全 文 ：2013 年 第 8 卷
第 2 期，186-193
生 态 毒 理 学 报
Asian Journal of Ecotoxicology
Vol.8,2013
No.2,186-193
收稿日期:2013-03-22 录用日期:2013-03-29
基金项目:国家自然科学基金(41271339，40771184)
作者简介:文一(1980-)，女，博士后，主要研究方向为环境污染物风险评价及安全控制技术，E-mail: wenyi_caep@163.com
*通讯作者(Correspondingauthor)，E-mail: liaoxy@igsnrr.ac.cn
DOI:10． 7524 /AJE． 1673-5897． 20130322002
文一，廖晓勇，阎秀兰，等． 链霉菌的抗砷特性及其对蜈蚣草富集砷的作用［J］． 生态毒理学报，2013，8(2) :186-193
Wen Y，Liao X Y，Yan X L，et al． Arsenic-resistance of Streptomycessp.anditseffectson arsenic enrichment of Pterisvittata L.[J].Asian Journal
of Ecotoxicology,2013,8(2):186-193 (in Chinese)
链霉菌的抗砷特性及其对蜈蚣草富集砷的作用
文一1,2，廖晓勇1,*，阎秀兰1
1.中国科学院地理科学与资源研究所 场地污染评估与修复中关村开放实验室，北京100101
2.环境保护部环境规划院，北京100012
摘要:本文研究了链霉菌 Streptomyces sp.的耐砷特性及其对蜈蚣草富集砷的影响。结果表明，Streptomyces sp.可在100
? mmol·L-1的砷酸盐溶液中生长，具有较强的抗砷毒害能力，且在48 h内对As(Ⅴ)的还原率达96.5%。施用 Streptomyces sp.
? 能促进植物对砷的吸收，蜈蚣草地上部砷浓度为930 mg·k-1，地上部砷累积量达到对照组的2.09倍。加入Streptomyces sp.
? 后，能促进根际土壤中As(Ⅴ)还原成 As(Ⅲ)，大幅度降低根际土壤残渣态砷含量，从48.15 mg·kg-1下降至28.75 mg·kg-1。
Streptomyces sp.通过影响蜈蚣草根际环境，提高根际土壤 pH，增加 DOC含量，促使砷形态变化，从而增加砷生物可利用性。
? 该菌可作为强化蜈蚣草修复砷污染土壤的材料。
关键词:砷;抗砷微生物;蜈蚣草;根际;修复
文章编号:1673-5897(2013)2-186-08 中图分类号:X171.5; X172文献标识码:A
Arsenic-Resistance of Streptomyces sp． and Its Effects on Arsenic
Enrichment of Pteris vittata L．
Wen Yi1,2, Liao Xiaoyong1,*, Yan Xiulan1
1. Zhongguancun Science Park Open Lab of Land Contamination Assessment and Remediation, Institute of Geographic Sciences
and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing100101, China
2. Chinese Academy for Environmental Planning, Ministry of Environmental Protection, Beijing100012, China
Received22 March 2013accepted29 March 2013
Abstract:Streptomycessp. showedhigh As-tolerance ability, which wasable to growin media containingup to
100 mmol·L-1arsenate. As(Ⅴ) was rapidly reducedin the first 48 h, andreduction rate may reach 96.5%. In-
oculation with Streptomyces sp. effectively promoted accumulation of As in Pteris vittata L. with the highest
? arsenic concentration in up ground parts being 930 mg·kg-1, resulting in higher arsenic accumulation (2.09 times
higher) comparedwith the non-inocula edP.vittata L.. Streptomyces sp. can effectively promote reduction of As
? (Ⅴ) to As(Ⅲ),which significantly reducedthe content of arsenic in residual fraction from48.15 mg·kg-1 o 28.75 mg
·kg-1. Inoculation with Streptomycessp.influencedthe rhizosphere environment.Specifically,pHandDOCconcentra-
? tionsincreased,andthetransformation of arsenicspecieswerepromotedto enhancethebioavailability.Arsenicresistant
第2期 文一等:链霉菌的抗砷特性及其对蜈蚣草富集砷的作用 187
bacteria Streptomyces sp.may have the potential to enhance phytoremediation ability to arsenic-contaminatedsoils.
