全 文 ：第 10 卷 第 9 期 环 境 工 程 学 报 Vol． 10，No． 9
2 0 1 6 年 9 月 Chinese Journal of Environmental Engineering Sep ． 2 0 1 6
产酸内生菌荧光假单胞菌 Ｒ1 对东南景天
生长和吸收、积累土壤中重金属锌镉的影响
邓平香 张 馨 龙新宪*
(华南农业大学资源环境学院，广州 510642)
摘 要 研究了从东南景天(Sedum alfredii)的根系分离和纯化的内生菌荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)Ｒ1(菌
株 Ｒ1)在溶解氧化锌(ZnO)和氧化镉(CdO)过程中的生长代谢特征，分析了代谢产物中有机酸的组成及含量;通过盆栽实
验，进一步探讨了土壤接种菌株 Ｒ1 对东南景天的生长、吸收和积累锌、镉的影响。结果发现，菌株 Ｒ1 在生长代谢过程中分
泌苹果酸、琥珀酸、乙酸、柠檬酸、草酸等有机酸是导致 ZnO和 CdO溶解的主要原因，且反应体系中增加 ZnO和 CdO能够提
高有机酸的分泌量，加速 ZnO和 CdO的溶解。菌株 Ｒ1 接种到未灭菌或灭菌的锌、镉污染土壤中均能在一定程度上促进东
南景天的生长和吸收 Zn、Cd。在未灭菌 ZnO土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景天根系和地上部的干物质质量、地上部 Zn积累
量分别增加了 15. 56%、9. 74%和 29. 84%;在灭菌 ZnO土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景天地上部的干物质质量和 Zn积累量
分别增加 9. 56%和 8. 97%。在未灭菌 CdO土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景天根系和地上部的干物质质量、地上部 Cd 积累
量分别增加 30. 30%、6. 15%和 27. 21%;在灭菌 CdO土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景天根系和地上部的干物质质量、地上部
Cd积累量分别增加 5. 08%、8. 82%和 26. 14%。
关键词 内生细菌;有机酸;东南景天;锌;镉
中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1673-9108(2016)09-5245-10 DOI 10． 12030 / j． cjee． 201504053
Effects of acid producing endophytic bacteria Pseudomonas fluorescens Ｒ1
on the growth responses，Zn and Cd accumulation in Sedum alfredii
DENG Pingxiang ZHANG Xin LONG Xinxian*
(College of Ｒesources and Environment，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)
Abstract Endophytic bacteria Pseudomonas fluorescens Ｒ1 were isolated from the root of Zn /Cd-hyperac-
cumulator Sedum alfredii，and their metabolic characteristics during the ZnO and CdO dissolution process and the
composition and content of organic acids in the metabolites were studied． Batch series of pot experiments were
conducted to evaluate the effects of these endophytic bacteria on the growth and accumulation of Zn and Cd in
S． alfredii． Malic acid，succinic acid，acetic acid，citric acid，and oxalic acid produced during the metabolic
process of P． fluorescens Ｒ1 enhanced the dissolution of ZnO and CdO，and vice versa，i． e．，the addition of
ZnO or CdO to the reaction system increased the secretion of organic acids． Irrespective of the non-sterile or ster-
ile soil treatments，the inoculation of P． fluorescens Ｒ1 into the ZnO and CdO-contaminated soil enhanced plant
growth and accumulation of Zn and Cd compared to the absence of inoculation． In the S． alfredii group grown in
non-sterile soil subjected to ZnO treatment and inoculation with P． fluorescens Ｒ1，the dry weight of roots and
shoots and the total Zn accumulation in shoots increased by 15． 56%，9. 74%，and 29. 84%，respectively． For
