全 文 ：胡杨根际细菌提高木本植物对重金属胁迫的耐受性∗
陈　 雯１　 欧阳立明１∗∗　 孔沛筠１　 杨泽宇１　 吴　 蔚１　 朱冬林１　 张利莉２
（ １华东理工大学生物工程学院， 上海 ２００２３７； ２塔里木大学生命科学学院， 新疆阿拉尔 ８４３３００）
摘　 要　 胡杨是我国西北荒漠地区特有的、对多种非生物逆境具有高抗逆性的树种，但其相
关微生物的生态和生理功能研究还比较缺乏．本文从新疆沙雅地区原始胡杨林根际土壤中分
离出重金属抗性细菌共 ７２株．其中具有单一重金属（Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｐｂ２＋或 Ｚｎ２＋）抗性的细菌菌株
５０株，有三重以上重金属抗性的菌株 ９ 株．将其中 ５ 株多重重金属抗性细菌接种至生根的竹
柳插条，进行重金属胁迫下的盆栽培养．结果表明： 在铜或锌胁迫下，５ 株多重重金属抗性细
菌对竹柳的生长抑制有不同程度的缓解，其中假单胞菌 Ｚ３０ 和贪铜菌 Ｎ８ 菌对铜和锌两种胁
迫下竹柳生物量的增长与不接菌对照相比均达到显著差异水平．说明在非重金属污染区生长
的胡杨根际存在多样性的重金属抗性细菌，其中一些多重重金属抗性菌对改善重金属胁迫下
植物的生长有显著作用，具有应用于木本植物⁃微生物联合修复环境重金属污染的价值．
关键词　 重金属； 胡杨； 根际细菌； 竹柳； 植物促生菌
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０９－２８１１－０６　 中图分类号　 Ｑ８９　 文献标识码　 Ａ
Ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｉａ ｂａｃｔｅｒｉａ ｏｆ Ｐｏｐｌｕｓ ｅｕｐｈｒａｔｉｃａ ｉｍｐｒｏｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｗｏｏｄ ｐｌａｎｔｓ ｔｏ ｈｅａｖｙ
ｍｅｔａｌｓ． ＣＨＥＮ Ｗｅｎ１， ＯＵＹＡＮＧ Ｌｉ⁃ｍｉｎｇ１， ＫＯＮＧ Ｐｅｉ⁃ｊｕｎ１， ＹＡＮＧ Ｚｅ⁃ｙｕ１， ＷＵ Ｗｅｉ１， ＺＨＵ
Ｄｏｎｇ⁃ｌｉｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｌｉ⁃ｌｉ２ （ １Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏ⁃
ｌｏｇｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７， Ｃｈｉｎａ； ２Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ， Ｔａｒｉｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ａｌａｒ ８４３３００， Ｘｉｎｇｊｉａｎｇ，
Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（９）： ２８１１－２８１６．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｐｏｐｕｌｕｓ ｅｕｐｈｒａｔｉｃａ ｉｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｋｉｎｄ ｏｆ ｗｏｏｄｙ ｐｌａｎｔ， ｗｈｉｃｈ ｌｉｖｅｓ ｉｎ ｄｅｓｅｒｔ ａｒｅａ ｏｆ ｎｏｒｔｈ⁃
ｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｉｓ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｔｏ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｂｉｏｔｉｃ ｓｔｒｅｓｓｅｓ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｂｏｕｔ
ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｏｌｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｐ． ｅｕｐｈｒａｔｉｃａ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ｎｏｔ ｅｎｏｕｇｈ． Ｉｎ
ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｉｓｏｌａｔｅｄ ７２ ｓｔｒａｉｎｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｔｏ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｆｒｏｍ ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｉｃ ｓｏｉｌ ｏｆ ｗｉｌｄ Ｐ． ｅｕｐｈｒａｔｉ⁃
ｃａ ｆｏｒｅｓｔ ｉｎ Ｓｈａｙａ Ｃｏｕｎｔｙ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ． Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ５０ ｓｔｒａｉｎｓ ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｏｎｅ ｏｆ ｆｏｕｒ
ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ （Ｃｕ２＋， Ｎｉ２＋， Ｐｂ２＋ ｏｒ Ｚｎ２＋ ）， ａｎｄ ９ ｓｔｒａｉｎｓ ｗｅｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｔｏ ａｔ ｌｅａｓｔ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ
ｔｈｅｓｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ． Ｆｉｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ⁃ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｂａｃｔｅｒｉａ ｗｅｒｅ ｉｎｏｃｕｌａｔｅｄ ｔｏ ｂａｍｂｏｏ ｗｉｌ⁃
ｌｏｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｕｎｄｅｒ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｏｆ Ｃｕ２＋ ｏｒ Ｚｎ２＋ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｏ ｂｅ ａｌｌｅｖｉａｔｅｄ ｔｏ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｔｅｎｔ． Ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ５ ｓｔｒａｉｎｓ， Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ． Ｚ３０ ａｎｄ Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｓｐ． Ｎ８ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍ⁃
ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｕｎｄｅｒ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ｚｉｎｃ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｗｈｅｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｉｎｏｃｕｌａ⁃
ｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｂａｃｔｅｒｉａ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｐ． ｅｕ⁃
ｐｈｒａｔｉｃａ ｗｈｉｃｈ ｌｉｖｅｄ ｉｎ ａ ｎｏｎ⁃ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ａｒｅａ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ⁃ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ
ｂａｃｔｅｒｉａ ｍａｙ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｈｏｓｔ ｐｌａｎｔ ｕｎｄｅｒ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｓｔｒｅｓｓ． Ｔｈｅ ＰＧＰＢ ａｓｓｏｃｉａ⁃
ｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｐ． ｅｕｐｈｒａｔｉｃａ ｈａｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｘｙｌｏｐｈｙｔｅ⁃ｍｉｃｒｏｂｅ ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ⁃
ｔａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； Ｐｏｐｕｌｕｓ ｅｕｐｈｒａｔｉｃａ； ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ ｂａｃｔｅｒｉａ； Ｓａｌｉｘ ｍａｉｚｈｏｋｕｎｇ ｇａｒｅｎｓｉｓ；
ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ⁃ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ （ＰＧＰＢ）．
∗华东理工大学上海市级大学生创新活动项目（Ｓ１３０７９）、新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室开放课题（ＢＲＺＤ１２０３）
资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｏｕｙａｎｇｌｍ＠ ｅｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃１１⁃０３收稿，２０１５⁃０６⁃０９接受．
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ９月　 第 ２６卷　 第 ９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｓｅｐ． ２０１５， ２６（９）： ２８１１－２８１６
　 　 土壤重金属污染对植物多样性、食品安全和土
壤微生物生态造成了极大威胁［１］，因此，开发有效
的土壤修复技术十分重要．利用重金属富集性植物
修复土壤重金属污染具有经济、环境友好、操作方便
的优点，受到了人们的广泛关注．但植物尤其是草本
植物修复存在生物量小、生长速度慢、土壤营养条件
不良等逆境下重金属耐受性差等问题．植物与微生
物联合修复利用能定殖到植物体内或根际的有益微
生物，增强植物宿主对环境污染物和其他逆境的耐
受性，即提高植物⁃微生物共生体系在逆境胁迫下的
生存能力和生长表现，从而有效地增强共生体系对
环境的修复能力．它结合了微生物和植物两种修复
技术的优点，因而成为当前最具前景的低成本且环
保、有效的环境修复处理方法［２－４］ ．
能促进植物生长和提高植物抗逆性的细菌被称
为植物促生细菌 （ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ，
ＰＧＰＢ）．ＰＧＰＢ 作用的机制包括分泌某些植物激素
（如吲哚⁃３⁃乙酸、脱落酸、赤霉素、细胞分裂素等）或
植物激素代谢酶类（如 １⁃氨基环丙烷⁃１⁃羧酸脱氨
酶），促进植物吸收营养（固氮和溶解无机磷），促进
植物对病原微生物的抗性（如分泌铁载体、抗生素）
等［５－６］ ．一些 ＰＧＰＢ 参与加速金属离子的流动或固
定、酸化、螯合以及还原而影响植物对重金属的吸
收［７］ ．
胡杨（Ｐｏｐｕｌｕｓ ｅｕｐｈｒａｔｉｃａ），又称“异叶杨”，是杨
柳科杨属植物中最原始、最古老的树种，具有抗旱、
抗热、抗寒、抗风沙、抗盐碱和抗瘠薄的特性，是我国
西部干旱高盐的荒漠地区唯一的乔木树种．我国天
然胡杨林面积的 ９１． １％分布在新疆地区，而新疆
９５％以上的胡杨林分布在塔里木河流域．因此这里
是迄今为止地球上分布最集中、保存最完整、最具代
表性的原始胡杨林．胡杨作为中国西北荒漠生态系
统的重要成员，对于遏制沙漠扩展、改善生态环境、
保护生物多样性、保障工农业生产具有不可替代的
地位，也是我国宝贵的生物学研究资源［８］ ．
目前人们对胡杨干旱和高盐适应性的解释主要
是基于植物生理方面．如胡杨可通过增加气孔阻力
来降低胡杨叶片的蒸腾作用，选择性吸收无机离子
以及降低 ＡＴＰ 消耗来适应干旱环境的胁迫［９］ ．近年
来发现，植物激素信号机制在木本植物应对长期非
生物逆境的过程中有重要作用［１０－１１］ ．然而，与多年
生木本植物紧密相关的微生物是否对其非生物逆境
抗性有贡献，其相互作用机制如何，人们的认识还非
常有限．