Keywords:arsenic; arsenic-resi tant bacteria; Pteris vittata L.; rhizosphere; remediation
砷是一种广泛存在于环境中的类金属元素，可
导致人体患皮肤癌、肺癌以及糖尿病、皮肤病、神经
和心血管类等非癌症疾病[1]。砷污染已影响全世界
数百万人的健康，成为全球关注的环境问题[2]。世
界上有19个国家和地区爆发过严重的砷污染危害
事件，中国是遭受砷毒害最为严重的国家之一，已发
生的砷中毒涉及到全国8个省和37个县[3]。砷污
染治理是国际上面临的亟待解决的重要环境课题，
在我国的《重金属污染综合防治“十二五”规划》中
已将砷作为重点防治对象。
传统的砷污染土壤治理方法包括填埋法、固化/
稳定化、化学淋滤等方法，近年来基于超富集植物蜈
蚣草(Pteris vittata L.)的砷污染土壤植物修复技术
? 被认为是应用前景广阔、修复成本低、且二次风险少
的方法[4]。蜈蚣草的砷累积量可占总生物干质量的
2.3%[5]，能提取土壤中不同形态的砷(非专性吸附
态、专性结合态、无定型水合氧化态、结晶水合氧化
态以及残渣态砷)，其中对无定型水合氧化态砷的提
取可占提取总砷的67% ~77%[6]。
借用强化手段，进一步提升蜈蚣草富集砷的能力
是近期国内外研究的重点。微生物可通过自身或其代
谢产物促进植物根系发育、增加生物量，提高植物对不
同环境压力的耐受力，改变土壤中重金属的形态，增加
重金属的生物可利用性，来强化植物的修复效率[7]。例
如，接种细菌后，能增加植物生长促生长素及1-氨基环
丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶的生成，促进油菜对砷、铜、镍
的吸收[8];细菌还能通过促进植物根系发育，增加生长
素(IAA)、铁运载体的分泌，促进芥菜对铬、锌及铅的吸
收[9]。本文以从高砷土壤中生长的的蜈蚣草根际土壤
中筛选出菌株———链霉菌(Streptomyces sp.)作为供试
? 微生物，研究其抗砷性能及其对蜈蚣草富集砷的作用，
从菌株对根际环境影响的角度探讨其对砷在土壤-超
富集植物根际系统中转运的影响。
1 材料与方法(Materials and methods)
1.1实验材料
1.1.1供试盆栽土
取自湖南郴州邓家塘砷污染土壤(北纬24°53
～26°50，东经112°50 ～114°14，海拔344 m)，其
基本理化性质为:pH值为7.34，有机质含量为18.4
g·kg-1，阳离子交换量(CEC)为26 cmol·kg-1，总砷
含量为115.74 mg·kg-1，全磷为22.95 g·kg-1，全氮
为1.61 g·k-1。土壤为细砂土，砂粒体积分数为
59.9%，粉粒为24.7%，粘粒为15.4%。供试土壤室
内自然风干，磨碎，过2 mm筛，混匀，备用。
1.1.2供试植物
蜈蚣草为湖南郴州无砷污染土壤的野生植株，
选择株高5～10 cm、4～5片羽叶、根茎大小一致的
植株。每盆移栽1株蜈蚣草。温室温度控制在22℃
～25℃之间，室内相对湿度控制在75%～80%。
1.1.3供试菌株及菌液制备
供试菌种筛选自砷含量为90～300 mg·kg-1污
染土壤中的土著链霉菌(Streptomyces sp.)，经鉴定
? 其含有参与砷还原转化的 arsC基因。利用胰蛋白
胨大豆肉汤培养基(TSB)培养基，在 30℃、220
r·min-1下振荡培养 36 h，制备发酵液。在 4℃、6
000 r·min-1下离心10 min，弃去上清液，沉淀用无
菌去离子水清洗2次。用无菌去离子水配制成菌悬
液。将Streptomyces sp.菌液的浓度调整为3×106
? cfu·mL-1，取800 mL的发菌液在高压灭菌锅中于
121℃、15 min下处理制成灭活菌液。
1.1.4试剂
砷酸钠(Na3AsO4·12H2O)等化学试剂为国产分
析纯试剂。TSB培养基购自美国BD公司。
