全 文 ：农业环境科学学报 2007, 26(增刊):524-528
JournalofAgro-EnvironmentScience
铅锌矿区和非矿区毛萼蝇子草(Silenepubicalycina)
根际细菌群落结构研究
湛方栋 , 何永美 , 祖艳群 , 李 元 , 马 琼
(云南农业大学资源与环境学院 ,云南 昆明 650201)
摘 要:研究和比较了云南会泽 Pb/Zn矿区和非矿区上的毛萼蝇子草(Silenepubicalycina)根际细菌的群落结构特征 ,
结果表明 , 在不含重金属的常规培养基上 , 非矿区毛萼蝇子草根际细菌数量极显著高于矿区 ,种群多样性也大于矿区 ,
矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌种群组成及优势种群不同;在含 Pb或 Cd的选择性培养基上 ,矿区毛萼蝇子草根际
耐 Pb细菌和耐 Cd细菌的数量均极显著高于非矿区 ,对 Pb、Cd的耐受程度和种群多样性也明显高于非矿区 , 矿区和非
矿区毛萼蝇子草根际耐 Pb细菌和耐 Cd细菌种群组成及优势种群不同。
关键词:毛萼蝇子草;根际细菌;耐 Pb细菌;耐 Cd细菌;数量;种群多样性
中图分类号:X172　　　文献标识码:A　　　文章编号:1672-2043(2007)增刊 -0524-05
CommunityStructureofSilenepubicalycinaRhizosphereBacteriainLead-ZincMineandNon-
MiningArea
ZHANFang-dong, HEYong-mei, ZUYan-qun, LIYuan, MAQiong
(ColegeofResourcesandEnvironment, YunnanAgriculturalUniversity, Kunming650201, China)
Abstract:ThecommunitystructuresofSilenepubicalycinarhizospherebacteriainthePb/Znminingandnonminingareaof
HuizeCountyinYunnanProvincewerestudied.Theresultsshowedthat:onthecommonmediawithoutheavymetals, the
quantityofSilenepubicalycinarhizospherebacteriainnonminingareaweresignificantlygreaterthanthatinlead-zincmine
area, thepopulationdiversityoftheformeralsowasgreaterthanthatofthelatter, thecompositionanddominantpopulationsof
Silenepubicalycinarhizospherebacteriaweredifferentbetweeninnonminingareaandinlead-zincminearea.Ontheselec-
tivemediawithPborCd, thequantityofSilenepubicalycinarhizospherePbtolerantbacteriaandCdtolerantbacteriainlead-
zincmineareaweresignificantlygreaterthanthatinnonminingarea, tolerantdegreetoCdandPbandpopulationdiversityof
theformerwerealsohigherthanthatofthelatter, thecompositionanddominantpopulationsofSilenepubicalycinarhizosphere
PbtolerantbacteriaandCdtolerantbacteriainnonminingareawerediferentfromthatinlead-zincminearea.
