具有促生能力的PAHs降解细菌筛选及其在植物根表的定殖和效能

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzl1988
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土壤是人类生存和发展不可或缺的重要物质,土壤质量状况日益受到关注,而我国的土壤污染形势不容乐观。其中,多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)污染在我国土壤有机污染中比较常见。由于PAHs具有结构稳定、难生物降解性、易被植物吸收、“三致”效应等特性,对人类健康和农作物安全都构成一定的威胁。因此,如何减低甚至规避农作物的PAHs污染风险渐渐被广泛重视。植物根际有数量可观的根际细菌,很多根际细菌可以在植物根表形成细菌生物膜,这些细菌生物膜多具有促进植物生长、提高植物抗逆性以及吸附、富集甚至降解有机污染物的功能。基于此,本文尝试从植物根表分离筛选具有促生能力的PAHs降解细菌,并研究其在植物根表的定殖对植物吸收积累PAHs的影响,试图提出一条利用根表细菌生物膜与植物联合作用来调控植物吸收有机污染物的新途径,从而为防治土壤有机污染以及减低产作物有机污染风险提供参考。本研究从南京某PAHs污染地区的健康植株看麦娘(Alopecurus aequalis Sobol)根表分离筛选出一株可高效降解菲的功能菌株PHE-2,研究了菌株PHE-2对PAHs的降解广谱性、对抗生素的抗性以及环境条件对菌株降解菲的影响,探讨了菌株PHE-2对菲的代谢途径、成膜能力以及促生特性;并进一步通过温室盆栽试验,研究了菌株PHE-2在空心菜根表的定殖成膜作用对空心菜生长以及对其吸收积累菲的影响。主要研究成果如下:(1)从采自PAHs污染场地的健康植株(看麦娘)根表获得一株可高效降解菲的功能菌株PHE-2。经16SrRNA基因序列同源性分析和细菌生理生化试验验证,确定菌株PHE-2为类芽孢杆菌属(Paenibacillus sp.)细菌。菌株PHE-2能以菲为唯一碳源和能源生长,且在实验室培养条件下能高效降解菲。以5%接菌量(OD600nm=1.0)接种至含菲的无机盐培养基(100 mg·L-1)中,在30℃、150 r·min-1条件下摇床培养144h后,菌株PHE-2对菲的降解率可达99%以上。环境条件显著影响菌株PHE-2的生长和对菲的降解,但总体来看,菌株PHE-2具有较强的耐热和耐碱能力。在温度为30-40℃或pH为7.0-10.0时,菌株PHE-2皆生长良好且对菲的降解率高达最适条件下的90%以上。加大接种量可显著提高菌株PHE-2对菲的降解速率,而当接种量大于6%之后,菌株对菲的降解率稳定在最适条件下的90%以上;底物浓度也会影响菌株PHE-2的生长及其对菲的降解。当菲的浓度在100 mg·L-1以内时,6d内菌株PHE-2对菲的降解率均超过90%;而当菲的浓度大于200 mg·L-1时,菌株PHE-2的生长明显被抑制,其对菲的降解率也显著下降。(2)明确了菌株PHE-2代谢菲的途径,研究了其在各种培养基中的成膜能力,并测定了菌株的促生能力。利用HPLC和HPLC-MS定性分析了菌株PHE-2代谢菲的中间产物,并用Peak View等软件分析确定了中间产物的结构,再结合已报道的相关文献,推测出菌株PHE-2代谢菲的途径为邻苯二甲酸途径。将菌株PHE-2以5%的接种量分别接种至MSgg、菲无机盐和LB三种液体培养基中恒温培养6 d后,其会产生细菌生物膜,生物膜的最大产生量的OD590nm值分别为0.7、0.79和2.1。菌株PHE-2在有氮培养基中能够产生21.10 mg·L-1的吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA),有一定的产铁载体能力,且对无机磷和有机磷都有一定的溶解能力,菌株可在含磷固体平板上形成透明的溶磷圈。(3)通过浸根处理,将菌株PHE-2成功定殖在空心菜根表,并进一步研究了菌株在空心菜根表和培养液中的分布以及对空心菜吸收积累菲的影响。结果表明,在水培体系中,菌株PHE-2能良好地定殖在空心菜的根系表面,并形成细菌生物膜。PHE-2在空心菜根表的定殖和成膜作用可促进空心菜的生长,同时有效降低了其根部的菲含量以及菲在空心菜体内的积累量。例如,在1.0 mg·L-1低浓度菲的污染下,空心菜水培15 d后,与接种灭活菌组相比,接种野生菌组植物的鲜重、干重分别提高了 48.59%、62.51%,植物根系和茎叶中的菲含量分别降低了 46.35%、5.26%;植物根系和茎叶中菲的积累量分别降低了 25.48%、22.36%。另外,定殖在空心菜根表的功能菌株也会释放至培养液中,从而促进了培养液中菲的降解。
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