金昌矿区植物内生菌对油葵耐受及富集重金属的影响

来源 :兰州大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:cn1976
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由于人类的生产活动,大量重金属沉积在土壤中导致土壤理化性质改变、肥力下降、无法用于耕种,并进入食物链危害人类的身体健康。植物修复在理论上是绿色、经济、最实用的重金属污染治理方法,但因植物生长缓慢且生长期较长等诸多原因导致植物修复法在实际的污染治理应用中收效甚微。植物内生菌是在其生活历程中的某一阶段或整个阶段生活在植物组织内的真菌或细菌,与植物相互作用,但不会对植物组织产生明显负作用。大量关于植物内生菌与植物联合修复重金属污染的研究表明内生菌不仅可以帮助植物提取土壤中的重金属、进而修复污染土壤,还可以促进植物的生长发育。油料作物油葵(Helianthus annuus Linn)具有较强的重金属富集能力、地上生物量大、种子经重金属脱毒处理后可加工成食用油或生物柴油、经济价值高,已有很多学者在研究其对重金属污染地的修复潜力。本研究针对甘肃省金昌市Cu、Ni矿区的污染现状,以该区土著适生植物为研究对象,确定植物的Cu、Ni富集量,分离鉴定植物内生菌,筛选出具有较强重金属耐性和多种促生特性的促生内生菌,确定促生内生菌侵染后对油葵耐受、富集土壤重金属及油葵生长发育的强化和促进作用,为建立切实可行的植物-内生菌联合修复矿区重金属污染提供技术示范。实验结果表明:(1)对18种耐Cu、Ni重金属的内生细菌进行各种促生特性的主成分分析,最终选定N1(Pantoea)和W1(Pseudomonas)进行后期与油葵联合修复土壤重金属污染的盆栽实验。N1属于泛菌属,有较强的产IAA、活化Cu、活化Ni及耐受Cu的特性;W1属于假单胞菌属,具有较强的产ACC脱氨酶、溶磷、活化Cu、耐受Ni及耐受Cu的特性。(2)统计对照及模拟西坡、老尾矿坝和矿渣四种不同重金属浓度土壤中油葵种子的出苗率,发现随土壤重金属浓度的增加,油葵种子的出苗率逐渐降低(p<0.05),但西坡土壤中种子的出苗率高于对照土壤,可能是作为植物生长必需的微量元素,西坡土壤中的Cu/Ni重金属浓度有利于油葵种子的萌发和生长。(3)不同的土壤重金属浓度、不同的接种细菌、不同的内生细菌定殖时间处理下,测定收获油葵的地上及根部干重,发现随土壤重金属浓度增加,组合菌N1-W1对油葵的促生作用优于单菌,且每个重金属浓度下油葵的根部生物量均为加菌处理组大于对照组,但彼此间的差异并不显著(p<0.05),表明接种菌种后抑制了重金属对植物生长的。(4)不同的土壤重金属浓度、不同的接种菌、不同的内生细菌定殖时间处理下,测定油葵地上部IAA、GAs、ABA三种植物激素的含量,发现随土壤重金属浓度增加,W1处理下的油葵地上部IAA含量先上升后下降且差异显著;N1和W1处理下油葵地上部GAs含量高于组合菌,但两菌种间差异不显著;组合菌处理下的油葵地上部ABA含量呈现先下降后上升的趋势,在低浓度重金属土壤中组合菌处理下的油葵地上部ABA含量与单菌处理的有显著性差异,在高浓度重金属土壤中彼此间并无显著性差异(p<0.05)。(5)不同的土壤重金属浓度、不同的接种菌、不同的内生细菌定殖时间处理下,测定油葵根际土壤的pH,发现随土壤重金属浓度增加,各菌种处理下植物根际的土壤pH变化不尽相同,对照土壤中组合菌N1-W1处理下的pH降幅更大,西坡和老尾矿坝土壤中N1的有机酸分泌作用更显著,而矿渣土壤中未加菌油葵的根际土壤pH更低,说明内生细菌的存在降低了重金属对植物的毒害作用,加菌组的有机酸分泌量少于对照组。(6)测定内生细菌不同定殖时间下收获的油葵地上部及根部的Cu、Ni含量,确定不同重金属浓度下,随内生细菌定殖天数增加,油葵对土壤中Cu、Ni重金属的富集总量,富集系数及转运系数。结果显示:随土壤重金属浓度增加,组合菌处理下油葵的地上部Cu富集量高于单菌处理;单菌N1处理下油葵的根部Cu富集量高于单菌W1和组合菌处理,但是差异并不显著。随土壤重金属浓度增加,单菌N1处理油葵的地上部和根部Ni富集量均较大。研究发现,从金昌Cu、Ni矿区生长的植物中分离出的内生细菌N1和W1,以及两者形成的组合菌N1-W1均可以促进重金属复合污染土壤中油葵的生长发育,提高油葵的重金属耐受性,强化油葵对重金属的富集及转运能力。
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