根际促生菌对镉胁迫下油菜生理生化及品质的影响.pdf
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1、第 卷第期陕西科技大学学报V o l N o 年月J o u r n a l o fS h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y A u g 文章编号:X()根际促生菌对镉胁迫下油菜生理生化及品质的影响魏婷,高菡,杨代忠,张亚文,张春平,郭军康(陕西科技大学 环境科学与工程学院,陕西 西安 ;中国建筑材料工业建设西安工程有限公司,陕西 西安 )摘要:为探讨镉(c a d m i u m,C d)胁迫条件下油菜对根际促生细菌的响应机制,以芽孢杆菌UR (B a c i l l u ss p UR )和沙雷
2、氏菌D (S e r r a t i as p D )为对象,检测了其促生性能,并通过盆栽试验,研究C d胁迫下这两种根际促生菌对油菜生长、生理生化、C d累积以及品质的影响结果表明,UR 和D 均具有产I AA、铁载体及溶磷的促生性能接种UR 和D 显著增加了C d胁迫下植物的根长、株高、鲜重和干重与C d处理植株相比,C dUR 和C dD 处理组油菜的干重分别提高了 和 ,且叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别提高了 、和 、同时,油菜体内丙二醛(MD A)含量显著减少这可能与其提高了植物体内的抗氧化酶(S O D、P O D)活性有关此外,C d UR 和C d D 处理降低了油菜中
3、的C d含量,提高了可溶性糖和维生素C含量综上,接种根际促生菌UR 和D 减轻了C d对油菜的毒害作用、缓解了C d对油菜的生长抑制、降低了C d吸收并提高了油菜的品质本研究为利用根际促生菌调控中低度污染农产安全生产提供了理论依据关键词:根际促生菌;油菜;重金属;镉;品质中图分类号:X 文献标志码:AE f f e c t so fp l a n t g r o w t h p r o m o t i n gr h i z o b a c t e r i ao np h y s i o l o g i c a lp r o p e r t i e sa n dq u a l i t yo fp
4、 a k c h o i lp l a n t su n d e rc a d m i u ms t r e s sWE IT i n g,GAO H a n,YANGD a i z h o n g,Z HANGY a w e n,Z HANGC h u n p i n g,GUOJ u n k a n g(S c h o o lo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,S h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g
5、 y,X i a n ,C h i n a;C h i n aB u i l d i n g M a t e r i a l sI n d u s t r i a lC o n s t r u c t i o n X i a nE n g i n e e r i n gC o,L t d,X i a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T o i n v e s t i g a t et h er e s p o n s em e c h a n i s mo fp a k c h o i t op l a n tg r o w t h p r o m o t i n g
6、r h i z o b a c t e r i au n d e rc a d m i u m(C d)s t r e s s,h e a v ym a t a lr e s i s t a n tb a c t e r i a ls t r a i n sB a c i l l u ss p UR a n dS e r r a t i as p D w e r eu s e da ss u b j e c t s,t h e i rp l a n tg r o w t h p r o m o t i n gp r o p e r t i e sw e r ea s s e s s e d T
7、 h ep o t e x p e r i m e n tw e r ep e r f o r m e d t oe v a l u a t e t h e e f f e c t s o f t h e s eb a c t e r i ao nt h eg r o w t h,p h y s i o l o g i c a l p r o p e r t i e s,C da c c u m u l a t i o na n dq u a l i t yo f p a k c h o i u n d e rC ds t r e s s T h er e s u l t s s h o w
8、e d t h a t b o t hUR a n dD h a v e I AAp r o d u c t i o n,s i d e r o p h o r ep r o d u c t i o na s收稿日期:基金项目:陕西省科技厅自然科学基础研究计划项目(J C Y B )作者简介:魏婷(),女,陕西眉县人,讲师,博士,研究方向:植物重金属抗性陕西科技大学学报第 卷w e l l a sp h o s p h a t e s o l u b l i z a t i o na b i l i t y I n o c u l a t i o nw i t hUR a n dD s i g