1.2实验方法
(1)菌株抗砷性能的测定:取在600 nm吸光值
为0.8的菌液1 mL，接种于含100 mL TSB培养基
的500 mL三角锥形瓶中，24 h后，在菌液中加入不
同浓度的砷酸钠(用无菌水配置，并过无菌滤膜，保
证无菌)，配制成含0、20、40、60、80和100 mmol·
L-1砷酸钠的发酵液。在30℃、220 r·min-1下水浴振
荡培养。24 h后，收获菌液，4℃、7 000 r·min-1下离
心，用蒸馏水洗涤2次，在80℃烘至恒重，称取菌丝
质量。每个处理3个重复。
(2)菌株砷还原能力的测定:取在600 nm吸光
值为0.8的菌液1 mL，接种于含100 mL TSB培养
基的500 mL三角锥形瓶中，培养24 h后加入砷酸
钠(用无菌水配置，并过无菌滤膜，保证无菌)，配制
成75 mg·L-1的砷酸钠发酵液，用含相同砷酸盐浓
度的灭活菌液作为对照。每隔6 h，从活性菌液和对
照组菌液中各取出4 mL，7 000 r·min-1下离心，测定上
188 生 态 毒 理 学 报 第8卷
清液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的含量。每个处理3个重复。
(3)盆栽实验共设4个处理，分别是不添加菌的空
白对照处理组(CK)、不添加菌但种植蜈蚣草的植物对
照处理组(CK+P)、Streptomyces sp.菌液处理组(S)、施
? 加Streptomyces sp.菌液并种植蜈蚣草处理(S+P)，每
? 个处理设4个重复。蜈蚣草移栽7 d确保成活后，在
CK、CK+P处理组中施入100 mL灭活菌液，在S和S
+P处理组中施入100 mL活性菌液，菌液采用针头，
通过根际灌注和表层喷洒的方式施加，添加后适当翻
动表层土壤，使菌液在表层土壤(0～10 cm)混合均匀。
60 d时收获植物和土壤，利用晃动根部，获得非粘附的
土壤，作为非根际土。用软毛刷刷下粘附在根际的土
壤作为根际土。土壤样品分成3份，一份在室内自然
风干，用于测定总砷、砷结合态;一份保存在4℃，用于
测定可溶性有机碳(DOC);一份保存在-80℃，用于测定
砷形态。植物先用自来水冲洗干净，然后用去离子水
洗涤3遍。植株上的水珠用滤纸吸干，称取植物生物
质量，将植物分为地上部、地下部在烘箱烘干，用于总
砷测定。
1.3检测方法
采用硝酸-双氧水消煮土壤样品，硝酸-高氯酸消煮
植物样品，用原子荧光分光光度计测定总砷含量[10]。
用1.0 mol·L-1的磷酸+0.1 mol·L-1抗坏血酸提取土壤
中砷[11]，用1∶1甲醇水提取植物样品中的砷[12]，用液相
色谱-原子荧光光谱联用(LC-AFS)测定砷形态。土壤砷
结合态分析采用武斌等分级方法连续提取[13]。定量称
取10 g土壤，置于150 mL三角瓶中，加入50 mL超纯
水;连续振荡2 h，3 500×g下离心15 min，过0.45μm
水系滤膜;取10 mL水样，利用TOC分析仪测定[14]。
选用水土比1∶2，混匀后放置15 min，利用pH计测定。
1.4数据处理
所获数据利用Excel和SPSS13.0软件进行统计
分析及差异显著性检验。
2 结果(Results)
2.1Streptomyces sp.的抗砷及还原砷能力
由图 1可见，当砷酸盐浓度从 0增加到 40
mmol·L-1时，Streptomyces sp.的菌丝干质量随砷酸
? 盐浓度的增加大幅度下降，但随着砷酸盐浓度的进
一步升高(40～100 mmol·L-1)，菌丝的干质量变化
不大，由此可见，虽然砷能抑制 Streptomyces sp.的
? 正常生长，但该菌仍表现出极强的耐砷能力。
在有氧条件下，Streptomyces sp.能有效地将A (V)
? 还原为As(III)，在培养48 h后，活性菌液处理组
图 1 不同浓度砷酸盐中 Streptomyces sp．的生长情况
Fig.1Growth of Streptomyces sp.
