重金屬脅迫下海州香薷根際微域細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和特異基因表達(dá)研究.pdf

1、植物根系及根際微生物的共同作用可以改變根際環(huán)境,影響土壤重金屬的生物有效性。合理調(diào)控植物根系生長及根際微生物群落結(jié)構(gòu),可以提高土壤重金屬污染生態(tài)修復(fù)(尤其是植物提取)的效率。根際微域是植物根系與土壤和微生物作用最活躍的區(qū)域,也是根系對重金屬最敏感的區(qū)域。因此,研究重金屬脅迫下根際微域土壤的微生物生態(tài),有助于闡明污染脅迫下微生物-植物的相互作用機(jī)制。本論文以海州香薷為研究對象,采集浙江富陽銅冶煉廠周邊重金屬污染土壤和未污染土壤,利用根際箱

2、培養(yǎng)海州香薷。海州香薷在溫室中生長一段時間后,采集沿根系的不同根際微域土壤樣品,采用原子吸收結(jié)合聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng).變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)、分子克隆等現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù),分析了植物根際微域的重金屬形態(tài)和可溶性有機(jī)碳、根際不同微域的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)以及不同微域細(xì)菌運(yùn)動基因和趨化基因的表達(dá)量。主要研究結(jié)論如下:
　　 (1)重金屬的形態(tài)分析表明根際各微域土壤中總銅的含量顯著低于未種植物的對照土壤。根際不同微域各形態(tài)的銅含量存在

3、差異,其中可交換態(tài)銅以成熟區(qū)最高,為4.24 mg/kg。根際土壤中可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的銅占總銅的比例均高于未種植物的對照土壤。其中以距根基部1cm的區(qū)域比例最高,約占總銅含量的81.7％,而對照土壤中這三種形態(tài)的銅僅占總銅的50%,故距根基部1cm區(qū)域重金屬潛在的生物有效性最高。
　　 (2)由于根系各生長區(qū)域的生長特征及其與周圍土壤顆粒和根際微生物的作用時間不同,根際微域土壤中DOC的含量也不同。污染土

4、壤中以距根基部1cm的區(qū)域含量最高,為471.10 mg/kg;未污染土壤中以分生區(qū)最高,為448.46 mg/kg,且從分生區(qū)到距根基部1cm的區(qū)域DOC含量逐漸降低。DOC含量的差異必然影響根際微域的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。
　　 (3)DGGE圖譜Shannon指數(shù)分析顯示兩種土壤中根際不同微域細(xì)菌的Shannon指數(shù)從分生區(qū)到距根基部1cm的區(qū)域均呈下降趨勢,細(xì)菌多樣性降低。Shannon指數(shù)的變化與土壤中DOC的含量具有一定的相

5、關(guān)性。DGGE圖譜主成分分析表明分生區(qū)、伸長區(qū)和成熟區(qū)的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征較為接近,而與距根基部1cm區(qū)域的差異較大。
　　 (4)對兩種土壤DGGE圖譜中的特異性條帶進(jìn)行了克隆和測序鑒定發(fā)現(xiàn)變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)是海州香薷根際主要的細(xì)菌種群,且未污染土壤中克隆條帶所在的屬更分散、更多一些。重金屬脅迫使得異常球菌.棲熱菌門(Deinococcus-Thermus)、酸桿菌

6、門(Acidobacteria)中的Gp1屬等細(xì)菌種群在海州香薷根際消失,同時也誘導(dǎo)了厚壁菌門(Firmicutes)等另外一些菌屬在污染土壤海州香薷根際的形成。
　　 (5)利用RT-PCR技術(shù)分析了土壤中細(xì)菌運(yùn)動基因(fliC)和趨化基因(cheA)的拷貝數(shù)。細(xì)菌鞭毛可以響應(yīng)根際微環(huán)境的改變,致使根際不同微域fliC的拷貝數(shù)存在差異,根際各微域運(yùn)動基因拷貝數(shù)的變化是其響應(yīng)外界環(huán)境的一種方式。兩種土壤中根際各微域cheA的拷貝