全 文 ：第一作者:曾　东 ,男 , 1984年生 ,硕士研究生 ,主要从事环境系统控制工程的技术研究。#通讯作者。
＊环境保护公益性行业科研专项基金资助项目(No.200809093)。
抗砷菌对蜈蚣草生长及其砷吸收能力的影响＊
曾　东1 　许振成2#
(1.湖南农业大学资源环境学院 ,湖南　长沙 410128;2.环境保护部华南环境科学研究所 ,广东　广州 510655)
　　摘要　从湖南某砷污染地区挖取蜈蚣草 ,在蜈蚣草根系与根系新鲜土中筛选出 11组抗砷菌单菌落(依次编号为 A 、B、C 、D…
K),并将其接种到蜈蚣草盆栽试验中 ,研究抗砷菌对蜈蚣草生长以及对砷吸收能力的影响。结果表明 ,抗砷菌在一定程度上能够刺
激蜈蚣草的生长 ,尤其是根内筛选抗砷菌明显提高了蜈蚣草的生物量。其中 , E 、G 抗砷菌可以增强蜈蚣草对砷的吸收能力 ,促进砷
由蜈蚣草地下部分向地上部分转移。测定接种 E 、G抗砷菌的蜈蚣草各部位抗逆性指标的含量 ,得出 E 、G 抗砷菌能减轻蜈蚣草根
系质膜的损伤 ,提高蜈蚣草根系抗砷胁迫的能力。对 E 抗砷菌进行鉴定 , 该菌属于半知菌纲 , 丛梗胞目 , 丝核菌属(Rhizoctonia
sp.),为内生菌根菌 ,该菌可产生类似赤霉素的活性物质 ,从而促进植物生长。
　　关键词　蜈蚣草　抗砷菌　砷污染　土壤修复
Ef fect of arsenite-reistent bacteria on growth and arsenite adsorption capacity of Pteris vittata L 　Zeng Dong1 , X u
Zhencheng 2 .(1.College of Resource and Env ironment , H unan Agricultural University , Changsha Hunan 410128;
2.South China Institute of Environmental Sciences , Ministry of Education Protection , Guangz hou Guangdong
510655)
Abstract:　11 g roups o f ar senite-reistent bacteria w ere iso la ted from the soil o f realga r mine in Shimen , and the
obtained bacteria w ere inoculated to the rhizo sphere of Pteris v ittata L to investig ated the effect o f ar senite-r eistent
bacteria on Pteris v ittata L g row th and its arsenite abso rption capacity.The re sults showed that the ar senite-r eistent
bacteria could enhance the g rowth of Pteris vittata L.The a rsenite abso rption and enrichment capacity o f Pteris vit-
tata L w ere increased af te r inoculated with bacte ria E and G , at the same time , the two bacteria could dec rease the
contents of M DA and proline to ease ar senite stress to Pteris v ittata L .The bacterium E was identified as endomyco r-
rniza and belong s to deute romyce te , moniliales(R hizoctonia sp.).I t could stimulates plants g row th by secreted active
substance such as gibberellin.