in different concentrations of arsenate
中的 As(III)浓度达到 60.08 mg·L-1，还原率达到
96.5%。48 h后As(III)的浓度变化渐趋平缓。微生物
失活的对照组培养液中未检测出As(III)，该结果表明
As(V)还原主要是菌剂Streptomyces sp.的作用(图2)。
图 2 Streptomyces sp．对砷酸盐的还原能力
Fig.2Arsenate reduction ability of Streptomyces sp.
2.2Streptomyces sp.对蜈蚣草生长的影响
施用 Streptomyces sp.对蜈蚣草生长的影响见
? 图3。施加Streptomyces sp.的处理组中蜈蚣草地上、
图 3 Streptomyces sp．对蜈蚣草生长的影响
Fig.3Effect of Streptomyces sp. on growth of P. vittata
第2期 文一等:链霉菌的抗砷特性及其对蜈蚣草富集砷的作用 189
地下部分质量和生物总质量均高于施用灭菌处理
的对照组，分别升高了16.91%、2.84%和10.04%。
但统计结果无显著性差异。
2.3添加Streptomyces sp.对蜈蚣草砷富集的影响
施加 Streptomyces sp.对蜈蚣草砷吸收的影响
? 见图4A。添加Streptomyces sp.处理组蜈蚣草的地
? 上部砷含量为930 mg·k-1，显著高于对照组(CK +
P)的地上部砷含量(P＜0.05)，为对照组的1.76倍。
? 添加Streptomyces sp.的处理组中蜈蚣草的转运系
? 数为2.22，是对照组的2.05倍，表明添加 Strepto-
myces sp.能显著提高蜈蚣草地上部对砷的吸收，促
? 进蜈蚣草对砷从地下到地上部的转运。施用 Strep-
tomyces sp.处理后，蜈蚣草地下部砷浓度比对照组
? 低14.41%，但未达显著性差异。添加Streptomyces
sp.后对蜈蚣草砷累积的影响见图4B。与对照组相
? 比，施用菌剂Streptomyces sp.能显著提高蜈蚣草地
? 上部砷累积量(P＜0.05)，蜈蚣草地上部累积量是对
? 照组的2.09倍。施菌处理后，由于地下部生物量以
及施菌对砷转运的影响，Streptomyces sp.地下部砷累
图 4 Streptomyces sp． 菌对蜈蚣草砷累积的影响
注:A，蜈蚣草砷浓度;B，蜈蚣草砷累积量。
Fig.4Effect of Streptomyces sp. on
As accumulation of P. vittata
积量较对照组降低了38.19%，差异显著(P＜0.05)。
? 以上结果表明，供试微生物Streptomyces sp.能强化蜈
? 蚣草提取土壤砷，促进砷从蜈蚣草地下部向地上部转
运，它可以作为强化植物砷修复的微生物材料。
2.4Streptomyces sp.对土壤总砷含量的影响
添加抗砷菌Streptomyces sp.后，蜈蚣草根际土
壤的总砷浓度较其他各组均有显著下降(P＜0.05)。
? 与不种植物的对照组(CK)及菌土(S)组相比，分别降
低了32.93%和33.99%;与对照组(CK +P)根际土
壤相比，下降了22.06%。由于蜈蚣草对砷的超富
集作用，CK+P组的根际土壤砷含量与 CK和 S组
比较，表现为显著降低(P＜0.05)，分别降低了 18.
