二氧化碳升高联合伯克氏菌诱导杨树和东南景天富集镉的机理研究

Phytoremediation is a cheap and ecology-friend technology when it is used to remediate Cd-polluted soils. However, the biomass of plants used for phytoremediation and the Cd concentration in plant tissue are often both relatively low, which have resulted in the limited utilization prospect of phytoremediation. Reports have shown that the technology using enhanced CO2 (EC) combining with growth promoting Rhizobacteria (PGPR) might be an economically feasible and environment-friend means via improving the phytoremediation efficiency. However, the mechanisms on the enhanced Cd remediation efficiency by EC coupled with PGPR are unknown. Therefore, this study was conducted to elucidate effects of EC combining with Burkholderia sp. D54 on plant growth, changes in some physiological and biochemical parameters, uptake, accumulation and detoxication of Cd, root exudates and rhizosphere characteristics. In this study, hyperaccumulator Sedum alfredii (HE) and poplar species (P. ×euramericana (Dode) cv. "Nanlin-895") were selected. Some advanced technologies will be also supplied including adopting gfp marker gene method, non-invasive micro-test technique, diffusive gradients technique and denaturing gradient gel electrophores technique etc. The results of this study can not only enrich the theory knowledge of phytoremediation and offer new pathway breaking through bottle-neck of phytoremediation of Cd polluted soil, but also provide research documents to understand the interactions of plant-metal-microbe under the conditions of global climate change.

植物修复是一项修复Cd污染土壤经济可行的绿色生态技术。植物生物量小、组织中Cd含量低成为植物修复的瓶颈。CO2升高和接种植物促生菌能协同提高植物修复效率，且经济可行、环境友好，是突破植物修复瓶颈的有效途径，但其相关机理研究较少。超积累型东南景天（HE）和杨树在Cd污染土壤修复领域具有很强的代表性。本立项以HE和杨树品种南林895为材料，利用gfp基因标记法、非损伤微测、梯度扩散薄膜、变性梯度凝胶电泳等手段，研究CO2升高联合伯克氏菌D54对植物生长、生理生化指标，根系分泌物和根际环境特征，以及吸收、转运、富集和解毒Cd的影响，从生长促进及生理生化响应、Cd的吸收和富集、及Cd的解毒等三个方面，探讨CO2升高联合伯克氏菌强化植物富集Cd的机理。其研究成果既能丰富现有的植物修复理论，为Cd污染土壤植物修复瓶颈的突破提供新的途径，也能为全球气候变化条件下植物-金属-微生物的交互作用研究提供数据。

本文以HE和杨树品种南林895为材料，研究CO2升高和伯克氏菌D54对植物生长、生理生化指标，以及吸收、转运、富集和解毒Cd的影响。其研究成果既能丰富现有的植物修复理论，为Cd污染土壤植物修复瓶颈的突破提供新的途径，也能为全球气候变化条件下植物-金属-微生物的交互作用研究提供数据。本论文得到的结论如下：.1、CO2升高和接种伯克氏菌D54均能不同程度的促进HE和南林895的生长，且在接种与不接种D54的条件下，CO2升高均能显著增加两种植物的生物量，但接种伯克氏菌D54却减少了CO2升高对两种植物的促生作用。.2、水培条件下接种伯克氏菌D54减少HE和NHE对Cd吸收和富集，但土培条件下，CO2升高和接种伯克氏菌D54单一及联合处理均能增加HE和南林895各器官的Cd含量以及总Cd吸收量，进而提高了修复效率。.3、接种伯克氏菌D54能增加两种植物对微量元素的吸收，但CO2升高处理减少了两种植物对Mn和Zn的富集以及HE对Fe和Mg的富集，却增加了南林895对Fe和Mg的富集，且CO2升高处理因植物不同而对矿质元素的影响不同。接种D54能缓解CO2升高对HE Fe、Mg、Mn和Zn富集的减少。.4、Cd胁迫诱导了两种植物抗氧化能力的增加，用以减少细胞的氧化损伤。CO2升高和接种伯克氏菌D54单一处理和联合处理均能通过提高抗氧化能力、减少氧化损伤来促进植物生长。.5、CO2升高和接种伯克氏菌D54单一和联合处理均降低了两种植物根际土壤的pH，增加了Cd的生物有效性，从而促进植物对Cd的吸收和富集。CO2升高和接种伯克氏菌D54单一以及两者联合处理均能增加两种植物土壤中N和P的有效供应以及南林895土壤中K的有效供应，进而促进植物的生长。.