Keywords:　Pteris vittata L ;ar senite-reistent bacteria;ar senite contaminated so il;soil r emedia tion
　　砷是一种有毒的化学元素[ 1] ,砷的开采 、冶炼
和应用都会对土壤造成严重污染 。蜈蚣草是砷的
超累积植物[ 2 , 3] ,国内外在蜈蚣草修复砷污染土壤
上展开了大量的研究 。但有关研究表明 ,砷对蜈蚣
草根系的生长有明显的抑制作用[ 4] ,蜈蚣草在砷污
染严重的土壤上生长缓慢 、根系不发达 、生物量小 ,
土壤修复效率较低[ 5] 。因此 ,改善蜈蚣草的生长条
件 ,促进蜈蚣草根系在砷胁迫下的生长发育 ,扩大
或延长蜈蚣草根系与污染土壤的接触面积以增强
蜈蚣草对土壤中砷的吸收 ,对改善其土壤修复效率
具有一定意义 。
笔者分别从蜈蚣草根系与根系新鲜土中筛选出
抗砷菌 ,通过盆栽试验研究抗砷菌对蜈蚣草生长以
及对砷吸收能力的影响。选择 2组对蜈蚣草生长及
砷吸收均有促进作用的抗砷菌 ,测定在该菌悬液处
理下的蜈蚣草中脯氨酸 、丙二醛抗逆性指标 ,研究 2
组抗砷菌对蜈蚣草抗砷胁迫作用的影响。为“蜈蚣
草-抗砷菌”联合修复砷污染土壤 ,提高土壤的修复
效率 ,缩短修复时间提供参考 。
1　试验部分
1.1　菌株的筛选
分别采用根内筛选与根外筛选 2种方法筛选抗
砷菌 ,根内筛选中 ,将新鲜的蜈蚣草根放入研钵中 ,
加入一定乙醇浸泡 5 min ,然后用无菌水反复漂洗直
至无味 ,加入少量的石英砂辗碎后 ,接入灭菌牛肉膏
蛋白胨液体培养基中 ,并用NaOH 调节 pH 至7.0 ～
7.2 ,向培养基中添加一定 Na2HAsO 4 ,使得砷质量
浓度为 5 000 mg/L 。将培养基置于 28 ℃、120
r/min的摇床中培养7 d ,取1%～ 5%(体积分数)接
·43·
曾　东等　抗砷菌对蜈蚣草生长及其砷吸收能力的影响DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2010.05.009
表 1　供试土壤理化性质
Table 1　The proper ties o f experimental soil
项目 总砷质量浓度/(mg· kg -1) 有效态砷质量浓度/(mg· kg -1) 有机质质量分数/ % 含水率/ % pH
数值 4.300 0.075 1.41 6.84 5.9
表 2　蜈蚣草生长情况
Table 2　The biomass of parts of Pteris v it ta ta L
分组类别 筛选类型 M1/ g M2/ g L/ cm 增长率/ % M3/ g M4/ g M5/ g
对照组 10.47 11.46 4.4 9.46 0.21 1.45 1.65
A 组 根外筛选 10.89 12.09 6.2 11.02 0.35 2.04 2.39
B组 根内筛选 9.35 11.02 5.6 17.86 0.39 4.48 4.87
C组 根外筛选 9.36 11.03 4.3 17.84 0.33 2.35 2.68
D 组 根内筛选 9.29 10.79 4.4 16.15 0.17 1.76 1.93
E组 根内筛选 10.35 14.40 6.7 39.13 0.22 4.22 4.44
F组 根外筛选 10.59 11.81 5.7 11.52 0.07 1.55 1.62
G 组 根外筛选 9.42 11.75 5.6 24.73 0.30 1.31 1.61
H 组 根外筛选 9.52 10.37 4.2 8.93 0.11 1.45 1.56
I组 根外筛选 10.26 11.29 5.3 10.04 0.18 2.26 2.44
J 组 根外筛选 10.46 11.50 5.7 9.94 0.11 1.54 1.65
