孔雀草内生细菌强化植物修复Cd污染土壤的生态效应研究

Tagetes patula L., a species of garden flower, has shown promise in the phytoextraction of Cd from contaminated soil, especially from contaminated agricultural soil. In this study, we investigate the variations in seed germination, plant growth and cadmium accumulation among different French marigold cultivars and screening of cultivars for the remediation of Cd-contaminated soil. Endophytic bacteria from Tagetes patula will be isolated, and the strains will be evaluated in relation to their potential for plant growth promotion, heavy metals solubilization, heavy metal resistance. The culture-dependent method of 16S rDNA sequence analysis will be used to assess the diversity of the culturable endophytic bacterial communities in Tagetes patula. Finally, their ability to improve plant growth and Cd uptake of Tagetes patula will be determined, in comparison with arbuscular mycorrhizal fungi and wood vinegar. Endophytic bacterial communities, rhizosphere bacterial communities and their metabolic functions, antioxidative enzyme system, Cd speciation and enzyme activities in soil will also be determinated in all treatments, in order to obtain the optimization of combine of endophyte-Tagetes patula. This study will play an important role in understanding the ecological role of endophytic bacteria in the phytoextration of soil polluted with Cd.

孔雀草（Tagetes patula L.），在Cd污染土壤尤其是农田Cd污染土壤修复中具有应用潜力。本项目以孔雀草为研究对象，选择有代表性的主栽品种进行修复Cd污染土壤能力的比较，综合评价孔雀草种子萌发、生长指标、Cd积累分布特征等，筛选具有应用价值的孔雀草品种。采用分离培养法和16S rDNA序列分析技术研究Cd污染胁迫下孔雀草内生细菌群落结构和组织分布，通过其促生性能、Cd活化性能、Cd抗性机制和定殖能力等检验，筛选具有强化孔雀草修复Cd污染土壤潜力的功能菌株。构建“功能内生细菌-孔雀草”修复体，与接种丛枝菌根真菌的生物强化措施，及喷施/灌施木醋液的化学强化措施相比较，评价各处理对Cd污染土壤修复效率的影响。通过研究各处理对孔雀草抗氧化酶系统、内生细菌群落结构、根际细菌群落结构及代谢功能、Cd生物有效性、土壤理化生化性状等影响，揭示内生细菌在修复Cd污染土壤中的生态效应及作用机制。

孔雀草是一种花卉植物，易于栽培管理，有良好的镉耐性和镉积累性，在农田镉污染土壤修复中潜力巨大。针对当前日益严重的土壤污染形势，需要加强孔雀草功能内生菌的筛选工作，深入研究内生菌-植物在修复过程中的相互作用与机制，为推进内生菌-植物联合修复技术提供理论支持。. 通过选择七种主栽品种进行修复镉污染土壤的实验，发现橘黄色小英雄和黄色孔黄两种品种的孔雀草镉耐性和镉积累性更强，综合污染条件下种子萌发、生长特性等指标，最终选择橘黄色小英雄为应用于镉污染修复土壤中最有潜力的孔雀草品种。此外，研究发现与DOC相比，pH可能是影响孔雀草根际镉有效性及植物镉累积的更为重要的因素。孔雀草分别与玉米、番茄、大豆和空心菜间作实验结果表明，孔雀草可降低空心菜、玉米籽粒和大豆籽粒对镉的积累。和pH相比，间作模式下其DOC可能对植物根际镉有效性起更重要的作用。研究结果可为轻中度镉污染农田土壤修复和提高农产品安全提供理论依据和数据支持。. 采用分离培养法和免培养法研究了孔雀草内生细菌群落结构和组织分布，发现根部多样性和丰富度更高。分离出28株内生细菌，根部数量最多，镉耐性总体更强。21株具有 IAA生产能力，16株具有铁载体生产能力，16株具有溶磷能力，9个菌株具有ACC脱氨酶活性。其中4株菌株同时具有四种促生性能，4株菌株同时具有三种促生性能。高浓度镉胁迫下KG3和KY7对小麦、水稻、玉米和孔雀草种子萌发的促进作用更强。KG10产酸能力较强，同时具有活化培养液中固态镉和土壤中镉的能力。灌根法对孔雀草促生效果优于浸根法，接种KG3，KG10，KY7，明显增加孔雀草生物量，KY7对孔雀草的促生作用最大，浸根法对孔雀草镉积累方面优于灌根法。镉污染胁迫下，接种KG10，孔雀草根、茎、叶的镉含量均有所提高。与添加土壤螯合剂相比，内生细菌对孔雀草的促生效果更好，镉积累能力略低。内生细菌主要是通过分泌吲哚乙酸等代谢物质、增强植株抗氧化酶系统，溶磷解氮提高土壤中氮磷含量，提高土壤酶活性等手段，缓解植物毒性，促进植物生长。研究结果可为内生菌-植物修复技术的推广应用提供理论依据和技术支持。