笔者前期研究发现，胡杨根际存在丰富的 ＰＧ⁃
ＰＢ，有助于提高宿主植物的抗旱和抗盐生长［１２－１３］ ．
Ｈｅｌｅｎ等［１４］报道，盐生植物对一些非生物逆境胁迫
包括重金属也有较强抗性．这提示我们从胡杨根际
细菌群落中寻找重金属抗性菌．它们有可能在微生
物⁃木本植物联合修复重金属污染中具有应用价值．
木本植物生育期长，有较大的生物量和较高的
经济价值，且其不会进入食物链，这使得它成为一个
理想的植物修复载体．竹柳（Ｓａｌｉｘ ｍａｉｚｈｏｋｕｎｇ ｇａｒｅｎ⁃
ｓｉｓ）为杨柳科柳属落叶乔木［１５］，生长快速、适应性
强，用途广泛，是营造工业原料林、速生丰产林、农田
防护林和城乡绿化的优良生态树种［１６］ ．用竹柳作为
模式植物筛选 ＰＧＰＢ进行联合修复可以应用到污染
程度高、生态恶劣的地区，在改善生态的同时还能获
得林木原料和经济效益，具有良好的实际应用价值．
为了了解胡杨根际细菌中是否存在重金属抗性
菌及其多样性，以及能否改善接种后的竹柳在重金
属胁迫下的生长，本文首先从胡杨根际土壤中筛选
出多重重金属抗性细菌，研究菌株对不同重金属的
抗性及分布，对同时具有 ３ 种以上抗性的菌株进行
１６Ｓ ｒＤＮＡ测序，鉴定其菌种类型；再将筛选出的菌
株接种于竹柳，在重金属胁迫下进行盆栽培养，比较
和评价细菌对竹柳的促生抗逆效果．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 试验材料
胡杨林根际土壤来自新疆阿克苏地区沙雅县原
始胡杨林内．竹柳为市售插条，长 １５ ｃｍ左右．
细菌培养基和植物营养液配方（以下均为 １ Ｌ
体系）．固体营养琼脂（ＮＡ）：酵母提取物 ３ ｇ、胰蛋白
胨 ５ ｇ、ＮａＣｌ ５ ｇ、琼脂 １５ ｇ；８６９：酵母提取物 ５ ｇ、胰
蛋白胨 １０ ｇ、ＮａＣｌ ５ ｇ、葡萄糖 １ ｇ、无水氯化钙 ０．２６１
ｇ、琼脂 １５ ｇ；改良的 Ｈｏａｇｌａｎｄ 营养液［１７］：四水硝酸
钙 ９４５ ｍｇ、硝酸钾 ５０６ ｍｇ、硫酸铵 ６６ ｍｇ、磷酸二氢
钾 ６６ ｍｇ、硝酸镁 ７４ ｍｇ、硫酸镁 ４３３ ｍｇ、铁盐溶液
２􀆰 ５ ｍＬ、微量元素液 ５ μＬ．
１􀆰 ２　 试验方法
１􀆰 ２􀆰 １胡杨根际土壤中重金属抗性细菌的分离　 称
取 ２ ｇ 土壤，加入 ２０ ｍＬ ０．８５％ ＮａＣｌ 溶液和适量无
菌的玻璃珠，置于摇床中，１６０ ｒ·ｍｉｎ－１振荡 ３０ ｍｉｎ，
使土壤颗粒充分散开形成均匀的土壤悬液．梯度稀
释土壤悬液，将稀释度为 １０５ ～ １０８的土壤悬液涂布
到含重金属 （ Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋或 Ｐｂ２＋ ）终浓度为 ２
ｍｍｏｌ·Ｌ－１的 ＮＡ平板上．每个稀释度重复 ３ 次．之后
２１８２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
将平板倒置放于恒温培养箱中，３０ ℃培养 ３～５ ｄ．选
取合适稀释度（细菌菌落数落在 ２０～２００的范围内）
的平板进行菌落计数，进而确定每克土壤中的细菌
数以及每克土壤中 ４种重金属抗性菌的数量．
每克土样中的细菌数＝特定稀释度平板上的菌
落数×稀释度
将重金属平板上形态特征不同的菌在含重金属
的培养基中重新培养和划线分离，得到纯培养菌株．
１􀆰 ２􀆰 ２多重抗性菌株筛选　 将从胡杨根际土壤分离
得到的 １５５个菌株，接种于含 ２ ｍｍｏｌ·Ｌ－１重金属离
子（分别为 Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋、Ｐｂ２＋）浓度的 １ ／ ５ ８６９ 培
养基平板，在 ３０ ℃培养箱培养 ２ ｄ，筛选出具有重金
属离子抗性的菌株（其中同时具有 ３ 种以上重金属
抗性的作为后续试验菌株）．
１􀆰 ２􀆰 ３菌株鉴定 　 菌株鉴定采用核糖体 １６Ｓ ｒＤＮＡ
序列分析方法，具体步骤如下：１） 细菌基因组 ＤＮＡ
提取：冷冻保存的菌株用 ＮＡ培养基活化培养后，用
溶酶体酶消化菌体，然后用 ＣＴＡＢ⁃氯仿抽提和异丙
醇沉淀得到基因组 ＤＮＡ［１８］ ．２） ＰＣＲ 扩增细菌 １６Ｓ
ｒＤＮＡ：所用 ＰＣＲ引物为（细菌 １６Ｓ 通用引物）：２７ｆ⁃
（ ５′⁃ＡＧＡＧＴＴＴＧＡＴＣＣＴＧＧＣＴＣＡＧ⁃３′）； １４９２ｒ⁃（ ５′⁃
ＧＧＴＴＡＣＣＴＴＧＴＴＡＣＧＡＣＴＴ⁃３′） ［１９］，反应条件：预变
性 ９４ ℃ ４ ｍｉｎ；变性 ９４ ℃ ３０ ｓ；退火 ５５ ℃ ４０ ｓ；延
伸 ７２ ℃ ９０ ｓ，３０ 个循环．扩增产物纯化回收后交铂
尚生物技术公司测序．质量好的序列在 Ｒｉｂｏｓｏｍａｌ
