富集过程的影响,对于理解蜈蚣草的砷超富集机制具有重要指导意义。此外,与植物有关的微生物在修复过程中也发挥着重要作用,特别是与植物联系最为紧密的内生细菌,也逐渐成为强化植物修复技术的研究热点。本文采用根际袋盆栽实验,将蜈蚣草分别种植于200 mg kg-1 AsⅢ和AsV处理的土壤中60天,结合梯度扩散薄膜技术(DGT),分析不同砷形态胁迫下蜈蚣草根际环境的变化,并探究不同砷形态对蜈蚣草吸收富集砷的影响。主要研究结果如下:尽管在实验期间AsⅢ逐渐被氧化为AsV,但是AsⅢ和AsV处理组仍然对蜈蚣草的生物量及砷吸收富集产生了不同程度的影响。具体表现:种植在AsⅢ处理土壤中的蜈蚣草的生物量(干重)为8.59 g plant-1,其比AsV处理组和无As空白对照组分别高出27%和46%;AsⅢ处理组的蜈蚣草对砷的吸收富集量为 36.3 mg plant-1,与 AsV 处理组(30.9 mg plant-1)相比,增加了 17.5%。与无植物对照组相比,蜈蚣草根际土壤溶液中pH和DOC浓度均有所增加,这促进了 As从土壤固相向土壤溶液的释放。同时,DGT与土壤之间形成的界面中As的平均浓度(AsCDGT)先降低后增加的变化趋势,也表明了蜈蚣草在实验初期快速地吸收As,而后As逐渐地由土壤固相向土壤溶液中释放补给。AsⅤ处理组中蜈蚣草根部As的浓度比AsⅢ处理组增加了 30%,而AsⅢ处理组中蜈蚣草叶部As的浓度比AsⅤ处理组增加了 7.9%,说明蜈蚣草将AsⅢ从根部至地上部分的转运能力比AsⅤ更强。此外,本文还分离鉴定了蜈蚣草各组织中的抗砷内生细菌,并对其相关特性进行研究,初步评价了其抗砷能力与砷形态转化能力之间的关系。在本研究中,从蜈蚣草根、茎、叶组织中共分离得到了 43株抗As内生细菌,它们分属于4个菌门和17个菌属,所有菌株均具有促生特性。相较于叶部菌株而言,蜈蚣草根部内生细菌的溶磷能力更强,这也许与根际溶磷细菌向植物组织内殖入有关。所有菌株都能在10 mM AsⅢ和AsⅤ培养基中存活,特别是在10 mM AsⅤ液体培养基中,6株菌株的生长情况优于无As对照组,说明As刺激了菌株的生长。通过比较各组织内生细菌的抗As能力,发现根部内生细菌对AsⅤ更具抗性,而叶部内生细菌则对AsⅢ更具抗性,这很可能与As在蜈蚣草各组织中的主要形态不同有关。挑选10株内生细菌对其抗砷能力与砷形态转化能力之间的关系进行分析,研究表明,这10株菌的AsV还原能力与其AsⅤ抗性呈线性正相关(R2= 0.68),而它们的AsⅢ氧化能力与其AsⅢ抗性并没有显著相关性。此外,部分菌株显示了对AsⅢ和AsV的双重抗性。