? 93%和18.06%，其砷含量下降量低于施加 Strepto-
myces sp.菌处理(S+P)的蜈蚣草根际土壤。将蜈蚣
? 草和微生物作为影响土壤总砷含量变化的因素，对
根际土壤进行考虑交互作用的双因素方差分析，分
析表明:施用Streptomyces sp.和种植蜈蚣草对土壤
总砷含量的影响无明显的交互作用(F=1.80，P =0.
? 21)。由表1可见，Streptomyces sp.能有效增强蜈蚣
? 草对根际土壤砷的去除能力，但在本实验条件下，
Streptomyces sp.和蜈蚣草对于根际土壤砷去除能
? 力未出现交互作用，表现为相加作用。
表 1 Streptomyces sp．对土壤中砷浓度的影响
Table 1Effect of Streptomyces sp.
on As concentration in soil
处理组 土壤总砷含量/(mg·kg-1)
CK 107.95±3.91 a
S 103.32±9.66 a
S+P(根际土) 68.20±9.02 b
S+P(非根际土) 102.79±3.10 ac
CK+P(根际土) 87.51±15.22 c
CK+P(非根际土) 106.12±8.66 a
析因分析* F P
蜈蚣草 23.48 0.0010
Streptomyces sp. 3.86 0.078
蜈蚣草 ×Streptomyces sp. 1.80 0.21
注:小写字母表示列内各处理组间的显著检验差异(P＜0.05)。有相
? 同字母为无显著差异，若无为达到显著性差异。* 表示对 CK、S、
CK+P与S+P处理组的根际土壤的总砷含量进行考虑交互作用的
双因子方差分析结果。
2.5Streptomyces sp.对土壤中砷形态及价态的影响
添加 Streptomyces sp.各处理组土壤砷形态结
? 果见表2。各处理组中的土壤均能检测到 As(Ⅴ)和
As(Ⅲ)，其中以 As(Ⅴ)为主，占土壤总砷的86.30%
190 生 态 毒 理 学 报 第8卷
～99.43%，As(Ⅲ)中占土壤总砷的 0.56%～ 8.
15%，S组及S+P组土壤中As(Ⅲ)浓度较高。由表
2可知，Streptomyces sp.菌土组(S组)中的As(Ⅲ)浓
? 度是CK组的2.03倍，具有显著性差异(P＜0.05)，
? 表明Streptomyces sp.在盆栽条下能促进土壤中 As
? (Ⅴ)的还原。施加 Streptomyces sp.后，蜈蚣草根际
? 土壤的As(Ⅲ)浓度显著高于其他处理组(P＜0.05)，
? 是CK的7.23倍，是CK+P组根际土壤的5.33倍。
将蜈蚣草和微生物作为影响土壤 As(Ⅲ)变化的因
素，对根际土壤进行考虑交互作用的双因素方差分
析，蜈蚣草和Streptomyces sp.对根际土壤中As(Ⅲ)
? 具有显著交互作用(P＜0.05)，能显著增加根际土壤
? 中的As(Ⅲ)浓度。以上结果表明，加入 Streptomyces
sp.菌后，能促进根际土壤中 As(Ⅴ)还原成 As(Ⅲ)，
? Streptomyces sp.和蜈蚣草对于这一过程具有协同作
? 用。
表 2 Streptomyces sp．对土壤中砷价态的影响
Table 2Effect of Streptomyces sp.