Ｄａｔａｂａｓｅ Ｐｒｏｊｅｃｔ （ ＲＤＰ ） 数据库通过 Ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ 工
具［２０］在线比对后，鉴定得到菌属结果．
１􀆰 ２􀆰 ４植物盆栽试验　 植物用口径为 １６ ｃｍ 的塑料
花盆培养，培养基质用市售河沙．试验设置 １ 个空白
组、１个对照组和试验组（空白组不做接菌处理，并
用自来水浇淋；对照组不做接菌处理，并用重金属溶
液浇淋；试验组进行接菌处理，并浇淋重金属溶
液），每个试验组对应接种 １种抗性菌株，每组 ３盆，
每盆种植 ４根竹柳．
选用长度约 １５ ｃｍ 的竹柳枝条，在萘乙酸钠生
根粉溶液（５０ ｍｇ·Ｌ－１）中浸泡 ２ ｈ 后，用自来水培
养约 １周至生根，期间每隔 １ ｄ 换一次水；同时用液
体 ＮＡ培养基培养试验菌株 １ ｄ，离心去上清后，用
１０ ｍｍｏｌ·Ｌ－１硫酸镁溶液将菌体悬浮并稀释到
ＯＤ６００值为 ０．５；将生根的竹柳 １２ 棵为一组浸泡于
所配制的 ５０ ｍＬ 不同菌悬液中 ２ ｈ（对照组与空白
组用等量 １０ ｍｍｏｌ·Ｌ－１硫酸镁溶液处理），即完成接
种处理．
处理后的竹柳于口径 １６ ｃｍ的花盆中用干净的
细黄沙培养，每个花盆中装等体积沙子，加自来水至
饱和．所有的盆栽竹柳置于人工气候培养箱中培养
（培养温度：２５ ℃ ／ ２０ ℃，光照周期：１６ ｈ ／ ８ ｈ，湿度
控制在 ５０％～６０％）．移栽 １ ｄ后每盆用改良的 Ｈｏａｇ⁃
ｌａｎｄ营养液浇淋 ６０ ｍＬ以恢复植株移栽后的生长，５
ｄ后开始重金属胁迫培养 ２周［２１］ ．
用自 来 水 配 制 重 金 属 溶 液 （ Ｃｕ２＋ １００
μｍｏｌ·Ｌ－１；Ｚｎ２＋ ２００ μｍｏｌ·Ｌ－１），处理各试验组植
物．每天浇灌 ６０ ｍＬ，空白组浇灌自来水 ６０ ｍＬ．
培养两周后，将植物小心从沙土中取出，用自来
水反复冲洗去除泥沙，然后去离子水淋洗，再用滤纸
吸干多余水分．分别将每盆竹柳的新生茎叶以及根
部剪下，于 ６０ ℃恒温烘箱内烘干至恒量，称量并记
录植株新生茎叶和根部干质量．记录每盆竹柳新生
部分的干质量．
１􀆰 ３　 数据处理
将所得的植物各部分干质量数据，用 ＳＰＳＳ 软
件处理，采用单因素多重变量分析不同处理的植物
干质量，各组数据与经重金属胁迫处理但不接种细
菌的对照组数据两两比较差异，差异显著性水平以
α＝ ０．０５为检验标准．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 胡杨根际重金属抗性细菌的抗性分布
从胡杨植物根系土壤中分离筛选得到 ７２ 株重
金属抗性细菌，不同抗性菌株的抗性种类和数量分
布如图 １．其中单一抗性的菌株数量有 ５０株，占全部
菌株数量的 ６９．４％．单一抗性菌中 Ｚｎ 抗性菌数＞Ｃｕ
抗性菌数＞Ｎｉ 抗性菌数＞Ｐｂ 抗性菌数．具有两重抗
性的菌株有 １３ 株，具有三重抗性的菌株有 ６ 株，具
有四重抗性的菌株有 ３株．可见，随着抗性种类的增
加，菌株数量呈递减趋势．
２􀆰 ２　 菌株鉴定结果
将同时具有３种以上重金属抗性的９个菌株，
图 １　 ７２株细菌的重金属抗性文氏图
Ｆｉｇ．１　 Ｖｅｎｎ’ ｓ ｄｉａｇｒａｍ ｏｕｔｌｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ
７２ ｓｔｒａｉｎｓ．
３１８２９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 陈　 雯等： 胡杨根际细菌提高木本植物对重金属胁迫的耐受性　 　 　 　 　 　
表 １　 多重抗性菌种的鉴定结果及其抗性种类
Ｔａｂｌｅ １　 Ｂａｃｔｅｒｉａ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ
ｔｈｅｉｒ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
细菌编号
Ｂａｃｔｅｒｉａ
Ｎｏ．
属名 Ｇｅｎｕｓ
（一致性 Ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ
ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＞８０％）
抗重金属种类
Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ
ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｓｐｅｃｉｅｓ
Ｃ９０ 链霉菌
Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ
Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｐｂ２＋
Ｎ８ 贪铜菌
Ｃｕｐｒｉａｖｉｄａｓ
Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｐｂ２＋、Ｚｎ２＋
Ｎ２２ 链霉菌
Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ
Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｐｂ２＋、Ｚｎ２＋
Ｃ２３ 芽孢杆菌
Ｂａｃｉｌｌｕｓ
Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋
Ｚ３０ 假单胞菌
Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ
Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋、Ｐｂ２＋
Ｃ１０ 葡萄球菌
Ｓｔａｐｈｙｃｏｃｃｕｓ
Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋
Ｃ１７∗ 肠杆菌科
Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｉａｃｅａｅ
Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋
Ｃ３２ 马赛菌
Ｍａｓｓｉｌｉａ
Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋
Ｃ４５ 新鞘氨醇杆菌
Ｎｏｖｏｓｐｈｉｎｇｏｂｉｕｍ
Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｐｂ２＋、Ｚｎ２＋
∗仅鉴定到科 Ｏｎｌｙ ａｓｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｆａｍｉｌｙ ｌｅｖｅｌ．
扩增 １６Ｓ ｒＤＮＡ 序列并测定，在 Ｒｉｂｏｓｏｍａｌ Ｄａｔａｂａｓｅ
Ｐｒｏｊｅｃｔ（ＲＤＰ）数据库通过 Ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ 工具在线比对
后，鉴定得到菌属结果如表 １．９ 株细菌分属于 ８ 个
不同属，说明胡杨根际重金属抗性细菌的多样性比
较高．
２􀆰 ３　 竹柳接种胁迫培养结果
笔者前期通过菌株接种拟南芥 （ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ
ｔｈａｌｉａｎａ）在重金属胁迫下培养的预试验结果（数据
未发表），从以上 ９ 株细菌中选出与植物共生抗逆
效果较好的 Ｃ９０、Ｎ８、Ｎ２２、Ｃ２３及 Ｚ３０号 ５株菌株接
种竹柳的扦插枝条，在一定的重金属离子浓度下进
行培养，通过植物生长情况的比较来评估体系抗重
金属的性能．
接种不同菌株的竹柳分别用 １００ μｍｏｌ·Ｌ－１
Ｃｕ２＋、２００ μｍｏｌ·Ｌ－１ Ｚｎ２＋的水溶液浇淋培养两周后，
剪下竹柳新生根及叶于烘箱烘干后，于分析天平称
取接种不同菌株的植物新生部分的干质量，得到图
２．各组数据与对照相比差异显著的在图中用“∗”号
示出．
　 　 由图 ２可以看出，试验浓度的重金属溶液处理
对竹柳生长有明显的毒害作用，在 １００ μｍｏｌ·Ｌ－１
Ｃｕ２＋或 ２００ μｍｏｌ·Ｌ－１ Ｚｎ２＋胁迫下，对照组植物新生
组织总干质量分别为空白组的 ５６．２％和 ５６．５％．从
植物形态发育上可观察到，重金属胁迫下对照组的
植物叶面积小且稀疏，根数量少而且根长度短．
候选细菌中的大部分对缓解重金属对宿主
植物生长的抑制起到了明显作用，其中Ｚ３０和Ｎ８
图 ２　 Ｃｕ２＋和 Ｚｎ２＋胁迫下不同类型接菌处理的植株质量
Ｆｉｇ．２　 Ｄｒｙ ｍａｓｓ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ ｉｎｏｃｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔａｉｎｓ ｕｎｄｅｒ
ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ Ｃｕ２＋， Ｚｎ２＋ ．
Ｂ： 空白组 Ｂｌａｎｋ； ＣＫ：对照 Ｃｏｎｔｒｏｌ． Ⅰ：根 Ｒｏｏｔ； Ⅱ：叶 Ｌｅａｆ； Ⅲ：总
计 Ｔｏｔａｌ． ∗Ｐ＜０．０５．
菌株在 Ｃｕ和 Ｚｎ 两种胁迫下对植物生长的促进都
