微生物接种酸模修复Cu、Zn污染土壤及其耐受与修复机理的研究

Inoculation with rhizosphere microbes is an important way to improve restoration effects of hyperaccumulators on heavy metals in soil. However, at the present time, the tolerance and restore mechanism of rhizosphere microbes has not been fully understood. This research will screen microbes from heavy metal tolerance and solubility. Microbial strains with high Cu, Zn tolerance and solubility will be screened and identified in Cu, Zn contaminated soil. Microbial subcellular distribution and chemical forms of Cu, Zn will be studied. Cu, Zn accumulation features and combined forms in microbial cells will be analyzed. Through microfluidic single-cell analysis, toxicity evaluation of the antioxidant system and bio-stimulant indicators, the mechanism of microbial Cu, Zn tolerance and promoting phytoremediation will be fully clarified from cellular level. Finally, the Cu, Zn hyperaccumulator Rumex Acetosa will be inoculated with microbes. Through the greenhouse and experimental field test, the promoting effects of microbial strains on Cu, Zn restoration by Rumex Acetosa will be analyzed. Further, the application potential of microbial strains used for Cu, Zn restoration in actual soil will be evaluated. This project contributes to an overall understanding of the Cu, Zn tolerance and restoration mechanism of the microbial strains. Rumex Acetosa with screened microbes have the potential value in Cu, Zn restoration in soil.

接种根际微生物是提高超积累植物对土壤中重金属修复效果的重要途径，但目前对根际微生物的耐受与修复机理还不完全清楚。本研究拟从重金属耐受性和溶解性两方面进行筛选，在Cu、Zn污染土壤中筛选并鉴定出具有高Cu、Zn耐受性和溶解性的微生物菌株，研究Cu、Zn在微生物亚细胞的分布及化学形态，分析Cu、Zn在微生物细胞中的累积特点和结合形式，通过微流控单细胞分析、抗氧化系统毒性评价与促植物生长指标研究，从细胞水平全面阐明微生物对Cu、Zn耐受性与促植物修复的发生机制，最后，对Cu、Zn富集植物酸模进行微生物接种，分别通过温室盆栽和试验田测试，分析微生物菌株对酸模修复土壤中Cu、Zn的促进效果，评价微生物菌株用于实际土壤Cu、Zn修复的应用潜力。本课题有助于全面认识微生物菌株对土壤中Cu、Zn的耐受与修复机理，酸模结合筛选的菌株对土壤Cu、Zn的修复具有潜在的应用价值。

本项目从重金属耐受性和溶解性两方面进行筛选，在污染土壤中筛选并鉴定出具有高Cu、Zn耐受性和溶解性的微生物菌株，研究了Cu、Zn在微生物亚细胞的分布及化学形态，通过抗氧化系统毒性评价与促植物生长指标研究，从细胞水平探讨了微生物对Cu、Zn耐受性与促植物修复的发生机制，最后，对超积累植物进行微生物接种，分析微生物菌株对印度芥菜修复土壤中重金属的促进效果。取得如下主要结论：. 筛选出具有高Cu、Zn耐受性和溶解性的微生物各一株，并利用16S rDNA测序法进行鉴定，其中Cu耐受微生物为微球菌，并命名为Micrococcus sp.，Zn耐受微生物为微紫青霉菌，并命名为：微紫青霉菌BC109-2(Genbank登录号：KX891188)。. 在耐受和促生机理研究中，发现Cu、Zn主要以难溶态分布在细胞液或液泡中。Cu、Zn会诱发ROS大量产生，引起菌株抗氧化酶的应激响应，细胞中抗氧化酶活性(SOD、CAT、POD、GR、GST)升高来对抗ROS，随着重金属浓度继续升高，使抗氧化酶活性下降，GSH/GSSG比例下降，导致细胞内环境由还原态向氧化态转变，造成氧化损伤程度略有增加。此外，ACC脱氨酶活性、产IAA能力、铁载体、溶磷量等指标的测定，表明微生物菌株具有显著的植物促生性。. 通过盆栽实验，对超积累植物进行微生物接种，依据根伸长量、植物生物量、重金属提取效率等指标的变化，发现微生物菌株可以显著提高印度芥菜对土壤中重金属的修复效果。. 研究成果有助于全面认识微生物菌株对土壤中Cu、Zn的耐受与修复机理，筛选的菌株对土壤Cu、Zn的修复具有潜在的应用价值。