一株重金属抗性菌的筛选及其促植物抗Cu胁迫机制研究

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本研究从大冶某矿厂附近的植物根际土壤中分离获得一株重金属抗性菌,编号CL01。该菌株为革兰氏阴性菌,杆状,无芽孢。CL01菌株对Cr6+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Mn2+、Pb2+均有一定抗性,其中Mn2+和Pb2+对菌株的最小抑制浓度为5 mmol?L-1,说明该菌株具有良好的修复重金属污染潜力。扫描电镜观察显示:在无重金属时,菌株为长杆状,大小约0.4×1.2μm,而在1mmol?L-1铜或2mmol?L-1铅胁迫下,在重金属胁迫下,菌体大小分别为0.39×0.72μm和0.35×0.68μm,变成菌短杆状,说明在该浓度下两种金属离子对菌株细胞生长有一定影响。  16S rDNA分子鉴定表明CL01菌株与Achromobacter菌属的A. xylosoxidans细菌亲缘关系最近。在NCBI数据库中寻找已报道的基因序列,合成特异性引物,在菌株CL01中克隆出了copB、merT、czcD和nccA基因。RT-PCR技术的结果表明:在0.5mmol?L-1铜胁迫下,CL01菌株中copB、merT、czcD和nccA基因的表达量均显著提高。其中copB的相对表达量最高,为25.09±7.21倍,merT的最少,为7.15±2.23倍,czcD和ncc A分别为13.41±3.89倍和15.25±1.88倍。菌株对Cu的吸附动力学拟合结果符合二级吸附速率方程,其吸附热力学平衡的拟合更符合 Langmuir方程,得出理论最大吸附量为333.3μg?mg-1,这也表明CL01菌株具有较好吸附Cu的能力。  本研究通过模拟铜污染盆栽实验,探究了CL01菌株促进紫云英生长、提高重金属耐受性的能力和机制。实验分无菌无铜、有菌无铜、无菌有铜和有菌有铜四个处理。结果表明:当土壤含铜量为75 mg·kg-1时,紫云英的生长受到明显抑制。菌株CL01可通过减少根际土壤可吸收的铜含量,减少铜在根部的聚集。紫云英根际土壤不同形态铜的测定结果显示:在含铜组中添加CL01可以使可交换态铜含量从4.11 mg·kg-1降至2.62 mg·kg-1;同时,铁锰氧化物结合态铜含量从11.51 mg·kg-1提高到17.96 mg·kg-1。说明CL01菌株通过形成较高含量的铁锰氧化物结合态铜,有效降低了水溶态和可交换态铜等可以被植物吸收的形态存在的铜的含量,从而降低了铜对植物的毒害作用。土壤酶活性测定结果也表现了相同的结果:脲酶在无铜组中的活性最高,在无菌和有菌组中分别为14.12(mg?NH3-N mg·kg-1,37℃)和15.74(mg?NH3-N mg·kg-1,37℃),但是在有铜无菌处理下为8.96(mg?NH3-N mg·kg-1,37℃),定抑制率为36.54%。相比之下,在含铜组中添加CL01可以使脲酶的活性定抑制率降低至7.01%,说明的CL01可以较好地维持脲酶的活性。同时,磷酸酶和蔗糖酶的活性在抗性菌株的加入也可较好地降低抑制率。在无菌无铜组中,两种酶的活性的分别为67.36(苯酚?mg·kg-1)和716.82(葡萄糖?mg·kg-1),定抑制率分别为22.23%和22.03%;而在有菌有Cu组中,两种酶的活性分别为70.85(苯酚?mg·kg-1)和824.3(葡萄糖?mg·kg-1),定抑制率分别为18.25%和10.3%。
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