重金屬脅迫下海州香薷根際微域細菌群落結構和特異基因表達研究.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。合理調控植物根系生長及根際微生物群落結構,可以提高土壤重金屬污染生態(tài)修復(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-植物的相互作用機制。本論文以海州香薷為研究對象,采集浙江富陽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一段時間后,采集沿根系的不同根際微域土壤樣品,采用原子吸收結合聚合酶鏈式反應.變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)、分子克隆等現代分子生物學技術,分析了植物根際微域的重金屬形態(tài)和可溶性有機碳、根際不同微域的細菌群落結構以及不同微域細菌運動基因和趨化基因的表達量。主要研究結論如下:
　　 (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)、碳酸鹽結合態(tài)和鐵錳氧化物結合態(tài)的銅占總銅的比例均高于未種植物的對照土壤。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)由于根系各生長區(qū)域的生長特征及其與周圍土壤顆粒和根際微生物的作用時間不同,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菌群落結構。
　　 (3)DGGE圖譜Shannon指數分析顯示兩種土壤中根際不同微域細菌的Shannon指數從分生區(qū)到距根基部1cm的區(qū)域均呈下降趨勢,細菌多樣性降低。Shannon指數的變化與土壤中DOC的含量具有一定的相

5、關性。DGGE圖譜主成分分析表明分生區(qū)、伸長區(qū)和成熟區(qū)的細菌群落結構特征較為接近,而與距根基部1cm區(qū)域的差異較大。
　　 (4)對兩種土壤DGGE圖譜中的特異性條帶進行了克隆和測序鑒定發(fā)現變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)是海州香薷根際主要的細菌種群,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(Deinococcus-Thermus)、酸桿菌

6、門(Acidobacteria)中的Gp1屬等細菌種群在海州香薷根際消失,同時也誘導了厚壁菌門(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技術分析了土壤中細菌運動基因(fliC)和趨化基因(cheA)的拷貝數。細菌鞭毛可以響應根際微環(huán)境的改變,致使根際不同微域fliC的拷貝數存在差異,根際各微域運動基因拷貝數的變化是其響應外界環(huán)境的一種方式。兩種土壤中根際各微域cheA的拷貝