全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
凤眼莲与其根际细菌相互作用的研究
汪 敏 郑师章 嘎旦大学注海 。。
【摘要 】 凤眼莲及其根际细菌的相互关系明显地受营养条件的影响 , 生长在含糖培养基
中的凤眼莲根分泌物不改变其根际细菌的生长动态 , 但在含酚和无机营养条件下生长的
凤眼莲根分泌物分别使其根际细菌出现 次和 次增长 而且在含酚环境中 , 根际细菌对
凤眼莲表现出更 为强烈的根际效应 细菌的代谢产物能提高凤眼莲体内的多酚氧化酶的
活性 , 却抑制过氧化物酶的活性和减少其体内酚的富集量 然而接菌后的凤眼莲 , 其体内
多酚氧化酶和过氧化物酶同时得到激活 , 且酚富集量增加
关健词 凤眼莲 根际细菌 根际效应 多酚氧化酶 过氧化物酶 酚富集
吐
, 君 , 一 二 助户 五汾。 , ,
一
丙 ” 、
,
, 一
一 ,
讼
、 。 ,
,
,
, , 。 ,
记 , , 一
引 言
凤眼莲 以箕高效 、 清洁和具极 强的降
酚和耐酚性能而被广泛地应用于含酚污水
的治理中〔’
·“ · · ” · ’ · ” 〕 吴玉树等〔‘〕在研究凤
眼莲的降酚性能时 , 发现生长于 含酚废 水
中的凤眼莲根 系能凝集大量的污泥 , 这些
污 泥 中的含酚 量可 以 超过 水体 中的
倍 , 并认为凤眼莲的高效降酚性能是缘于
污泥中存在着大量的耐酚与降酚细菌 , 但
对凤眼莲与其根际细菌的相互关系并未作
进一步研究 乐毅全等川首次把凤眼莲及
其根际细菌联系起来 , 并成功地组建了凤
眼莲一根际细菌松散的 、 非特异性的协同降
酚的共生 系统 , 发现系统的降酚效率大于
细 菌和凤眼莲的降酚效率之和 吴辉等
在探讨这种协同降酚机制时 , 搞清 了凤眼
莲根分 泌物对细菌的影响 然而 , 从系统的
角度来研究二者之间的这种协同关 系 , 还
不够全面 本文就凤眼莲在不 同营养条件
下对其根际细菌 , 以 及根际细菌对凤眼莲
多酚氧化酶 、过氧化物酶 、 酚富集降酚机制
另文报道 的影响进行了研究 , 为进一步
开发凤眼莲及其根际细菌协同降酚潜能提
供理论依据
, 国家教委博士点基金资助项 目
年 月 日收到 , 年 月 日改回
应 用 生 态 学 报 卷
养液经 离心 , 将上清液过掳除菌 ,
得无菌的细菌培养液 分别取 。、 、 的该培
养液 , 用合成培养液补至总体积 , 然后加入
苯酚使浓度达 限 · 一 , , 接入无菌凤眼莲 ,
、
、 光照培养 后 , 测 定酚浓度 , 并取凤眼
莲 植 株 , 用 · 一 , 的 磷 酸缓 冲液
制备凤眼莲体内的酶粗提液阁 在
的 中 , 用 一 , 邻苯二酚为
底物 , 加 产 酶提取液 , 立即在
光度计上 处测定多酚氧化酶活性 在
处扫描测 定过氧化物酶的活性圈
‘ 凤眼莲在接菌后体内多酚氧化酶 、过氧化物
酶和酚的测定
在 含苯酚 滩 · 一 , 的合成培养液中 ,
接人 。 一 的菌液 另设 组细菌和
凤眼莲的对照组 、 、 、 光照培养 后
侧定各系统的降酚率 、凤眼莲体内的酚浓度及多
酚氧化酶和过氧化物酶的活性
实验结果
不同营养条件下的凤眼莲根分泌物
对细菌生长动态的影响
将在 种不同营养条件下生长的凤眼
莲根分泌物加 入细菌 合成培养液中 , 细菌
的生长动态 曲线见图
︵吧犷、,︺碑︸
产记封侣︸生。
目,﹄二‘
︵公目
胃窿
队月戈二,。侣侧赵匆丢压
﹄己认︸卫月七,目压含﹄﹂侧翅佗嫉
材料与方法
无菌凤眼莲的培养
用组织培养法得到 无菌苗 , 接入 含蔗糖
的 培养液 中 , 、 光照培养 周 , 选取
生长健壮的凤眼莲作为实验材料
凤眼莲根际高效降酚细菌的筛选
用苯酚浓度 为 。产 · 一 , 的 选择培养基
从生长于 吴淞煤气厂 号爆气池废水中 泥水比