Keywords:Silenepubicalycina;rhizospherebacteria;Pbtolerantbacteria;Cdtolerantbacteria;quantity;populationdiversity
　　重金属具有很高的生物毒性 ,土壤的重金属污染
导致严重的环境问题 ,严重影响人们的身体健康和农
业生产 ,尤其在金属矿区 ,重金属污染问题更为突出 。
目前 ,在进行矿区生态和植被修复时 ,往往采用对重
金属具有耐性的植物 [ 1、2] 。
收稿日期:2007-07-27
基金项目:国家自然科学基金 (30560034)
作者简介:湛方栋(1980—),男 , 江西人 ,硕士 ,讲师 , 主要从事污染土
壤微生物生态研究。 E-mail:zfd97@126.com
通讯作者:祖艳群
　　根际作为一个重要的根土相互作用环境界面 ,在
重金属污染土壤的植物修复中起着重要作用。在植
物的根际中 ,根际微生物通过分泌酸 ,产生重金属螯
合物 ,改变根际的氧化还原电位等方式 ,提高了重金
属的可溶性和生物有效性 ,从而促进耐性或超累积植
物对重金属的吸收 [ 3] ,所以 ,根际微生物在提高植物
修复重金属污染效率方面具有巨大的应用潜力 ,日益
引起有关研究人员对矿区耐性植物根际中的微生物
高度关注 。
　　因此 ,以我们发现的云南会泽县铅锌矿区上重金
属耐性植物———毛萼蝇子草为材料 ,研究和比较铅锌
矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的群落结构 ,有助
于了解重金属耐性植物的耐性机理 ,为更好的利用重
金属耐性植物进行矿区土壤修复和重金属污染土壤
的植物修复提供理论依据 。
1 材料与方法
1.1样品采集与根际土悬浊液制备
　　毛萼蝇子草(Silene)是我们在云南省会泽铅锌矿
区发现的重金属耐性植物 。毛萼蝇子草属于石竹科
(Caryophylaceae)蝇子草属 (Silene),为多年生草本 ,
高 15 ～ 30 cm,生长于云南(西北)、四川(西南)、西藏
(察隅),多分布海拔3 200 m的地方 [ 4] 。
　　在会泽县者海镇民兵应急营 Pb/Zn矿区 (海拔
2 463 ～ 2 516m,东经 103°42′44 ～ 26°38′58)和非矿
区 ,随机连根带土的挖取健壮毛萼蝇子草整个植株 ,
并用灭菌的塑料纸包扎密封根部 ,保持湿度 ,鲜活的
带回实验室 ,备用 。
　　回到实验室 ,选用依然鲜活的毛萼蝇子草植株 ,
轻轻抖动除去粘附在根表面的土壤 ,混合 10株根系
为一样品 ,置于盛有 100 mL无菌水的三角瓶中 ,振荡
15 min,捞出根系获得毛萼蝇子草的根际土壤悬浊
液 ,用于有关微生物的测定 [ 5] 。
1.2毛萼蝇子草根际细菌分离与计数
　　采用改良的牛肉膏蛋白胨培养基(牛肉膏 3.0 g;
蛋白胨 5.0 g;胰水解酪蛋白 1.0 g;大豆蛋白胨 1.0
g,琼脂 18.0g,蒸馏水 1 000mL, pH7.0 ～ 7.2),灭菌
冷却至 50℃时 ,以不加重金属的常规培养基为对照
(CK), 以添加醋酸铅或氯化镉溶液为处理 , 处理
Pb2、Pb4和 Pb10培养基分别含 2、4和 10 mmol· L-1
Pb2+,作为 Pb耐受性细菌选择培养基 ,处理 Cd1、Cd2
和 Cd5培养基分别含 1、2和 5 mmol· L-1Cd2 +,作为
Cd耐受性细菌选择培养基 ,备用 [ 6] 。
　　稀释平板法培养 3 d后计数。用已经 105 ℃的
烘箱中烘 6 ～ 8 h至恒重的滤纸过滤根际土悬浊液 ,
获得的根际土进行与滤纸相同的处理 ,烘干至恒重 ,
得到根际土的干重 ,从而获得细菌计数的基本单位
CFU· g-1干土(CFU, colonyformingunit)[ 7] 。
　　在稀释度合适的培养皿上 ,选择细菌的典型菌
落 ,挑取菌株 ,采用牛肉膏蛋白胨培养基纯化和保存 。
并以在最高稀释度平板上出现的 5 ～ 10个菌落的菌
株作为根际中的优势菌株 [ 5] 。
1.3根际细菌种群的鉴定
　　根际细菌进行革兰氏染色 、好氧性测定 、运动性
观察 、葡萄糖氧化发酵反应 、芽孢染色 、氧化酶反应 、