K 组 根内筛选 10.72 12.10 4.5 12.87 0.20 5.18 5.38
X 1) 10.02 11.65 5.3 16.37 0.22 2.56 2.78
　　注:1)X 为 11组接种抗砷菌的平均值。
入新鲜培养基中并在相同的条件下摇床培养 7 d[ 6] ,
如此重复 3 ～ 5次 ,用梯度稀释法分离得到抗砷菌单
菌落。根外筛选中 ,将混匀的蜈蚣草根系土壤直接接
入灭菌牛肉膏蛋白胨液体培养基中 ,后续步骤与根内
筛选方法相同。经过多组培养 、筛选 ,共分离得到 11
组抗砷菌单菌落 ,依次编号为A 、B 、C 、D…K 。
　　将筛选出的抗砷菌单菌落分别接种于不含
Na2HAsO 4的牛肉膏蛋白胨液体培养基中 ,并在 4
℃下离心处理 ,倾去上清液 ,用无菌蒸馏水洗涤沉淀
物并制成菌悬液 ,置于 4 ℃冰箱中保存 ,备用 。
1.2　盆栽试验
1.2.1　盆栽土壤准备
盆栽土壤取自湖南农业大学试验基地 ,供试土
壤理化性质见表 1。
　　盆栽试验中 ,每盆装土 4 kg ,向盆栽土壤中添加
一定Na2HAsO4 ,使得砷质量浓度为 1 000 mg/kg[ 7] ,
喷施去离子水维持土壤湿润条件 ,保持 7 d。
1.2.2　供试蜈蚣草幼苗准备
从湖南某砷污染地区挖取长势基本一致的带根
小块茎蜈蚣草 ,除掉地上部分 ,为保证蜈蚣草的存活
率 ,按照蜈蚣草生长的营养需求及其根系生长环境 ,
精确配置有机土基质[ 8] ,将这些小块茎蜈蚣草移栽
在小盆钵中(含有机土基质 1 kg),在 25 ℃下 ,光照
16 h育苗 。
1.2.3　盆栽试验过程与取样
将长势一致的蜈蚣草幼苗分成 12组进行盆栽
试验 ,每组包含蜈蚣草幼苗 4株 ,用于重复试验 。选
取其中 1组为对照组 ,在幼苗移植时加入 30 mL 无
菌水 ,其余 11组分别记为 A 、B 、C 、D…K组 ,在幼苗
移植时对应加入 30 mL A 、B 、C 、D …K 抗砷菌悬液。
盆栽前 ,测量蜈蚣草质量(M1),盆栽 30 d 后收割 ,
测量蜈蚣草质量(M2)和根长(L),将蜈蚣草植株分
成地上部分和地下部分 ,将其杀青处理后再烘至恒
重 ,地上部分和地下部分干质量分别记为 M3 、M4 ,
蜈蚣草植株的总干质量记为 M5 。将烘干后的蜈蚣
草磨碎 ,过 100目筛 ,分析蜈蚣草植株地上部分与地
下部分的有效态砷含量 。
2　结果与分析
2.1　抗砷菌对蜈蚣草生物量的影响
盆栽30 d后 ,盆栽试验中蜈蚣草生长情况见表2。
　　由表 2可知 ,盆栽 30 d后 ,对照组蜈蚣草的根长
为 4.4 cm ,增长率为9.46%,11组接种抗砷菌的蜈蚣
草平均跟长为 5.3 cm ,平均增长率为16.37%,试验数
据表明 ,抗砷菌在一定程度上刺激了蜈蚣草的生长 。
11组接种抗砷菌的蜈蚣草中 ,接种了 E 、G 抗砷菌的
蜈蚣草的增长率相对较高 ,分别为 39.13%、24.73%,
蜈蚣草根长分别为 6.7 、5.6 cm ,较之对照组分别增长
了 2.3 、1.2 cm 。微生物可以通过多种机制刺激超累
积植物的生长 ,增加其对污染土壤中重金属的累积 ,
如分泌铁载体 、细胞激动素 、生长素 、1-氨基环丙烷羧
酸脱氨酶等[ 9] ,但抗砷菌刺激蜈蚣草生长的确切原因
·44·
　环境污染与防治　第 32 卷　第 5 期　2010年 5月
还有待进一步的研究和探讨。
　　由表 2 还可以看出 ,4 组接种了根内筛选抗砷
菌的蜈蚣草中 ,有 3组蜈蚣草的 M5明显高于对照
组 ,而其余 8组接种了根外筛选抗砷菌的蜈蚣草的
M5与对照组相差不大。根据 AGELY 等[ 10] 的研
究 ,根内筛选抗砷菌的侵染可以显著提高蜈蚣草的
生物量 ,与本试验结果一致。
2.2　抗砷菌对蜈蚣草吸收砷能力的影响
盆栽 30 d后 , 12组蜈蚣草地上部分和地下部分
砷浓度见图 1。
图 1　蜈蚣草各部位砷的质量浓度