on As speciation in soil
处理组 As(Ⅲ)含量/(mg·k-1) As(Ⅴ)含量/(mg·k-1)
S 0.73±0.12 a 128.09±42 54 a
CK 0.39±0.13 b 107.72±25 48 a
S+P(根际土) 2.82±0.93 c 79.06±19.23 b
S+P(非根际土) 1.21±0.50 a 109.89±23 76 a
CK+P(根际土) 0.53±0.26 ab 99.56±2.86 a
CK+P(非根际土) 0.89±0.089 ab 102.08± 3.38 a
析因分析* F P F P
蜈蚣草 11.80 0.007 3.91 0.074
Streptomyces sp. 15.20 0.004 0.00 0.99
蜈蚣草 ×Streptomyces sp. 12.08 0.007 2.00 0.19
注:小写字母表示列内各处理组间的显著检验差异(P＜0.05)。有相同字母
? 为无显著差异，若无为达到显著性差异。*表示对CK、S、CK+P与S+P
组的根际土壤的砷价态进行考虑交互作用的双因子方差分析结果。
Streptomyces sp.对土壤砷结合形态的影响见
? 表3，添加Streptomyces sp.菌液的土壤的残渣态砷
? (O-As)显著低于 CK，下降了24.49%(P＜0.05)，表
? 明抗砷菌 Streptomyces sp.在土壤中可促进土壤中
? 生物有效性最低的残渣态砷的转化。与CK比较，S
+P处理组根际土壤松散态结合砷(L-As)、铝结合
态砷(Al-As)、铁结合态砷(Fe-As)和残渣态砷(O-As)
等4种砷形态的含量均显著降低(P＜0.05)，分别下
? 降了86.16%、 7.79%、49.48%和40.29%，其中 O-
As从48.15 mg·kg-1下降至28.75 mg·kg-1，占 S+P
处理组根际土壤总砷含量下降的49.74%。与 CK
+P相比，S+P处理组的蜈蚣草根际土壤的 Al-As、
Fe-As和O-As含量均显著降低(P＜0.05)，分别下降
了50.82%、38.39%和 45.64%。这说明，抗砷菌
Streptomyces sp.能通过增强蜈蚣草对根际土壤的
Al-As、Fe-As以及 O-As等生物有效性低的砷形态
的吸收利用，提高蜈蚣草对根际土壤砷的提取作用。
表 3 Streptomyces sp． 对土壤砷结合形态的影响
Table 3Effect of Streptomyces sp.
on As fractions in soil
(mg·kg-1)
处理组 CK S CK+P S+P
砷形态 根际土壤非根际土壤根际土壤非根际土壤
L-As 1.59 ab 1.70 b 0.26 c 1.43 a 0.22 c 1.47 a
Al-As 7.42 a 7.14 a 4.86 b 6.06 a 2.39 c 6.55 a
Fe-As 14.39 ac13.89 ac 11.78 a 15.01 ac 7.27 b 16.62 c
Ca-As 44.26 a 45.84 a 29.06 bc 39.55 ab 34.59 ab 39.71 ab
O-As 48.15 ac36.36 bd 52.89 a 50.70 a 28.75 b 40.77 dc
注:小写字母表示行内各处理组间的显著检验差异(P＜0.05)。有相同字
? 母为无显著差异，若无则为达到显著性差异。其中，L-As为松散态结合
砷;Al-As为铝结合态砷;Fe-As为铁结合态砷;Ca-As为钙结合态砷;O-
As为残渣态砷。
2.6Streptomyces sp.对土壤中根际环境的影响
图5为施加 Streptomyces sp.处理后蜈蚣草根
? 际和非根际水溶液中的 pH值。结果表明，非根际
土壤溶液的pH值为7.83～7.85，根际土壤溶液 pH
值为8.30～8.32，均呈弱碱性。CK +P和 S+P处
理组的蜈蚣草根际土壤均高于非根际土壤的 pH
值，可增加至0.47个单位。施加Streptomycessp.后
根际和非根际土壤均比施加灭活菌液处理组的 pH
值增加了0.02个单位。这表明施加 Streptomyces
sp.可影响土壤pH值，从而引起根际环境的变化。
图 5 Streptomyces sp． 对根际 pH值的影响
Fig.5Effect of Streptomyces sp.
on pH in rhizosphere soil
第2期 文一等:链霉菌的抗砷特性及其对蜈蚣草富集砷的作用 191
添加Streptomycessp.对蜈蚣草土壤中DOC的
影响见表4。S+P处理组的根际土壤中 DOC的含
量高于其他各组，与CK+P根际土壤相比，增加18.