过氧化氢酶反应 、M.R反应 、V.P反应 、甘乳醇和乳
糖发酵反应 ,并测定是否具有分解纤维素 、脲素 、淀粉
和明胶 ,产 H2S和吲哚 ,以及利用柠檬酸盐的能力。
通过这些形态和生理生化反应进行初步鉴定 [ 5、8] 。
1.4根际细菌的物种多样性
　　物种丰富度指数:D=(S-1)lgN。
　　Shonnon-Wiener指数:H=-∑pilg(pi)。
　　Simpson指数:D=1-∑pi2。
　　其中 , pi=ni/N, S为物种数目 , N为所有物种个
体数之和 , ni为第 i个种的个体数目 [ 9] 。
1.5数据分析
　　F-检验分析不同处理间的差异显著性(n=3);
采用统计软件 DPS3.01进行分析。
2 结果与分析
2.1矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的数量
2.1.1矿区毛萼蝇子草根际细菌的数量
　　由表 1可知 ,在选择性培养基中 Pb2 +浓度为 2
mmol· L-1和 4 mmol· L-1时 ,或 Cd2+浓度为 1、2、5
mmol· L-1时 ,均有矿区毛萼蝇子草根际细菌的生长 ,
表明通过含重金属 Pb或 Cd的选择性培养基能够分
离耐 Pb或 Cd的细菌;而当选择性培养基中 Pb2+浓
度为 10 mmol·L-1 ,发现毛萼蝇子草根际细菌不能生
长 ,表明矿区毛萼蝇子草根际耐 Pb细菌最大耐受性
不超过 10 mmol· L-1的 Pb2+ ,这与张汉波等对铅锌
矿区土壤微生物 Pb的耐受性的研究相一致[ 6、10、11] ,
他们发现抗 Pb细菌能在 Pb2 +浓度为 4mmol· L-1的
选择平板上生长 ,在 Pb2+浓度大于 4 mmol· L-1的选
择平板上不能生长 。
表 1 铅锌矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的数量
(单位:×105CFU· g-1干土)
Table1 QuantityofSilenepubicalycinarhizospherebacteriain
lead-zincandnonminingarea(unit:×105CFU· g-1drysoil)
处理 铅锌矿区 非矿区
CK 3 547.28±117.21a 5 482.94±545.14a
Cd1 215.47±5.86c 88.12±7.39b
Cd2 135.89±11.36cd 2.59±0.02b
Cd5 3.75±0.82d 0.00b
Pb2 1 219.97±153.63b 135.12±6.11b
Pb4 74.33±3.44cd 0.00b
525第 26卷增刊 农　业　环　境　科　学　学　报 　
　　就不同处理而言 ,分离获得根际细菌数量多少顺
序为 CK>Pb2>Cd1 >Cd2>Pb4 >Cd5, CK处理
分离获得根际细菌数量极显著(P<0.01)大于其余
处理 , Pb和 Cd在培养基上均极显著抑制毛萼蝇子草
根际细菌的生长 ,表明 Pb和 Cd对细菌具有很强的生
物毒性;Pb2处理极显著差异(P<0.01)大于其他处
理 。另外 , Cd1处理显著 (P<0.05)大于 Cd5处理 ,
表明高浓度的 Cd对根际细菌的毒性更强 。
2.1.2非矿区毛萼蝇子草根际细菌的数量
　　在选择性培养基中 Pb2+浓度为 2 mmol· L-1 ,或
Cd2 +浓度为 1 mmol· L-1和 2 mmol· L-1时 ,均有根
际细菌的生长 ,表明通过含重金属 Pb或 Cd的选择性
培养基能够分离非矿区毛萼蝇子草耐 Pb或 Cd的细
菌(表 1);而当选择性培养基中 Pb2+浓度为 4、 10
mmol·L-1 ,或 Cd2 +浓度为 5mmol·L-1时 ,发现非矿
区毛萼蝇子草根际细菌不能生长 ,表明非矿区毛萼蝇
子草根际耐 Pb细菌最大耐受性低于 4mmol· L-1的
Pb2+,耐 Cd细菌最大耐受性低于 5 mmol· L-1的
Cd2 +。
　　就不同处理而言 ,分离获得根际细菌数量顺序为
CK>Pb2>Cd1>Cd2, CK和其他处理差异极显著