F ig.1　The concentra tion of ar senite in o rg ans
of Pteris v ittata L
由图 1可知 , 对照组蜈蚣草的地上部分砷的
质量浓度为 4 450 mg/kg ,地下部分砷的质量浓度
为1 603 mg/kg ,地上部分与地下部分砷的质量浓
度之比为2.78 ,接种了 E抗砷菌的蜈蚣草的地上
部分砷质量浓度为 5 205 mg/kg ,地下部分的砷质
量浓度为 1 495 mg/kg ,地上部分与地下部分砷质
量浓度之比为3.48 ,接种了 G抗砷菌的蜈蚣草地
上部分砷的质量浓度为 4 916 mg/kg ,地下部分砷
的质量浓度为 1 207 mg/kg ,地上部分与地下部分
砷的质量浓度之比为4.07 。试验数据表明 ,接种
了 E 、G 抗砷菌明显提高了蜈蚣草对砷的吸收能
力 ,促进砷由蜈蚣草地下部分向地上部分的转移 。
这可能是因为 E 抗砷菌为根内筛选菌 ,可以通过
自身的新陈代谢影响砷的形态及其在蜈蚣草内积
累和分配 , 提高砷由地下部分向地上部分的转
移[ 11] 。此外 ,接种了 G 抗砷菌的蜈蚣草虽然干质
量和对照组相差不大 ,但其地上部分砷的质量浓
度却有明显的提高 ,可能由于 G 抗砷菌为根外筛
选菌 ,其表面上延伸的菌丝大大增加了蜈蚣草根
系的吸收面积 ,从而增加蜈蚣草对砷的吸收 ,促进
砷由地下部分向地上部分的转移[ 12] 。
2.2　E 、G抗砷菌对蜈蚣草各部位抗逆性指标的影响
接种了 E 、G 抗砷菌的蜈蚣草 ,在生物量和砷吸
收能力上较之对照组都有大幅提高 ,笔者初步确定
E 、G 抗砷菌能提高蜈蚣草对砷的吸收 。为了进一
步揭示 E 、G抗砷菌对蜈蚣草的抗砷胁迫作用 ,测定
接种了 E 、G抗砷菌的蜈蚣草中丙二醛 、脯氨酸这 2
个抗逆性指标的含量 ,并与对照组蜈蚣草进行比较 ,
研究接种 E 、G 抗砷菌后 ,蜈蚣草氧化损伤程度 ,结
果见图 2 、图 3。
由图 2 、图 3可知 ,在盆栽 30 d后 ,接种 E 、G 抗
砷菌的蜈蚣草其地下部分的丙二醛含量与脯氨酸含
量均低于对照组 ,而地上部分的丙二醛含量与脯氨
酸含量则与对照组相差不大 ,说明接种 E 、G 抗砷菌
能减轻蜈蚣草根系质膜的损伤 ,提高蜈蚣草根系抗
砷胁迫的能力 。
3　菌株鉴定
由以上分析结果可知 , E 抗砷菌在促进蜈蚣草
的生长 、提高砷吸收能力的效果最为明显 ,对 E 抗
砷菌进行显微观察及鉴定 ,其显微图片见图 4。
图 4　E抗砷菌的显微图片
Fig.4　The filaments of bacteria E under the micro scope
·45·
曾　东等　抗砷菌对蜈蚣草生长及其砷吸收能力的影响
通过显微观察发现 , E抗砷菌菌丝发达 ,菌落初
为浅灰色 ,后至浅褐色 ,菌落边缘放射状 ,无气味 ,在
培养过程中 ,菌丝易扭结联合成片状和扁块状菌核
(直径 0.5 ～ 1.0 mm)。经鉴定 ,该菌种属于半知菌
纲 ,丛梗胞目 ,丝核菌属(Rhizoctonia sp .),为内生
菌根菌 ,该菌可产生类似赤霉素的活性物质 ,从而促
进植物生长。
4　结　论
分别蜈蚣草根系与根系新鲜土中筛选出 11
组抗砷菌 ,通过盆栽试验得出 ,抗砷菌在一定程度
上能够刺激蜈蚣草的生长 ,尤其是根内筛选抗砷
菌明显提高了蜈蚣草的生物量。其中 , E 、G 抗砷
菌可以增强蜈蚣草对砷的吸收能力 , 促进砷由蜈
蚣草地下部分向地上部分转移 , E 、G 抗砷菌还能
减轻蜈蚣草根系质膜的氧化损伤 ,提高蜈蚣草根
系抗砷胁迫的能力 。对 E 抗砷菌进行鉴定 ,该菌
属于半知菌纲 ,丛梗胞目 ,丝核菌属(Rhizoctonia
sp.),为内生菌根菌 ,该菌可产生类似赤霉素的活
性物质 ,从而促进植物生长 。
参考文献:
[ 1] 　谭见安.地球环境与健康[ M ] .北京:环境科学与工业出版社 ,
2004.
