刺儿菜内生菌群落对植物镉积累的影响.pdf

摘要

土壤重金属污染问题已经成为全球关注的热点问题。植物-微生物联合修复

作为土壤原位修复技术，因对环境友好，修复成本低、适用于各种地形，得到广

泛关注。刺儿菜具有易生长、耐贫瘠、生物量大、耐重金属等特性，作为富集植

物在土壤修复方面获得广泛关注，但关于刺儿菜内生菌群落对植物修复的影响和

作用机制的研究尚不明确。为探究不同内生菌群落对镉（Cd）胁迫的响应以及对

宿主Cd积累的影响。本研究对土壤微生物群落扰动处理（添加外源微生物处理

（EMA）、灭菌处理（ST）、未处理（NT）），重塑植物内生菌群落结构。利用

16SrDNA基因高通量测序技术，获得物种信息，进行群落间的差异性比较，结合

土壤理化性质、植物生理特性等，进行相关性分析，明确Cd胁迫下促生和提高

Cd富集量的功能微生物种类，构建出多功能促生微生物群落，将其回接到刺儿菜

中，并验证效果。

主要研究结果如下:

（1）不同刺儿菜内生菌群落结构对Cd胁迫的响应不同。多样性分析发现：

Cd胁迫对植物内生菌群落结构的影响不显著，仅会改变内生群落的多样性。在

Cd胁迫下，内生菌重塑处理不会改变植物内生真菌的群落结构与多样性，会改变

植物内生细菌群落结构。冗余分析（RDA）发现：碱解氮（AN）、有效磷

APSOM

（）、有机质（）与植物内生菌群落具有显著相关性，其中有机质对植

物内生群落的影响最大。通过相关性分析发现：植物内生可以通过影响植物抗氧

化酶系统、叶绿素含量等来促进植物生长和对镉的吸收。且发现了4种细菌、6

CdST

种真菌能显著增加植物对镉的吸收量。网络分析发现：在胁迫下，处理提

高了植物内生菌群间的正相关性，EMA处理减少了植物内生菌群间的正相关性。

说明镉胁迫能通过环境过滤效应，增加群落稳定性。或者通过群落结构的改变

（ST），增强植物与微生物的协同作用，使其共同抵御镉胁迫。

（2）镉胁迫会增加植物的生物量，其Cd_8水平的EMA、ST、NT处理组刺

I

儿菜的生物量均高于Cd_0水平，在镉胁迫下，EMA处理中根的生物量显著增加

46.83%ST44.44%

，处理中叶的生物量显著增加。且添加外源微生物处理增强了

植物对重金属镉的富集与转移能力。ST处理组增强了植物的富集能力，降低了转

移能力，增加了根部的重金属镉积累量。此外镉胁迫会影响植物体内氧化酶活性，

在镉胁迫下内生菌群落重塑处理会显著降低植物体内MDA（破化膜结构）的含

量，增加POD（提高植物抗逆性）的含量。这说明刺儿菜植物对镉胁迫做出积极

响应，植物的生物量增加。各植物器官对镉胁迫内生菌重塑的响应不同。内生菌

会通过影响植物抗氧化酶系统、叶绿素等来促进植物生长及促进镉的吸收。

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（）回接对比实验表明从植物中分离得到的株耐受重金属镉的内生菌菌

4ECER-X1IAAECER-X2ECER-Z3

株。从中挑选株（产）、（固氮）、（溶

磷）、ECER-Z4（产铁载体）不同功能的内生菌，混合组装。内生菌混菌搭配接

种对比于单菌株接种能明显增强植物生物量与植物对重金属的吸收能力，且在

Cd_8水平下对重金属的富集能力显著提高。结果表明，混合接种的效果大于单独

接种，其土壤Cd含量越高，解毒作用越强。接种微生物对植物富集和转移重金

属的能力影响很大，混合接种处理会存在更适应植物修复镉污染环境的机会。证

实了多菌株混合修复的修复效果与修复污染土壤的可行性。

综上所述，刺儿菜微生物群落可直接影响植物生物量从而促进植物对镉富集

与转移，根际微生物群落通过与刺儿菜微生物群落相互作用或通过改变土壤理化

性质影响植物对镉富集和转移。混菌接种的效果大于单菌株接种，且镉含量越高，

解毒作用越强。