9、 n i f i c a n t l y i n c r e a s e dr o o t l e n g t h,p l a n th e i g h t,f r e s hw e i g h ta n dd r yw e i g h to fp a k c h o ip l a n t su n d e rC ds t r e s s C o m p a r e dw i t hC d s t r e s s e dp l a n t s,t h ed r yw e i g h to fp a k c h o i i nC dUR a n dC dD t r e a t e dg r o
10、u p i n c r e a s e d a n d ,r e s p e c t i v e l y,a n dc h l o r o p h y l la,c h l o r o p h y l lba n dc a r o t e n o i dc o n t e n t i n c r e a s e d ,a n d ,r e s p e c t i v e l y M e a n w h i l e,u p o n UR a n dD i n o c u l a t i o n,t h ec o n t e n to fm a l o n d i a l d e h y d e(
11、MD A)i np a k c h o id e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y T h i sm a yr e l a t e dt ot h e i n c r e a s e da c t i v i t yo fa n t i o x i d a n t e n z y m e s(S O D,P O D)I na d d i t i o n,C dUR a n dC dD t r e a t m e n t r e d u c e dt h ec o n t e n to fC da n d i n c r e a s e dt h ec
12、 o n t e n to f s o l u b l es u g a ra n dv i t a m i nC I nc o n c l u s i o n,i n o c u l a t i o nw i t hp l a n t g r o w t h p r o m o t i n g r h i z o b a c t e r i aUR a n dD a l l e v i a t e d t h e t o x i c e f f e c t s o fC do np a k c h o i,m i t i g a t e dt h eg r o w t h i n h i b
13、 i t i o n i n d u c e db yC d,r e d u c e dc o n t e n to fC da n d i m p r o v e dt h eq u a l i t yo f p a k c h o i p l a n t s T h i s s t u d ym a yp r o v i d e a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r t h e a p p l i c a t i o no fp l a n tg r o w t h p r o m o t i n gr h i z o b a c t e r i
14、at op r o m o t et h es a f ep r o d u c t i o no fp a k c h o ip l a n t s i nC d c o n t a m i n a t e da g r i c u l t u r a l l a n d s K e yw o r d s:p l a n tg r o w t h p r o m o t i n gr h i z o b a c t e r i a;p a k c h o i;h e a v ym e t a l;c a d m i u m;q u a l i t y引言土壤是人类赖以生存的自然资源,由于大量
15、排放含重金属的工业三废和化肥过量使用,造成土壤中重金属含量不断增加 年国家环境保护部和国土资源部公布的全国土壤污染状况调查公报显示,镉(C a d m i u m,C d)的点位超标率最高,正式被确定为中国土壤的首要污染物土壤中的C d通过根系进入植物体内,造成植物光合性能下降、生长抑制、营养不平衡、代谢紊乱,并最终使得作物产量和品质下降,C d是公认的致畸、致癌、致突变物质,使得“镉米”等污染事件呈多发态势积累在植物可食部分的C d会通过食物链进入人体从而引发人体健康的风险因此,调控中低度污染农田作物重金属累积并提高植物重金属抗性已成为了农业生产中亟待解决的问题目前,C d污染土壤修复技术主
16、要是向土壤直接添加有机、无机钝化剂达到降低土壤重金属活性的目的然而钝化修复存在稳定性差,容易失活,造成重金属再次释放,钝化材料产生土壤环境二次污染,无法彻底去除土壤中重金属等问题近年研究发现,定 殖 于 植 物 根 部 的 根 际 促 生 菌(p l a n tg r o w t h p r o m o t i n gr h i z o b a c t e r i a,P G P R)具有调控植物生长和重金属累积的作用,且不会破坏土壤结构,不会引起二次污染,从而引起了研究者的广泛关注 P G P R是定殖于植物根际、根表,并能直接或间接地促进或调节植物生长的微生物 P G P R可通过分泌植物
17、生长激素吲哚 乙酸(I AA)、氨基环丙烷 羧酸脱氨酶(A C C D)、铁载体以及促进植物对矿物元素(氮、磷)吸收来促进种子萌发,提高叶绿素含量,增强光合效率,促进植物生长,此外,P G P R可通过影响植物细胞生理活动,激活植物抗氧化酶活性,诱导植物系统抗性,分泌高亲和性铁载体增加根际铁供给量,竞争性抑制重金属元素的根系吸收,改变植物重金属的吸收、转运及胞内分布过程,调控植物重金属的吸收、转运相关基因表达以及重金属在细胞内分布,来减轻重金属对植物的毒害作用,同时增加农作物产量,D a r y等发 现 接 种 植 物 促 生 菌B r a d y r h i z o b i u m s p