[ 2] 　M A L Q , KOMA R K M , T U C , et al.A fern that hyperaccu-
mu lates arsenic[ J] .Natu re , 2001 , 409(6820):579-581.
[ 3] 　陈同斌 ,韦朝阳 ,黄泽春 ,等.砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的
富集特征[ J] .科学通报 , 2002 , 47(3):207-210.
[ 4] 　廖晓勇 ,陈同斌 ,谢华 ,等.磷肥对砷污染土壤的植物修复效率
的影响:田间实例研究[ J] .环境科学学报 , 2004 , 24(3):455-
462.
[ 5] 　周国华 ,黄怀增 ,何红蓼.重金属污染土壤植物修复进展[ J] .环
境污染治理技术与设备 , 2002 , 3(6):33-39.
[ 6] 　白建峰 ,林先贵 ,王一明.一种用于 As污染土壤修复的微生物
菌株筛选方法:中国 , 2007100233489.2[ P] .2007-06-05.
[ 7] 　陈同斌 ,张斌才 ,黄泽春 ,等.超富集植物蜈蚣草在中国的地理
分布及其生境特征[ J] .地理研究 , 2005 , 24(6):825-833.
[ 8] 　白纲义.有机生态型无土栽培营养特点及其生态意义[ J] .中国
蔬菜 , 2000 , 19(增刊):40-45.
[ 9] 　A LAM M G M , T OK UNAGA S , MAEKAWA T.Ext ract ion
of ars enic in a syn th et ic arsenic-comm entated soil using ph os-
ph ate[ J] .Chem osphere , 2001 , 43(5):1035-1041.
[ 10] 　AGELY A , SYLVIA D M , MA L Q.Mycor rhizae in crease ar-
senic up take by the hy peraccum ulator P teri s vit ta ta L [ J] .
J ournal of Environment Quali ty , 2005 , 34(11):2181-2186.
[ 11] 　TRO TT A A , FLAASCH I P , CONRARA L , et al.Arbuscular
my corrhizae increase the arsenic t ran slocation factor in the As
h yperaccumulating ferns P teri s vi ttata L [ J] .Chemosphere ,
2006 , 65(1):74-81.
[ 12] 　FA YIGA A O , MA L Q , CAO X D , et al.Ef fect s of heavy
m etals on g row th an d arsenic accumu lation in the arsenic hy-
peraccum ulator P teri s vi ttata L[ J] .Environmental Pollut ion ,
2004 , 132(2):289-296.
编辑:丁　怀　(修改稿收到日期:2009-08-25)
(上接第 42页)
[ 2] 　马士禹 ,唐建国 ,陈邦林.欧盟的污泥处置和利用[ J] .中国给水
排水 , 2006 , 22(4):102-105.
[ 3] 　郝晓地 ,张璐平 ,兰荔.剩余污泥处理/处置方法的全球概览
[ J] .中国给水排水 , 2007 , 23(20):1-5.
[ 4] 　韩晓芳 ,顾建新 ,李燕.污泥处置现状及新技术探讨[ J] .国外建
材科技 , 2006 , 27(5):43-46.
[ 5] 　戴逸琼.污水处理厂污泥处置的环境制约因素分析[ J] .浙江建
筑 , 2007 , 24(3):57-59.
[ 6] 　沈光范.城市污水处理厂的污泥处理和处置[ J] .中国环保产
业 , 2003(4):10-12.