10%，但未达显著性差异(P >0.05);较S和CK组分
别增加27.91%和 83.70%，具有显著性差异(P＜
? 0.05)。CK+P组由于植物根际分泌物的作用，其根
际DOC的含量仍然高于S和CK处理组，但增加量
较S + P组的根际土壤低，分别增加 8.34%和
54.46%。对根际土壤DOC含量进行交互作用分析，
结果表明:蜈蚣草和 Streptomyces sp.共同作用对根
? 际土壤DOC浓度不存在交互作用，联合作用呈相加
作用。
表 4 Streptomyces sp． 对土壤中 DOC的影响
Table 4Effect of Streptomyces sp. on DOC in soil
(mg·kg-1)
处理组 DOC/(mg·kg-1)
S 144.90±19.71 a
CK 101.64±15.69 b
S+P(根际土) 185.42±23.12 c
S+P(非根际土) 147.93±31.94 ac
CK+P(根际土) 156.99±23.59 ac
CK+P(非根际土) 123.16±19.26 ab
析因分析* F P
蜈蚣草 9.85 0.012
Streptomyces sp. 4.41 0.065
蜈蚣草 × Streptomyces sp. 2.60 0.14
注:小写字母表示列内各处理组间的显著检验差异(P＜0.05)。有相
? 同字母为无显著差异，若无为达到显著性差异。* 表示对 CK、S、
CK+P与 S+P组根际土壤的 DOC进行考虑交互作用的双因子方
差分析结果。
3 讨论(Discussion)
植物修复技术被认为是治理土壤砷污染最经济
有效的途径之一[15]，然而植物修复砷的效率常受到
植物生长速度和生物量、砷含量及砷的生物有效性
等因素限制。笔者近年来一直探索利用微生物强化
植物修复砷污染土壤，本研究结果表明,在蜈蚣草
中添加抗砷微生物Streptomyces sp.后，蜈蚣草地上
? 部砷浓度比同期对照组高75.52%，蜈蚣草总砷累
积量比同期对照高45.07%，应用 Streptomyces sp.
能有效强化蜈蚣草对砷的吸收与富集，从而提高蜈
? 蚣草修复砷污染土壤的效率。Ghosh等[16]从蜈蚣草
根际土壤中分离假单胞菌、丛毛单胞菌和寡养单胞
菌等抗砷菌株，水培实验结果表明，菌株能有效促进
蜈蚣草的生长，增加蜈蚣草砷含量，可达对照组的1.