, 酚浓度为 拌 · 一 , 的凤眼莲根部分离纯
化到一株生长 良好的肠杆菌属 二 动口
的细菌 , 内 , 在苯酚浓度约 滩 · 一 时 其降
酚率为 , 确定为实验菌株 对其降酚途径的
研究发现该菌可以通过 有氧途径降解外源
苯酚
凤眼莲根分泌物的制备
将无菌凤眼莲分别接入含苯酚 陀 · 一 , , 蔗
糖 以 及 不 含 任 何碳 源 的 培 养液 中 ,
、 光照培养 周后 , 将培养液过滤除菌 ,
可视为凤眼莲的无菌根分泌物 分别取 。司 各
分泌物 用等量无菌水作对照 加入 含苯酚
拜 · 一 , 的合成培养液中 , 亡 、 摇床培
养 , 每 取样测定培养液中细菌的浊度 。。
培养液中和凤眼莲根表面细菌数量的测定
在含苯酚 陀 ·
一
,
、 蔗糖 。 和 不 含任何
碳源的 培养液中分别接入无菌凤眼莲
和 。。 的菌液 , 、 光照培养
, 取 培养液 , 用 。 · 溶液
稀释为 一 , 一 一 系列菌液 剪下凤眼莲的根 , 小
心吸干表面水份 , 称重 , 置于装有 。 石英砂的
三 角瓶中 , 加少量 二 溶液 , 振
荡机上振荡 后 , 取出根 , 用无菌研钵充分研
磨 , 将匀浆全部转入原三 角瓶 , 继续振 荡 ,
加入 · 溶液使菌液总体积达
到根重的 倍 , 即得 一 菌液 , 稀释成 为 一“ 一
一 , 系列 用平板计数法求出根部与培养液中的菌
数
不同细菌代谢产物对凤眼莲体内多酚氧化
酶 、过氧化物酶和酚的影响测定
将细菌接入 含苯酚 眼 · 一 , 的细 菌合成培
养液中 , 印
、
培 养至酚完全降解为止 , 培
堵养时间 卜时 饰 ’
图 一 分别生长在 含 一 蔗搪 、 拜 · 一‘苯酚 和
无机 培养液 中的 凤眼莲根分泌物对细菌生长动
态的影响
、 ‘ 、
写 、 , 尸 · 一 ,
从图 的生长 曲线来看 在 内 , 细
菌生长在 以苯酚 为唯一碳源的环境中时 ,
生长 比较缓慢 , 没有表现 出明显的对数增
期 汪 敏等 凤眼莲与其根际细菌相互作用的研究
长 当加 入生长在含糖营养条件下的凤眼
莲根分泌物时 , 并未改变细菌的生长曲线 ,
仍显 次增长型 , 不过其最大生长量 值
大大提高 , 为对照的 倍 含酚和无机营养
条件下的凤眼莲根分泌物对细菌生长动态
的影响与前者不同 , 含酚条件下的根分泌
物使细菌呈现 次增长 , 且其最终的 值
比对照高 而无机营养条件下的凤眼莲根
分泌物则使细菌出现 次增长 , 其 值为
对照的 倍
衰 细曲在不同曹养余件下对凤眼莲的根际效应《 句
介目 姗 恤 让 阮 加 加 加 甲口
细菌在不同营养条件下对凤眼莲的
根际效应
从表 可见 , 细菌在 含酚营养条件下
表现出最强烈的根际效应分别是含糖和无
机营养条件下的 倍和 倍 说明在酚这
种胁迫环境中 , 单位根表面上菌数大于培
养液中的菌数 , 大量的细菌吸附于根表面
而 从根表面和培养液 中的菌数上看 , 在 含
搪条件下的菌数都很高 表明细菌在该营
养条件下能大量繁殖 相反 , 在无机营养条
项 目
根部菌数
火 · 一 , 平均
培养液中的菌数
二 一 , 平均
根际效应
含塘培养 含酚培养
、
无机营养
。
。
。
。
。
。
表 细菌代谢产物对凤眼莲降酚
、
多酚级化酶
、
过级化
物脚和肠富集的影响
,
卜 鳍 巨。二 哭 , 伴 义
址 “ 注 ‘ 口 那
项 目
培养液的量
起始酚浓度年 · 一 ,
一
终止酚浓度 ” · 一 ,
一
降酚率
多酚氧化酶活性二
、 七
过氧化物酶活性
’
体内酚富集量 陀
· 一
,
。 。
, 多酚氧化酶和 过氧 化物酶的活力分 别以 抢。
、
吸光境每分钟增加 为 个酶活 力单位表示
件下细菌生长缓慢 , 其根际效应也很小
,
细 菌代谢产物对凤眼莲降酚和体内
多酚氧化酶 、过氧化物酶 、 酚富集的影响