[ 7] 　郭丽.城市污水处理厂污泥处理处置状况令人担忧[ J] .科技信
息 , 2007(20):543.
[ 8] 　赵乐军 ,戴树桂 ,辜显华.污泥填埋技术应用进展[ J] .中国给水
排水 , 2004 , 20(4):27-30.
[ 9] 　BAYAT B , SARI B.C om parat ive evaluation of microbial and
chemical leaching processes for heavy metal removal f rom de-
watered metal platin g slu dge[ J] .J ou rnal of H azardou s Materi-
als , 2010 , 174(1/2/3):763-769.
[ 10] 　谢鸿志 ,胡友彪.不同 pH 条件对城市污泥中重金属生物有效
性的影响[ J] .安徽农业科学 , 2009, 37(5):2163-2164 , 2207.
[ 11] 　WONG J W , XIANG L , G U X Y , et al.Bioleaching of heavy
metals f rom anaerobically diges ted sewage sludge using FeS2
as an energy source[ J] .Chemosph ere , 2004 , 55(1):101-107.
[ 12] 　KUAN Y C , LEE I H , CHERN J M.H eavy metal ext raction
f rom PCB w astew ater treatment sludge by sulfu ric acid[ J] .
Journal of H azardous Materials , 2010 , 177(1/ 2/ 3):881-886.
[ 13] 　杨圣云.有效微生物菌群的构建及处理苯酚与焦化废水的研
究[ D] .南昌:南昌大学 , 2007.
[ 14] 　RENO U S , GIVAUDAN J G , PO ULAIN S.Landfil l leachate
t reatmen t:review and opp ortuni ty[ J] .Journal of H azardous
Materials , 2008 , 150(3):468-493.
[ 15] 　PENG Yongzh en , ZHANG Shu jun , ZENG Wei.Organic re-
moval by deni t ri tat ion and methan ogenesis and ni t rogen re-
moval by ni t ri tati on f rom lan df ill leachate [ J] .Water Re-
search , 2008 , 42(4/ 5):883-892.
[ 16] 　ZHU Ying , CHAI Xiaoli , LI Hongjiang , et al.Combinat ion of
combu stion w ith pyrolysi s for studying the stabi li zation
process of slu dge in landfi ll[ J] .Thermochimica Acta , 2007 ,
464(1/ 2):59-64.
[ 17] 　李月琴.三峡库区城市污水厂污泥处置技术筛选[ D] .重庆:
重庆大学 , 2006.
[ 18] 　彭绪亚 ,黄文雄 ,余毅.污泥与生活垃圾混合填埋产沼的模拟
实验研究[ J] .重庆建筑大学学报 ,2002 , 24(4):40-44.
编辑:卜岩枫　(修改稿收到日期:2010-03-17)
上海世博园区日产生活垃圾 160 t
根据上海世博园开园前 3 天的数据统计 , 世博园区每日
产生生活垃圾约 160 t ,餐饮垃圾超过 30 t。
目前 , 世博园区产生的垃圾量要比原先预计更大 , 主要
是因为主办方增加了餐饮供应 ,允许游客带食品入园 , 这都
增加了生活垃圾和餐饮垃圾的产生量。随着未来客流增多 ,
天气转暖 , 世博园区垃圾量可能进一步上升 ,但目前世博环
卫部门已经做好充分准备 , 确保世博园区环境整洁有序。
据悉 , 在世博开幕前 ,世博环卫部门已进一步增加了世
博园内的环境设施 , 新增了垃圾箱 1 250 个 , 同时增加了人
力配备 ,服务世博。世博园区内还配备了全球先进的生活垃
圾气力输送系统 , 包括“一轴四馆”在内的永久性建筑的垃圾
都可以自动回收。此外 , 世博园区还设有 51 个垃圾气力输
送投放口 , 这种高效 、卫生 、密封 、便捷的自动化垃圾收运方
式大范围应用于市政道路和大型场馆在中国尚属首次。
(摘自《新华网》2010-05-04)　　
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　环境污染与防治　第 32 卷　第 5 期　2010年 5月