(P<0.01),其余处理之间差异不显著 , Pb和 Cd在培
养基上均极显著抑制毛萼蝇子草根际细菌的生长。
2.1.3矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的比较
　　总体而言 ,分离获得根际细菌数量顺序为非矿区
CK>矿区 CK>矿区 Pb2>矿区 Cd1>矿区 Cd2>非
矿区 Pb2>非矿区 Cd1>矿区 Pb4>矿区 Cd5>非矿
区 Cd2>非矿区 Cd5和 Pb4。其中 ,非矿区 CK、矿区
CK和矿区 Pb2三者之间差异极显著(P<0.01),并
极显著(P<0.01)大于其余处理 ,其余处理之间差异
不显著 ,表明非矿区毛萼蝇子草根际细菌数量极显著
(P<0.01)多于矿区 ,但矿区毛萼蝇子草根际耐 Pb
细菌数量极显著(P<0.01)多于非矿区。
　　当选择性培养基中 Pb2+浓度为 4 mmol· L-1 ,
Cd2 +浓度为 5 mmol· L-1时 ,矿区毛萼蝇子草的根际
细菌仍有生长 ,而非矿区毛萼蝇子草的根际细菌则不
能生长 ,表明铅锌矿区毛萼蝇子草根际细菌对 Pb、Cd
耐受性均明显大于非矿区 。
2.2矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的物种组成
　　在铅锌矿区 ,通过常规培养基(CK),分离获得根
际细菌 10株 ,为黄单胞菌 3株 ,假单胞菌 2株 ,气单
胞菌 、欧文氏菌 、节细菌 、邻单胞菌和未知菌各 1株;
通过含重金属的选择性培养基 ,分离获得耐 Cd细菌
17株 ,为芽孢杆菌 7株 ,节细菌 4株 ,黄单胞菌 3株 ,
欧文氏菌 、变形菌和土壤杆菌各 1株;耐 Pb细菌 12
株 ,为假单胞菌 3株 ,产碱杆菌和未知菌各 2株 ,芽孢
杆菌 、欧文氏菌 、节细菌 、土壤杆菌和纤维单胞菌各为
1株。
　　在非矿区 ,通过常规培养基(CK),分离获得根际
细菌 16株 ,为芽孢杆菌 4株 ,气单胞菌 3株 ,欧文氏
菌和假单胞菌均为 2株 , 节细菌 、产碱杆菌 、邻单胞
菌 、肠细菌和未知菌各 1株;通过含重金属的选择性
培养基 ,分离获得耐 Cd细菌 8株 ,为气单胞菌 3株 ,
肠细菌 2株 ,芽孢杆菌 、节细菌和土壤杆菌各 1株;耐
Pb细菌 7株 ,为肠细菌 3株 ,芽孢杆菌 2株 ,变形菌和
纤维单胞菌各 1株 。
2.3矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的优势种群
　　由表 2可知 ,在铅锌矿区 ,通过常规培养基 ,分离
获得毛萼蝇子草根际优势细菌 2株 ,为黄单胞菌和气
单胞菌;通过含重金属的选择性培养基分离获得耐
Cd根际优势细菌 3株 ,为芽孢杆菌 、节细菌和黄单胞
菌 ,耐 Pb根际优势细菌 3株 ,为假单胞菌和产碱杆
菌。
　　在非矿区 ,通过常规培养基 ,分离获得毛萼蝇子
草根际优势细菌 2株 ,为节细菌和产碱杆菌;通过含
重金属的选择性培养基 ,分离获得耐 Cd根际优势细
菌 2株 ,为气单胞菌和芽孢杆菌 ,耐 Pb根际优势细菌
2株 ,为肠细菌和变形杆菌 。
表 2 铅锌矿区和非矿区毛萼蝇子草根际优势
细菌种群(单位:株)
Table2 DominantpopulationsofSilenepubicalycinarhizosphere
bacteriainlead-zincandnonminingarea
优势种群
铅锌矿区 非矿区
CK 耐 Cd细菌
耐 Pb
细菌 CK
耐 Cd
细菌
耐 Pb
细菌
气单胞菌属 1 — — — 1 —
芽孢杆菌属 — 1 — — 1 —
变形菌属 — — — — — 1
节细菌属 — 1 — 1 — —
产碱杆菌属 — — 2 1 — —
假单胞菌属 — — 1 — — —
黄单胞菌属 1 1 — — — —
肠细菌属 — — — — — 1
　　注:“— ”为未筛选出优势细菌。
526 　 湛方栋等:铅锌矿区和非矿区毛萼蝇子草(Silenepubicalycina)根际细菌群落结构研究 2007年 10月
　　报道表明 ,重金属污染改变环境中细菌的优势种
