狐尾藻内生细菌的锰耐受性能及强化植物修复潜力研究

摘要

植物-微生物联合修复是利用基质-植物-微生物组成的复合体系来共同降解或清除污染物的一种污染控制技术。这种技术的关键一是寻找超富集植物，二是寻找可与超富集植物共生并对其环境修复能力具有促进作用的微生物。内生菌从宿主植物中分离得出，对宿主植物具有促进其生长甚至增强其对污染物富集能力的作用。
　　本研究从野生及温室培养的轮叶狐尾藻中分离内生菌，通过在含锰培养基培养，筛选出在锰离子浓度800 mg/L的胁迫下，对锰具有抗性和特异性的内生菌株并对其种属进行鉴别，考察抗锰内生菌在锰及其它重金属胁迫下的耐受性、生长曲线和相关生理生化特性以及对宿主植物生长生理的影响，在此基础上推测内生菌对促进植物生长、植物累积锰和抗锰毒害可能的作用机制。为了解以上耐锰内生菌在非均相固体基质中与多金属的相互作用，还探讨接种内生菌对矿渣和河流底泥中金属形态变化的作用效果。研究结果表明:
　　(1)生长环境对植物体内生细菌影响显著。温室培养会导致狐尾藻茎叶部内生菌多样性的损失。从野生狐尾藻样本中分离获得78株内生菌，而从温室培养样本中只获得27株，其中大部分为细菌。
　　(2)从轮叶狐尾藻分离出的内生菌中，有12个菌株能耐受800 mg/L锰离子胁迫，其中来自野生狐尾藻的三个菌株YJ01、YJ31和YY07在高达1000 mg/L锰离子浓度胁迫下仍对锰有良好的抗性。温室培养狐尾藻内生菌中，XY09对锰的耐受能力最好，XJ02对低浓度锰离子有“Hormesis”效应。低浓度的锌和锰离子对YJ31和YY07的生长或适应能力具有毒性刺激效应。重金属对上述菌株毒害强弱顺序均表现为:Cd＞Cu＞Zn＞Mn。
　　(3)初步鉴定五株内生菌YJ01、YJ31、YY07、XJ02和XY09分别属于:芽孢杆菌属、不动杆菌属、假苍白杆菌属、泛菌属和假单胞菌属。其中，泛菌属XJ02为新发现的一种具有耐锰特性的内生菌种类。
　　(4)内生菌定殖狐尾藻水培实验表明，五株内生菌均表现至少有一种植物促生潜能，狐尾藻根、茎、叶的鲜重和干重、株长和锰吸收量较对照组增加，甚至提高了极高锰浓度胁迫下的存活率;接种内生菌还能有效缓解锰对植物的胁迫毒性效应，表现在接菌处理对狐尾藻抗氧化系统有积极影响，叶片丙二醛含量也明显低于对照。
　　(5)五株抗锰菌对矿渣和底泥中金属形态有明显的影响。其中，五株内生菌均能提高锌的生物有效性，YY07和XY09提高锰的生物有效性，YY07、XJ02和XY09提高镉的生物有效性，而YJ31降低锰的生物有效性。
　　综上可知，从狐尾藻分离筛选出的部分内生菌对锰胁迫具有良好的抗性和耐受能力，同时，还具有促进宿主植物的生长和富集锰的潜力，接种上述内生菌对矿渣和底泥中重金属生物有效性产生一定影响。本研究为基质-水生植物-内生菌联合修复技术发展提供了理论依据和新的微生物种源，但基质-水生植物-内生菌之间的协同机制与调控手段尚有待深入研究。

目录

声明

摘要

符号及缩略词表

1．1 金属锰污染危害及现状

1．2 重金属锰污染修复技术

1．3 微生物-植物联合修复重金属污染的研究

1．3．1 有害金属耐受内生菌的多样性

1．3．2 植物内生菌自身的污染修复作用及应用

1．3．3 内生菌促进植物修复

1．4 研究目的、意义和技术路线

1．4．1 研究目的和意义

1．4．2 主要研究内容和技术路线

1．5 项目来源和经费支持

2．1 实验材料

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器设备

2．1．3 植物样品

2．1．4 实验培养基

2．1．5 主要实验试剂

2．1．6 锰矿区矿渣和河流底泥样品

2．2 实验方法

2．2．1 狐尾藻的采集和培养

2．2．2 狐尾藻表面灭菌

2．2．3 狐尾藻内生菌的分离纯化、保存与活化

2．2．4 抗锰内生菌的筛选

2．2．5 抗锰内生菌对多种金属耐受性检测

2．2．10 内生菌促生长指标的测定

2．2．11 金属胁迫下内生菌生长曲线测定

2．2．12 内生菌接种狐尾藻后对植物耐受和富集的影响

2．2．13 狐尾藻根部和茎部锰含量的测定

2．2．14 菌体扫描电镜观察

2．2．15 植物扫描电镜观察

2．2．16 内生菌对矿渣和底泥中金属形态的影响

2．3 数据处理

第三章 狐尾藻锰耐受内生菌的筛选及特性

3．1 狐尾藻内生菌的分离

3．2 内生菌对锰的耐受能力

3．3 抗锰内生菌的生理生化特征及鉴定

3．4 内生菌的促植物生长特征

3．5 抗锰内生菌对其他重金属胁迫下的生长响应

3．6 讨论

3．7 小结

第四章 抗锰内生菌在植物-微生物联合修复技术中的应用潜力

4．1 内生菌定殖对宿主植物环境修复能力的影响

4．1．1 接种内生菌对狐尾藻生长的影响

4．1．2 接种内生菌对狐尾藻富集金属能力的影响

4．1．3 接种内生菌对狐尾藻生理的影响

4．1．4 锰胁迫下定殖内生菌狐尾藻的显微观察

4．2 接种抗锰内生菌对矿渣和河流底泥金属形态的影响

4．3 小结

5．1 结论

5．2 建议与展望

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