由表 可 见 , 细菌培养液能提高凤眼
莲 的降酚效率 , 加 时 , 其降酚率 比
对照提高 倍 , 同时 多酚氧化酶的活性也
提高 , 但是过氧化物酶的活性却受抑制 , 凤
眼莲体内富集的酚浓度也下降 倍 在排
除凤眼莲及其根际细菌具有体外降酚酶的
可 能性后 结果未列出 , 认为细菌在 含酚
培养液的生长过程 中 , 其代谢产物能刺激
凤眼莲对酚的降解和 多酚氧化酶的活性 ,
而抑制过氧化物酶的活性和使凤眼莲体内
富集的酚浓度减少
接菌对凤眼莲降酚
、
多酚氧化酶 、 过
氧化物酶和酚富集的影响
由表 可见 , 当细菌接入组成凤眼莲
细菌系统后 , 可大大提高降酚率 , 系统降酚
效 率 达 大 于 细 菌
和 凤 眼莲 之 和 , 其
中细菌降酚率较凤眼莲的降酚率甚高
, 说
明二者在降酚过程中细菌起主要作用 , 二
者组成的是一种松散的 、 非特异的共生降
酚系统 接菌能提高凤眼莲体内酚的富集
量 , 多酚氧化酶和过氧化物酶的活性上升
应 用 生 态 学 报 卷
农 接菌对凤眼莲降酚
、多酚级化酶 、过饭化物醉和酚 , 集的影响
, 即 , 班 云 碑 的
心了口忿忿忍 心
项 目 细 菌】如
无菌凤眼莲
, 产
接菌凤眼莲
尸
起始酚浓度恤 · 一 ,
终止酚浓度年 · 一 ,
降酚率
多酚氧化酶活性
过氧化物酶活性
体内酚浓度协 · 一 ,
讹
。 。
。 。
讨 论
凤眼莲对细菌的影响
植物的根分泌物受营养条件的强烈影
响〔 对玉米根分泌物中的糖 、有机酸和
氨基酸的组成有较大影响 高 环境下植
物根分泌物的释放要 比低 时多 , 生长于
不 同营养条件下的凤眼莲根分泌物 , 对细
菌 的生长动态的影响是不 同的 , 说明凤眼
莲在不同的营养环境中其根分泌物存在着
质和量上的差别 凤眼莲的水培液可使其
根际细 菌 的生 长 延滞 ’ 而 生长在
含糖 、 含酚和无机营养条件下的凤眼莲根
分泌物并未使凤眼莲的生长 延滞 , 不过其
最大生长量 值却大大提高 凤眼莲根分
泌物 中含有转化酶 , 以致生长于 含糖培
养液 中的凤 眼莲根分泌物 中含有大量单
糖〔‘’〕 由于细菌在碳源利用中的分解阻遏
效应 , 细菌优先利用糖类物质 , 当糖被利用
到一定程度时 , 培养液中的其它营养元素
随之耗尽 , 细菌很难再为酚诱导而生长 而
在 含酚和无机培养液中凤眼莲根分泌物中
的糖含量要低得多 , 当细菌把根分泌物
的糖利用到一定程度时 , 细菌还能被培养
液 中的酚或其它某些根分泌物诱导而 生
长 , 从而改变了细菌的生长动态 , 使之出现
二步或三步增长 营养条件可明显影响凤 、
眼莲的根分泌物的质量 , 从而影响到细菌
一系列的生理活动 , 这表明在利用凤眼莲
细菌系统协同降酚时 , 营养条件的控制是
十分重要的
由于细菌的趋化作用 ’ , 不同营养条
件下凤眼莲对其根际细菌影响的差异 , 也
反应在细菌的根际效应上 处于不利环境
中的细菌能很快地吸附于表面 , 形成一层
菌膜 , 以抵御不 良环境的影响 , 从而提高细
菌的生存力 , 处于贫养条件下的孤菌能大
量地吸附于表面并快速繁殖 酚是一种对
生物有机体有毒害的物质 , 细 菌处于这种
环境中 , 首先要避开这种不利环境对它的
影响 , 向根表面吸附 , 这种作用是 由于细菌
对酚的负趋化和对凤眼莲根分泌的糖 、 氨
基酸的正趋化而共同实现的 在这种环
境中 , 对细菌来说 , 生存是第一位的 而在
含糖培养液中 , 对细菌是一种有利的环境 ,
它能获得充分的营养 , 其能量主要用于繁
殖而不是抗逆 细菌在不同营养环境中的
这种能量合理分配 , 协调使用 , 有效地保证
了细菌在这些环境中的生存与繁殖 , 是生
物能量最佳分配原则的生动表现
细菌对凤眼莲的影响
根际微生物对植物的生长和生理代谢