96倍。曾东等[17]从湖南某砷污染地区蜈蚣草根系
及根系新鲜土中筛选出11组抗砷菌，盆栽实验结
果表明，抗砷菌在一定程度上能够刺激蜈蚣草的生
长，提高蜈蚣草的生物量，促进砷由蜈蚣草的地下部
向地上部转运。Liu等[18]发现在蜈蚣草根部中接种
丛枝菌根真菌可以增加蜈蚣草生物量，促进蜈蚣草
砷吸收。课题组前期研究发现，在蜈蚣草中加入
Streptomyces sp.可促进蜈蚣草生物量呈显著增
? 加[10]，本实验中施用含有参与砷还原转化的 arsC基
因抗砷菌 Streptomyces sp.后也能促进蜈蚣草的生
? 长，其较对照组高出10.04%。微生物通过促进植
物生长，提高植物生物总量，从而增加植物对砷的积
累，这是微生物提高植物修复效率的重要途径之一。
土壤中砷主要以 As(Ⅴ)为主，As(Ⅴ)通过化学
吸附和(或)表面沉淀作用在土壤及粘土矿物上吸
附，其移动性和生物活性都低于 As(Ⅲ)[19]。已有研
究表明，环境中的异化砷还原微生物可将吸附在矿
物或沉积物上的As(Ⅴ)还原为具移动性和毒性更强
的As(Ⅲ)，将砷从固相释放到液相中[20]。Yamamu-
ra等[21]将异化砷还原菌添加到含砷的土壤中，发现
其可将土壤中As(Ⅴ)转化为移动性更强的 As(Ⅲ)，
他认为，该种微生物为促进植物砷吸收提供了可能。
本实验研究发现，施加抗砷菌 Streptomyces sp.后，
? 蜈蚣草根际土壤中 As(III)含量较植物对照组提高
了4.3倍，并且根际土壤中 Al-As、Fe-As以及 O-As
含量均显著降低，为蜈蚣草提供了更多的可利用态
砷。根际环境是植物根系在生理过程下形成的不同
于原土的，具有特殊物理、化学和生物学性质的动态
微型生态系统，其根际环境中的pH值、根系分泌物
等直接影响重金属的固定和活化状态，从而影响到
重金属在土壤-植物过程中的迁移转化行为[22]。土
壤pH值变化受根系分泌物的种类与数量、微生物
数量或活性影响，是影响土壤中砷吸附的重要因素。
土壤pH值影响砷的有效性，pH值越高，土壤中的
铁、铝氧化物易带负电荷，有利于土壤砷的溶出，土
壤有效态砷含量增加[23]。Fitz等[24]根据已有的植
物根际研究结果，推测了砷在根际中的可能变化，他
认为，根际pH值升高会造成As(Ⅴ)可溶性增加，反
之则会降低。本研究结果证实了这一推测，添加抗
砷菌Streptomyces sp.使蜈蚣草根际土壤的 pH值
? 有所增加，根际 As(III)含量增加，土壤中铁、铝结合
态及残渣态含量降低。
192 生 态 毒 理 学 报 第8卷
可溶性有机质是控制砷的迁移和转换过程中的
重要因素[25]。在有氧条件下，有机质含量可以促进
微生物代谢，进一步影响砷的氧化还原作用，从而影
响砷在土壤中的移动性及生物可利用性[26]。Bala-
soiu等[27]报道了在铬化砷酸铜(CCA)污染土壤中，
随着有机质含量增加，土壤中 As(III)比例增加。本
实验结果表明:加入Streptomycessp.后蜈蚣草根际
DOC含量较植物对照组增加18.10%，蜈蚣草根际
As(III)较植物对照组显著性增加。可溶性有机质可
以通过竞争吸附作用减少砷在土壤表面的吸附，进
而增加难溶态砷的转化和增强砷的移动性[28]。Tu
等[29]发现蜈蚣草在砷胁迫下分泌出大量的可溶解
有机碳，可促进土壤中砷酸铁(Fe-As)和砷酸铝(Al-
As)矿物溶解及砷的释放。本研究中添加 Strepto-
myces sp.后，随着蜈蚣草根际DOC含量增加，土壤
? 中Al、Fe结合态和残渣态砷含量显著降低，与 Tu
的研究结果一致。
综上所述，抗砷微生物 Streptomyces sp.可作为
? 强化蜈蚣草砷修复的微生物材料，其表现出了较好
的促植物砷吸收作用，Streptomyces sp.通过影响蜈
? 蚣草根际环境，增加蜈蚣草根际土壤pH、DOC含量
促进砷形态变化，增加砷生物可利用性，从而促进蜈
蚣草对砷的富集。
通讯作者简介:廖晓勇(1977—)，男，博士，副研究员，主要研
究方向为场地污染评估与修复，发表学术论文近80篇。
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