细菌强化超富集植物与非超富集植物修复镉污染土壤机理的比较研究

土壤重金属污染及其治理研究是关系土壤资源可持续利用和农产品安全的大问题。采用绿色荧光蛋白（GFP）基因标记的方法研究具重金属抗性和植物促生效应的细菌（Pseudomonas sp. S24 和Microbacterium sp. M16）与重金属的相互关系；以镉超富集油菜和非超富集油菜为供试植物，盆栽条件下比较研究GFP基因标记菌株与镉超富集植物和非超富集植物的相互关系、GFP基因标记菌株在植物根际的定殖规律以及菌株强化供试植物吸收富集镉重金属效能、机制及其关键影响因素。预期研究结果将对进一步阐明细菌强化植物富集土壤重金属机制具有重要的科学意义，并可发展植物修复理论和技术原理。

土壤重金属污染及其治理研究是关系土壤资源可持续利用和农产品安全的大问题。植物-微生物联合修复被认为是绿色经济、操作简单的土壤重金属污染修复技术。本研究采用绿色荧光蛋白（GFP）基因标记的方法研究具重金属抗性和植物促生效应的细菌与重金属的相互关系；以镉超富集和非超富集植物为供试植物，盆栽条件下比较研究标记菌株与镉超富集植物和非超富集植物的相互关系、菌株在植物根际的定殖规律以及菌株强化供试植物吸收富集镉重金属效能、机制及其关键影响因素。采用三亲本杂交的方法成功地对细菌JYC17、MT16、YAH27和HQN2进行了gfp基因标记，获得标记菌株JYC17-gfp、MT16-gfp、YAH27-gfp和HQN2-gfp。研究表明，gfp在标记菌株JYC17-gfp、MT16-gfp、YAH27-gfp和HQN2-gfp中稳定性良好，且不影响菌株活化重金属镉的性能。定殖试验表明，标记菌株JYC17-gfp、MT16-gfp、YAH27-gfp和HQN2-gfp可以在根表面定殖，并可以促进玉米苗期的生长。菌株J62、LR113、J17-2a和Y3-9能在含Cd 50 mg.L-1的培养基中生长，并对Cu、Zn和Ni具有抗性。菌株能促进碳酸镉的溶解，使培养液中Cd2+由1.03 mg.L-1增加至1.23 mg.L-1～127.53 mg.L-1。以菌株J62和LR113为代表，研究细菌对镉的溶解机制和溶解-吸附动态，结果表明：菌株生长代谢产酸使培养液pH降低，促使培养液中Cd2+浓度增加，重金属的溶解改变了细菌分泌的有机酸的种类和含量。菌株J62对碳酸镉的增溶能力高于LR113，菌株LR113对镉的吸附能力强于J62。菌株J62和LR113均能在土壤中存活，菌株J62对土壤重金属镉的增溶能力较强，能显著提高土壤中水溶态镉的浓度。.盆栽条件下菌株J62能促进重金属镉污染土壤中玉米和番茄的生长，使地上部干重分别比对照增加54%和17%，根部干重增加75%和30%。接J62菌株促进了植物根部对镉的吸收，使印度芥菜、玉米和番茄根部的Cd浓度分别增加174%、31%和12%。接J62菌株显著增加了玉米和番茄全株的重金属吸收量，Cd吸收量增加56%和61%。接J62菌株使植物根际土中抗Cd50 mg.L-1细菌和总细菌的数量远高于对照，并促进了解钾、溶磷和固氮细菌数量的增加；菌株J62能