18、,P s e u d o mo n a ss p 和O c h r o b a c t r u mc y t i s i能够缓解重金属对于黄羽扇豆(L u p i n u s l u t e u s)的毒害作用,显著增加黄羽扇豆生物量,并降低根系植物组织重金属(C d、P b、Z n和C u)含量与地上部植物组织C d、P b含量接种耐C d的铜绿假单胞菌(P s e u d o m o n a sa e r u g i n o s aKKU )不仅可以促进水稻的生长,缓解氧化胁迫、还可以降低水稻对C d的吸收 油菜是我国种植比较广泛的叶菜之一,由于产地重金属污染,使得其产量与质量双重下降,威
19、胁人民群众的健康因此,本研究针对设施菜地重金属累积的现实问题,以重要蔬菜作物油菜为研究对象,通过盆栽试验探讨重金属C d胁迫条件下,接种根际促生菌(b a c t e r i a l s t r a i n sB a c i l l u ss p UR 和S e r r a t i as p D )对油菜生长、生理生化、油菜C d累积、品质指标的影响阐明根际促生菌缓解油菜重金属胁迫、调控油菜重金属吸收的生理效应与机制,旨在为利用根际促生菌提高油菜重金属抗性、调控油菜重金属累积,实现中低度污染设施农田“边生产边修复”提供理论依据和实践指导第期魏婷等:根际促生菌对镉胁迫下油菜生理生化及品质的影响实
20、验部分 供试材料()供试土壤:供试土壤为采自陕西凤县矿区附近的C d污染农田,对土壤进行粉碎后风干、过mm筛,进行土壤理化性质测定并用于后期盆栽实验()供试菌株:供试菌株分别为实验室前期从种植在C d污染土壤上植物的根际部分离的芽孢杆 菌(B a c i l l u s s p UR ,G e n B a n k登 录 号:MT )和 沙 雷 氏 菌(S e r r a t i as p D ,G e n B a n k登录号:N o MN )这两种菌均具有溶磷、产铁载体、产I AA等促生性能具体如表所示表菌株促生性能菌株B a c i l l u ss p UR S e r r a t i
21、as p D I AA产量/(m gL)溶磷量/(m gL)铁载体 试验设计选取大小均匀、圆润饱满的油菜种子,用的次氯酸钠溶液进行消毒,再用去离子水冲洗至无味后均匀播种于蛭石中避光萌发,幼苗培养全程置于人工气候室中(时间为 h昼/h夜,昼夜温度为/,相对湿度)挑选长势良好大小一致,含两片真叶的油菜幼苗,种植于供试C d污染土壤中,每盆含土k g,适应三周后进行根际促生菌接种处理实验共设置三个处理组,分别为:()C d:油菜种植于C d污染土壤中;()C dUR :油菜种植于C d污染土壤中并接种芽孢杆菌B a c i l l u ss p UR ;()C dD :油菜种植于C d污染土壤中并接
22、种S e r r a t i a s p D 进行根际促生菌接菌处理时,将菌液(O D )m L加入植物根际土壤中植物继续培养三周后收样,并用于各项生理指标测定 土壤理化性质测定土壤理化性质测定采用常规检测方法土壤p H值检测采用电位法,有效磷的测定采用钼锑抗比色法,速效钾测定采用火焰光度法,碱解氮的测定采用碱解扩散法 土壤中重金属含量测定参考胡芳等的方法进行 根长、株高、鲜重及干重的测定将油菜从种植盆中轻轻取出,避免损伤其根系,之后,用水冲去表面粘附的土壤颗粒,并用滤纸吸干表面水分,用直尺测量并记录其根长、株高用天平对植物鲜重进行称量将植株置于 烘箱杀青,随后 烘干 至恒重并称 重记 录,即
23、 为干重 植株光合色素含量测定取新鲜叶片 g,用m L 乙醇研磨成匀浆,后转移至试管中并定容至 m L,取上清液在波长 n m、n m、n m下,以 乙醇为空白,测定叶绿体色素提取液的吸光度 丙二醛(m a l o n d i a l d e h y d e,MD A)含量测定取 g新鲜的油菜叶片,加入预冷的 m o lLp H 的磷酸缓冲液提取酶液加入 硫代巴比妥酸的三氯乙酸溶液m L,于沸水浴上加热 m i n,迅速 冷却在 r/m i n离 心 m i n 取上清液于 n m、n m、n m波长下,以蒸馏水为空白调透光率 ,测定吸光度 抗氧化酶活性测定超氧化物歧化酶(S O D)活性的测
24、定参考L i u等的方法进行测定 过氧化物酶(P O D)活性参照F a r o o q等的方法进行 可溶性糖含量及维生素C含量测定可溶性糖含量和可溶性蛋白含量的测定分别采用蒽酮法 和二联吡啶法 油菜组织C d含量及油菜对C d的富集系数将烘干的植物样品置于消解管中,加入 m L浓硝酸浸泡过夜样品在、的消解炉中消煮完全后,转移至 m L容量瓶,用 硝酸定容至刻度线,混合均匀后,用 m的滤膜过滤最后,利用原子吸收光谱仪测定油菜组织中的C d含量油菜对C d的富集系数(B C F)油菜中镉含量/土壤中镉含量富集系数越大,说明油菜富集能力越强 数据分析本 实 验 采 用E x c e l 统 计 数
25、 据,采 用S P S S 进行单因素方差分析和多重比较(p ),用O r i g i n P r o 软件进行绘图,所有数据均为三次试验平均值结果与讨论 土壤理化性质供试土壤的理化性质测定结果如表所示,土壤p H为 ,为中性土壤土壤中有机质含量为陕西科技大学学报第 卷 gk g,土壤中的碱解氮、有效磷、有效钾含量分别为 gk g、gk g和 gk g土壤中C d的含量为 m gk g,超过了农用地土壤污染风险筛选值(土壤 p H ,风险筛选值 m gk g)表土壤理化性质测定指标数值p H 有机质/(gk g)碱解氮/(m gk g)有效磷/(m gk g)有效钾/(m gk g)总C d/
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