外源微生物對小麥和蜈蚣草砷吸收轉化的影響及機制研究.pdf

1、根際微生物在重金屬元素的生物地球化學循環(huán)中扮演著重要的角色。大量的研究揭示了植物-根際微生物之間的聯(lián)合作用在植物養(yǎng)分利用和重金屬吸收方面所起到的作用,但是相關的機制尚缺乏充分的探討。本項目以砷超富集植物蜈蚣草(Pterisvittata L.)和糧食作物小麥(Triticum aestivum L.)為供試材料,研究了不同的外源微生物(砷酸還原菌:Ts33、Ts41；亞砷酸氧化菌:C13、D14)對上述兩種植物吸收、積累和轉化As的影響

2、及其機制,研究結果對于開發(fā)有效的植物-微生物聯(lián)合修復技術,及尋找抑制農(nóng)作物吸收As、保障農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全的技術方法具有重要意義。主要研究結果如下:
　　 1.采用石英砂培試驗研究了砷酸還原菌(Ts33、Ts41)對小麥As吸收和價態(tài)變化的影響。研究結果表明:在低As處理濃度(≤10 mg·kg-1)時,除Ts41對小麥地上部的作用外,添加砷酸還原菌能夠促進小麥對As的吸收,小麥地上部和地下部As濃度分別是不加菌處理的1.03-2.

3、30倍和1.10-6.07倍。但是,隨著As處理濃度的升高,添加砷酸還原菌能明顯抑制小麥對As的吸收。與不加菌相比,添加砷酸還原菌小麥地上部、地下部As濃度分別減少64.04％-95.85％和2.58％-78.08％。As(Ⅲ)和As(Ⅴ)是As在小麥體內(nèi)存在的兩種主要價態(tài)。砷酸還原菌對小麥地上部As價態(tài)的影響不太,但是能顯著提高小麥地下部和砂培營養(yǎng)液中As(Ⅲ)的百分含量,分別是不加菌處理的1.95和4.16倍。
　　 2.研

4、究了石英砂培條件下砷酸還原菌(Ts33、Ts41)對小麥抗As脅迫反應的影響。研究結果表明:低濃度As(<20 mg·kg-1)處理提高小麥葉片SOD、POD、CAT活性和GSH含量,而其中SOD活性在As處理濃度>10 mg·kg-1時就開始降低；高濃度As處理下(≥20 mg·kg-1),葉片SOD、POD、CAT活性和GSH含量降低。另外,添加砷酸還原菌(Ts33和Ts41)能顯著增加葉片SOD、POD、CAT活性,同時降低MDA

5、含量。添加Ts33和Ts41后,小麥葉片SOD、POD、CAT活性最大為不加菌對照的2.27、2.14、1.18倍,而MDA含量降低最大時其值是不加菌對照的38.29％。
　　 3.收集和測定了添加砷酸還原菌(Ts33、Ts41)和As脅迫下小麥根系分泌物中的有機酸。研究結果表明:根系分泌有機酸的種類隨As處理濃度的增加而增加。當As處理濃度為0 mg·kg-1時,小麥根系主要分泌的是草酸和乙酸；當As處理濃度為5 mg·kg-

6、1時,增加分泌蘋果酸；而As處理濃度≥10 mg·kg-1時,增加分泌酒石酸和檸檬酸。同時,As處理濃度的增加也促進根系分泌物分泌量的增加。其中,蘋果酸、酒石酸和檸檬酸的增加達到顯著差異,在As處理濃度為50 mg·kg-1時分別是As處理濃度為10 mg·kg-1時的5.46、1.06和1.97倍。另外,添加外源微生物會減少小麥根系分泌有機酸的種類。與不加菌處理相比,添加微生物處理的小麥根系分泌物中沒有檢測到酒石酸和檸檬酸。在微生物作

7、用下,小麥根系分泌物的分泌量也有減少,其中蘋果酸的分泌量顯著減少。Ts41處理下小麥分泌的蘋果酸量減少最多,只有不加菌處理的28.46％。
　　 4.應用土壤盆栽試驗研究了砷酸還原菌(Ts33、Ts41)和亞砷酸氧化菌(C13、D14)對蜈蚣草As吸收和價態(tài)的影響。研究結果表明:2類微生物都可以促進蜈蚣草對As的吸收。比如,在加菌處理5 d后,蜈蚣草地上部和地下部As濃度分別增加86.33％-187.13％和53.93％-108

8、.82％。另外,砷酸還原菌能夠將蜈蚣草體內(nèi)As(Ⅲ)的百分含量提高2.99-49.01％；而亞砷酸氧化菌能夠將蜈蚣草體內(nèi)As(Ⅴ)的百分含量提高9.09-22.91％。
　　 5.測定了砷酸還原菌(Ts33、Ts41)和亞砷酸氧化菌(C13、D14)作用下土壤的As含量和As價態(tài)。研究結果表明:添加微生物能夠使根際As含量減少9.97％-18.64％。砷酸還原菌能夠促進土壤中的As(Ⅴ)還原為As(Ⅲ),只加砷酸還原菌處理的土壤

9、中As(Ⅲ)的百分含量為27.90％-30.87％。但是,蜈蚣草的根際活動會減弱砷酸還原菌對土壤中As的還原作用。種植蜈蚣草同時又添加砷酸還原菌Ts41的處理中,蜈蚣草根際土As(Ⅲ)的百分含量為只添加Ts41處理土的74.57％-80.86％。
　　 6.收集和測定了在盆栽土壤中添加砷酸還原菌(Ts33、Ts41)和亞砷酸氧化菌(C13、D14)時蜈蚣草根系分泌物中的有機酸。研究結果表明:2類微生物作用對根系分泌物中有機酸組成