根际微生物促进锑尾矿中植物生长的作用机制

Certain plants are observed to be suitable to grow in the unimproved abandoned antimony (Sb) tailings, which could cope with the environmental stress of oligotrophic and elevated metals contents. Our previous study showed that rhizosphere microorganisms may play vital role for plant surviving in such extreme environment. However, there is still a lack of comprehensive understanding for the adaptive mechanism of plant surviving in Sb tailing. In this proposed project, we select Bidens pilosa, surviving in antimony tailing pond, to study bacterial and fungal community structures and their responses to the rhizosphere environment at different growth stages, and to elaborate the selection mechanism of their rhizosphere microorganisms. Then, we employed whole genome shotgun (WGS) method to study metabolism of rhizosphere microorganisms, and further together with 16S data to elucidate adaptive mechanism of plant growing in Sb tailings. This study is hopefully to deepen the understanding for the mechanism of ecological restoration of metal tailings, which has important scientific value and practical guiding significance.

未经改良的废弃锑尾矿中自然生长着部分植物，对尾矿贫营养、高锑污染的极端环境胁迫表现出很好的适生性。我们的研究初步表明，锑尾矿环境中植物根际微生物可能对植物的适生性起到了重要促进作用，但目前有关锑尾矿环境中根际微生物促进适生植物生长的作用机制还缺乏清晰的认识。本项目拟选取生长于废弃锑尾矿环境中典型适生植物-鬼针草（Bidens pilosa）为研究对象，深入研究不同生长阶段植物根际环境变化特征。应用高通量测序技术，开展根际细菌、真菌微生物群落结构研究，查明鬼针草根际微生物群落结构变化与根际环境变化的耦合关系，揭示根际微生物的定向选择机制。通过开展基于宏基因组的根际微生物代谢功能研究，整合微生物群落结构及环境因子数据，阐明锑矿尾矿中根际微生物促进植物生长的作用机制。该研究有望深化锑尾矿植物生态修复机理的认识，具有较强的科学研究价值和实际指导意义。

本项目开展了金属尾矿环境中根际微生物促进适生植物生长的作用机制，取得以下主要成果：（1）选取生长于废弃锑尾矿环境中典型适生植物-鬼针草为研究对象，发现显著富集于尾矿根系微生物的主要参与根系土壤中营养元素及重金属元素循环的调节，如：氮固定、磷溶解以及锑氧化等。微生物的这些代谢活动可显著提高鬼针草在贫营养、富重金属的环境中生长；（2）选取7株冶炼厂区生长的砷超累积植物蜈蚣草为研究对象，发现其根系微生物中砷的抗性基因随着As含量的增加而增加，从而有利于蜈蚣草对As的吸收；（3）选取不同金属浓度梯度的尾矿样品为研究对象，发现细菌在不同的浓度梯度下具有显著的差异，而真菌的分布差异不明显；（4）选取矿区生长的不同植物为研究对象，发现根系微生物的组装主要受采矿活动影响的强弱；（5）矿区土壤中微生物的分布特征主要由土壤pH通过间接影响营养元素和金属元素的循环来调节；（6）植物根系微生物可以通过调节Sb、As的地球化学循环从而影响其在湿地环境中的迁移性。项目研究所获得认识，为理解和构筑植物根系微生物的组装机制及促进适生植物生长的作用机制提供了新信息，丰富和深化了对植物根系微生物在环境修复中的认识。