达到显著水平（图 ２）．在 Ｃｕ２＋胁迫下，与无接种对照
组相比，接种 Ｎ８ 组植株新生组织总干质量增加到
２．２０倍、接种 Ｚ３０ 号的为 ２．１４ 倍、Ｃ２３ 为 １．９２ 倍、
Ｃ９０为 １．８２倍，均接近或超过非胁迫空白组的生长．
在 Ｚｎ２＋胁迫下，接种 Ｚ３０、Ｎ８、Ｎ２２ 号菌株的植株新
生组织干质量分别为对照组的 １．７２、１．７４ 和 １． ５３
倍，均显著高于对照组 ．这些促进植物在重金属胁
图 ３　 Ｃｕ２＋和 Ｚｎ２＋胁迫下植株地下部分的生长状况
Ｆｉｇ．３　 Ｇｒｏｗｔｈ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ ｕｎ⁃
ｄｅｒ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ Ｃｕ２＋， Ｚｎ２＋ ．
４１８２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
迫下生长的细菌下文统称为植物促生抗逆菌．
大多数促生抗逆菌对宿主植物地上部生长量的
促进作用明显．由于根系水分含量较高，而且总体生
物量较低，所以促生抗逆菌的作用体现在植物根系
干质量的增长量上大多不显著．其中 Ｚ３０ 号菌对竹
柳在 Ｃｕ胁迫下的根系生长发育有显著促进，而 Ｎ８
菌对竹柳在 Ｚｎ胁迫下的根系生长发育有显著促进
（图 ３）．
Ｎ８和 Ｚ３０菌株对植物在 Ｃｕ 和 Ｚｎ 胁迫下都有
显著的促生抗逆表现，但 Ｎ２２菌仅提高了植物对 Ｚｎ
的耐受性，对植物在 Ｃｕ 胁迫下的生长抑制没有缓
解表现．
３　 讨　 　 论
本研究发现，生长在非重金属污染地区的胡杨
根际存在重金属抗性细菌，并且多样性较高．分离得
到的多重重金属抗性细菌菌株可在 Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋胁迫
下显著提高木本植物竹柳的耐受生长，尤其是 Ｎ８
和 Ｚ３０ 菌表现优良．经过 １６Ｓ ｒＤＮＡ 序列鉴定，Ｚ３０
是假单胞菌属，Ｎ８ 是贪铜菌属．假单胞菌属细菌有
丰富的重金属抗性基因和化合物代谢途径，常被用
于生物修复和植物促生［２２］ ．而贪铜菌属细菌对铜有
高度耐受性，且此菌属有芳香族化合物污染修复的
能力［２３］，但尚无其促进植物的重金属耐受性的相关
报道．本文的结果证明它们有应用到木本植物⁃微生
物联合修复环境的潜力．
ＰＧＰＢ对植物吸收重金属的影响分为 ３ 种情
况：一些微生物增加了植物对重金属的吸收和富集，
并通过解毒机制提高植物对体内外高浓度重金属的
耐受性；一些微生物通过减少植物对重金属的吸收
来提高植物对环境重金属的耐受性；还有一些微生
物可以明显改变重金属在植物体内的分配和转运，
使一些重金属从敏感的组织转运到有耐受性的组
织，从而提高植物对环境重金属的耐受性．第一种情
况可以直接提高共生体系清除土壤重金属污染物的
效率；第二种情况有助于植物在尾矿等环境恶劣地
区生存和生长，有利于生态恢复；第三种情况下，微
生物虽然并未直接提高植物对重金属的吸收能力，
但植物在重金属胁迫下的生长改善后，可以间接提
高植物修复能力．Ｎ８和 Ｚ３０对植物吸收重金属的影
响和应用还有待于进一步研究．
植物相关微生物的联合应用，提高了植物修复
技术的效果．近年来相关研究不断深入，Ｗａｎｇ 等［２４］
发现，芽孢杆菌可提高小麦对铜的累积，减轻由铜导
致的氧化损伤，并分泌吲哚⁃３⁃乙酸（ＩＡＡ）促进植物
生长．Ｂａｂｕ 等［２５］发现，来自欧洲赤松（Ｐｉｎｕｓ ｓｙｌｖｅｓ⁃
ｔｒｉｓ）根系的苏云金芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）
ＧＤＢ⁃１具有从尾矿去除重金属的能力，机制涉及产
生 １⁃氨基环丙烷⁃１⁃羧酸（ＡＣＣ）脱氨酶、吲哚乙酸
（ＩＡＡ）和铁载体，以及溶解土壤磷等促进植物生长
的特性．本文发现的促生抗逆菌提高植物对重金属
的耐受机制还有待深入研究．随着微生物⁃植物促生
抗逆相关作用机制研究的不断深入，以及优良菌株
的不断发现，微生物⁃植物联合作用作为一种很有潜
力的重金属修复技术，会逐步完善而走上实际应用
的道路．
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作者简介　 陈　 雯，女，１９９３年生，本科生． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｉｖｉｎｅ１６３＠
１６３．ｃｏｍ
责任编辑　 肖　 红
６１８２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