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(zhǎng)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(duì)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(duì)象,采集浙江富陽(yáng)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(zhǎng)一段時(shí)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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)區(qū)域的生長(zhǎng)特征及其與周圍土壤顆粒和根際微生物的作用時(shí)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(shì),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(zhǎng)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(duì)兩種土壤DGGE圖譜中的特異性條帶進(jìn)行了克隆和測(cè)序鑒定發(fā)現(xiàn)變形菌門(mén)(Proteobacteria)和放線菌門(mén)(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(mén)(Deinococcus-Thermus)、酸桿菌

6、門(mén)(Acidobacteria)中的Gp1屬等細(xì)菌種群在海州香薷根際消失,同時(shí)也誘導(dǎo)了厚壁菌門(mén)(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(dòng)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(dòng)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