有着明显 的影 响 , 它 能 影响植物 的生 长
量 , 刺激植物的根对离子的吸收 , ’〕, 改
期 汪 敏等 凤眼莲与其根际细菌相互作用的研究
变根的通透性 , 调节植物的生理代谢〔’‘ 〕
等 多酚氧化酶与过氧化物酶是存在于植
物体内的应激反应酶系 , 细菌的代谢产物
或表面吸附会引起植物一系列生理上的变
·
化 , 使植物产生应激反应和对物质吸收的
改变 , 多酚氧化酶与过氧化物酶的活力上
升 , 同时伴随着酚化合物代谢的加快 , 产生
酿类物质以抵抗外界不 良环境对它 的刺
激〔’ 凤眼莲可以通过对外源酚的富集和
多酚氧化酶 、过氧化物酶 、酚糖昔转移酶的
转化作用降酚 另文报道 实验表明其根
际细菌的培养液能提高凤眼莲的降酚和 多
酚氧化酶活性 , 却抑制过氧化物酶活性和
减少酚在其体内的富集 , 在排除了它 们具
有胞外降酚酶的可能性后 结果未列 出 ,
推测细菌在含酚培养液中生长时 , 产生了
某些代谢物质 , 对多酚氧化酶和过氧化物
酶的影响是不 同的 相反 , 在接菌条件下 ,
凤眼莲降酚率 、 多酚氧化酶 、过氧化物酶活
性和酚的亨集量都得到了提高
·
由此可见 ,
根际细菌对凤眼莲降酚的影响是非常复杂
的 , 它的作用不仅仅在于其代谢产物 , 而且
还有诸如物理吸附等因子的综合作用 , 二
者在组成为一个系统降酚时
, 相互作用 , 相
互适应 , 遵循一般的种间关系原则 , 逐步形
成一个物种共存 、 功能协同的系统
前人 , ’〕曾报道凤眼莲与细菌具有协
同降酚的性能 , 本文的实验也证明了这 一
点 , 凤眼莲一细菌系统在苯酚浓 度为 拌
· 一
, 的 增 养 液 中 , 内 降 酚 率 高 达
纬 , 而 细 菌 和 凤 眼 莲 分 别 只 有
和 肠 两种生物体在功能上的
协调 , 除了通过二者对彼此的生理代谢和
酶的调节实现 ’矽卜, 它们在代谢途径中酶
的互补 , 解除了二者在代谢中的慢反应与
酶解产物的抑制效应 , 从而使代谢途径畅
通 , 酶反应加快 在凤眼莲体内有关这方面
的问题尚待进一步研究
参考文献
〕 王祟效 、 徐赛兰 、 谭 常 凤眼莲净化含酚
污水的研究 环境科学学报 , ‘ 一
〔〕 王崇效 、 徐赛兰 、 王志香 凤眼莲净化含酚
污水的研究 上海交通大学学报 一
〔〕 乐毅全 、 郑师章 、 周纪纶 凤眼莲 一 根际微
生物系统的降酚效应 植物生态学与地植物学学
报 , 一
【 〕 乐毅全 、 郑师章 、 周纪纶 凤眼莲根际细菌
的趋化性研究 复旦学报 , , 一
〔 华东师范大学 生物 系植物生理学教研组 主编
” 植物生理学实验指导 人民教育出版社 , 上
海 , 一
〔 〕 吴玉树 、鲍奕佳 酚 、 氛在风眼莲一水体系统
中的迁移积累和转化 植物生态学与地植物学丛
刊 一
〕 吴 辉 、郑师章 凤眼莲根分泌物对 ￡,
。加
·
笨酚 代谢的影响 应 用 生 态学
报 一
」 吴 辉 、 郑师章 根分泌物及其生态效应
生态学杂志 “ 一
〔月 吴 辉 、 郑师章 凤眼莲根分泌物对降酚细
菌影响的研究 生态学研究进展 中国科学技术
出版社 北京 , 一
【 。 何秀 良 、 韩静淑 小麦根 内嗜水气单胞
菌株在菠菜盆栽 中的应 用效果初探 微 生物杂
志 , 一
【 〕 赵大君 、郑师章 无菌水葫芦的降酚和耐酚
的研究 上海环境科学 , 一
【 〕 郑师章 、 昊 辉 、 何 敏 凤眼莲根部分泌
物中还原糖分析及其化学信息作用研究 生态学
研究进展 中国科学技术出版社 , 北京 , 一
【 谭 常 、 王崇效 、 邻根福 凤眼莲净化含酚
污水的研究 环境科学学报 , ‘ 一
〕 , 各 , ,
六买 加二二 一
〔 〕 决 ,
护产 召沉
,
, 右 一
,
, , 二
, 二 , 一
〕 记 , 乙 ,
一
’ 。
, 吕 ,
, , 一