群 ,其中节细菌 、芽孢杆菌和黄单胞菌是环境中常见
的耐重金属细菌种群 [ 12、13] ,在毛萼蝇子草根际 ,也能
够分离出耐重金属的节细菌 、芽孢杆菌和黄单胞菌 ,
可见 ,这些耐性细菌种群可能普遍存在各种环境中 。
2.4矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的物种多样
性
　　由表 3可知 ,铅锌矿区毛萼蝇子草根际中耐 Pb
细菌种群数多 ,物种丰富度较大 ,多样性指数较大 ,耐
Cd细菌种群数较少 ,物种丰富度较小 。
表 3　铅锌矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌的物种多样性
Table3 SpeciesdiversityofSilenepubicalycinarhizosphere
bacteriainlead-zincandnon-miningarea
物种多样
性指数
铅锌矿区 非矿区
CK 耐 Cd细菌
耐 Pb
细菌 CK
耐 Cd
细菌
耐 Pb
细菌
物种丰富度指数 6.00 6.15 7.55 9.63 3.16 2.54
Shonnon-Wiener指数 0.80 0.72 0.94 0.89 0.47 0.40
Simpson指数 0.82 0.23 0.78 0.85 0.94 0.94
　　在非矿区上 ,不含重金属的培养基分离获得的毛
萼蝇子草根际细菌物种丰富度大 ,种群数多 ,耐 Cd和
耐 Pb的细菌种群数少 ,物种丰富度小 ,优势种群不突
出 。
　　就常规培养基分离获得的毛萼蝇子草根际细菌
而言 ,非矿区分离获得的种群数比矿区多 ,物种更丰
富 ,耐 Cd细菌和耐 Pb细菌 ,矿区分离获得的物种数
比非矿区多 ,物种更丰富 ,物种多样性程度降低。矿
区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌 、耐 Cd和耐 Pb细菌
的种群组成及优势种群都不相同。
3 结论
　　在不含重金属的常规培养基上 ,非矿区毛萼蝇子
草根际细菌数量极显著(P<0.01)高于矿区 ,物种多
样性也大于矿区 ,矿区和非矿区毛萼蝇子草根际细菌
种群组成及优势种群不同 。
　　在含 Pb或 Cd的选择性培养基上 , Pb和 Cd在培
养基上均极显著(P<0.01)抑制毛萼蝇子草根际细
菌的生长 ,但 Cd比 Pb对根际细菌的毒性大 ,矿区毛
萼蝇子草根际耐 Pb细菌和耐 Cd细菌的数量均极显
著(P<0.01)高于非矿区 ,对 Pb、Cd的耐受程度和物
种多样性也明显高于非矿区 ,矿区和非矿区毛萼蝇子
草根际耐 Pb细菌和耐 Cd细菌种群组成及优势种群
不同 。
4 讨论
　　由于重金属的生物毒性 ,重金属污染往往导致土
壤微生物生物量的减少和群落结构的改变[ 14 ～ 16] ,有
毒重金属致使污染区的部分土壤微生物死亡 ,存活下
来的微生物对重金属产生耐受性后 ,导致在污染区往
往可以发现大量的重金属耐受性微生物群体 ,在 Zn
超累积植物 Thalaspicaerulescens[ 17] 、Ni超累积植物 A-
lysumbertoloni[ 18]和 Alysummurale[ 19]根际中均发现
大量的重金属耐受性微生物;而且 ,植物根际微生物
可以通过产生螯合物质 、分泌酸 、改变氧化还原电位
等途径[ 20 ～ 22] ,改变重金属在根际中的生物有效性 ,表
明这些耐重金属的微生物可能对于重金属耐性植物
具有重要的意义[ 23] 。
　　在本实验也发现铅锌矿区毛萼蝇子草根际耐 Pb
和耐 Cd细菌数量均明显多于非矿区 ,对重金属 Pb、
Cd的耐受性也明显大于非矿区 ,这种根际微生物的
适应可能有利于耐性植物在重金属污染区的生存 ,当
然 ,重金属耐性植物与土壤重金属之间的相互作用很
复杂 [ 24] ,需要更全面深入的研究。其中 ,有必要加强
重金属耐性植物根际微生物方面的研究 ,了解耐性植
物 、微生物和重金属在根际界面中相互关系与作用 ,
为更有效的进行植物修复提供理论基础 。
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