金属抗性内生细菌强化植物修复重金属污染土壤的机理研究

内生细菌通过代谢产物或信号传导途径对宿主植物施加影响，其中一些能改善植物的营养状况和增强植物的抗逆能力。研究已证明，内生细菌在植物修复有机污染物可发挥重要作用，而内生细菌强化植物修复重金属污染土壤的研究鲜有报道。本项目以Zn/Cd超积累植物东南景天的根、茎和叶组织中分离的内生细菌为研究材料，筛选出具有促植物生长特性的Zn/Cd抗性菌株，通过TEM-EDX、SEM-EDX、FTIR和差速离心等技术阐明内生细菌对Zn/Cd的抗性机制，探讨内生细菌的代谢过程及其胞外分泌物对土壤Zn/Cd的活化或固定机理，在此基础上，采用盆栽试验研究内生菌强化植物稳定和植物提取土壤中Zn/Cd的过程和机理，从而明确金属抗性内生细菌在植物修复Zn/Cd污染土壤中所发挥的作用及其主要机制，为Zn/Cd污染土壤的修复和控制提供依据。

本研究首先从东南景天内生菌中筛选出能提高土壤的生物有效性的、具有促植物生长特征的Zn/Cd抗性菌株，通过培养、盆栽和大田试验探讨其强化东南景天修复重金属污染土壤的效果及其机理。主要结果如下：1）东南景天的生存环境对内生菌的群落组成具有显著影响，植物修复基地东南景天的内生菌为常见的土壤细菌（假单胞菌、枯草杆菌和不动杆菌），而铅锌矿东南景天的内生菌大部分为常见土壤细菌，发现有朱斯特金黄杆菌属和鞘氨醇单胞菌属细菌。大部分内生菌具有某些促植物生长特征，如产吲哚作用、溶解磷作用、产铁载体。2）内生菌对Zn、Cd具有较强的抗性作用，Zn主要分布在胞外聚合物和细胞壁，Cd主要分布在细胞壁，Zn和Cd主要与细胞组分中的COOH和PO43-结合。3）Ⅵ8L1、Ⅵ8L2、Ⅱ8L4、Ⅵ8R2和Ⅱ2R3通过分泌有机酸和H+溶解ZnCO3和Zn3(PO4)2化合物；L1、L4、R1和R3通过分泌有机酸和H+溶解ZnO、ZnCO3 、Zn3(PO4)2 、CdO和CdCO3。内生菌的代谢产物对土壤中的Zn、Cd有较高的提取能力，而且内生菌接种到土壤后能够增加土壤中Zn、Cd有效性。4）在大宝山污染土壤和ZnCO3污染土壤上，Ⅵ8L2、Ⅱ8L4和Ⅵ8R2显著促进了东南景天的生长，地上部干重比对照分别增加了33.8%、32.5%、72.5%和38.8%、36.8%、46.3%。在Zn3(PO4)2污染土壤上，菌株Ⅵ8L2、Ⅱ8L4和Ⅵ8R2使东南景天地上部的生物量有所增加。在ZnCO3污染土壤，Ⅳ8L2、Ⅱ8L4和Ⅳ8R2显著增加土壤有效Zn含量，东南景天地上部Zn浓度分别增加了51.9%、19.7%和47.0%，根系Zn浓度分别增加了84.9%、63.8%和74.2%。在大宝山污染土壤中，菌株Ⅳ8L2、Ⅱ8L4和Ⅳ8R2降低土壤中有效Zn含量，但根系Zn含量分别比对照增加了81.9%、98.9%和62.8%。在Zn3(PO4)2污染土壤中，Ⅳ8L2使根系Zn浓度比对照增加43.5%。5）在模拟氧化镉污染土壤中，菌株L1和R3使东南景天根系和地上部镉含量分别比对照增加13.8 %~34.3 %和30.1 %~38.0 %。接种菌株L1、L4、R1和R3降低土壤pH值，土壤有效镉含量比对照增加22.9 %~32.4 %。6）在赤泥+污泥改良的大宝山污染土壤中，接种菌株R1和R3使东南景天根、茎、叶的