groups grown in ZnO-treated and P． fluorescens Ｒ1-inoculated sterile soil，the dry weight of shoots and the total
Zn accumulation in shoots of S． alfredii increased by 9． 56% and 8. 97%，respectively． Similarly，for S． alfredii
grown in soils subjected to CdO treatment and P． fluorescens Ｒ1 inoculation，the dry weight of roots and shoots
and the total Cd accumulation in shoots increased by 30. 30%，6. 15%，and 27. 21% (non-sterile soil)and
5. 08%，8. 82%，and 26. 14% (sterile soil)，respectively．
Key words endophytic bacteria;organic acid;Sedum alfredii;zinc;cadmium
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40973055)
收稿日期:2015 － 04 － 07;修订日期:2015 － 08 － 19
作者简介:邓平香(1989—)，女，硕士研究生，研究方向:污染环境修复。E-mail:1109291820@ qq． com
* 通讯联系人，E-mail:longxx@ scau． edu． cn
环 境 工 程 学 报 第 10 卷
植物内生菌泛指那些在其生活史中的某一阶段生
活在植物组织内，对植物组织不引起明显病害症状
的细菌［1］。近年来，国内外研究者陆续从重金属超
积累植物分离和纯化内生菌，这些内生菌通常具有
很强的金属抗性和促植物生长特征。例如，Idris 等
从超积累植物 Thlaspi goesingense 体内筛选到多株
能够耐受 Cd、Zn、Cr、Ni、Co 毒性的甲基营养菌
(Methylobacterium goesingense)［2］;ZHANG 等［3］从生
长在废弃铜矿上的 Cu耐性植物中分离了 100 株 Cu
抗性内生细菌，其中 8 株具有 ACC 脱氨酶和分泌
IAA的能力;LONG 等［4］从东南景天(Sedum alfre-
dii)的叶片、茎、根中分离和纯化了 14 株具有较强
的 Zn、Cd 抗性细菌，一些内生菌还具有产吲哚作
用、溶解磷作用、产铁载体作用和固氮作用。
随着对超积累植物内生细菌研究的兴起，越来
越多的具有金属抗性的、促植物生长特性的菌株应
用于强化植物修复重金属污染土壤。内生菌提高植
物修复效率的机理主要包括 2 个方面［5-6］:一是内生
菌通过合成一些金属载体(如铁载体)或酸化土壤
环境(产有机酸)等，提高土壤重金属的生物有效
性，从而促进植物对重金属的吸收和积累;二是内生
菌可通过固氮作用，溶磷作用，产吲哚乙酸(IAA)、
高铁载体和 1-氨基环丙烷-1-羧酸乙酯脱氨酶(ACC
脱氨酶)等机制改善植物营养，从而促进植物生长
和发育，提高植物地上部的生物量和重金属积累量。
例如，从油菜根系分离的 Pb 抗性内生菌 Pseudo-
monas fluorescens G10 和 Microbacterium sp． G16 能
够显著增加土壤中的水溶性 Pb浓度，提高油菜的生
物量和 Pb积累量［7］。Pinus sylvestris 的根系内生菌
Bacillus thuringiensis GDB-1 具有多个促植物生长特
征，包括 ACC脱氨酶活性、分泌 IAA和铁载体，溶磷
作用;土壤接种菌株 GDB-1 显著增加超积累植物
Alnus firma的生物量、叶绿素含量、根瘤数和重金属
铜、铅、镍、锌的积累量［8］。Mn 超累积植物 Polygo-
num pubescens 根系内生菌 Ｒahnella sp． JN6 表现出
很高的 Cd、Pb和 Zn 抗性作用，能够产生 IAA、高铁
载体、ACC 脱氨酶和溶解无机磷酸盐，而且能有效
地溶解的 CdCO3、PbCO3 和 Zn3(PO4)2;土壤接种
菌株 JN6 后，油菜的根系和地上部的生物量、Cd、
Pb、Zn含量和积累量显著增加［9］。
东南景天(Seduma alfredii Hance)是一种以无性
繁殖为主、生物量大、生长速率较快的锌、镉超富集
植物，不仅是研究植物超积累重金属机理的模式植
物，且已经应用到我国重金属污染土壤的修复实践
中［10-11］。菌株 Ｒ1 是从东南景天的根系分离和纯化
了一株具有促植物生长特征的、Zn /Cd 抗性的荧光
假单胞菌(Pseudomonas fluorescens);菌株 Ｒ1 的生长
代谢使培养液的 pH 值显著降低，并导致难溶性
ZnO和 CdO 化合物的溶解［12］。然而，我们对菌株
Ｒ1 溶解 ZnO和 CdO 的机理还不清楚，以及土壤接
种该功能菌株是否能提高东南景天对锌和镉的吸收
和积累还不明确。因此，本研究首先探讨菌株 Ｒ1
分泌小分子有机酸与其溶解 ZnO 和 CdO 之间的关
系，进一步通过盆栽实验研究土壤接种菌株 Ｒ1 对
东南景天生长和吸收 Zn、Cd 的影响，为今后利用内
生菌强化东南景天修复重金属污染土壤提供理论
依据。
1 材料和方法
1. 1 供试材料
供试菌株 Ｒ1 是从东南景天根系中分离和纯化
的革兰氏阴性菌，菌落颜色为米黄色、表面光滑规
则，边缘完整;甲基红实验、乙酰甲基醇实验、过氧化
氢酶实验、糖发酵实验、淀粉水解实验和运动性均为
阳性反应;Ｒ1 菌株对 Zn、Cd 的最大忍耐浓度分别
为 15 mmol·L －1和 2 mmol·L －1;菌株 Ｒ1 能分泌吲
哚乙酸和产铁载体作用，但没有溶磷作用。通过提
取细菌的基因组 DNA，测序，NCBI BLAST程序比对
分析，鉴定菌株 Ｒ1 为荧光假单胞菌(同源率
为 100%)［12］。
Zn /Cd超累积植物东南景天采自浙江省衢州市
上方古老铅锌矿区(29. 22°N 和东经 118. 78°E)，移
栽到华南农业大学温室的人工基质(取泥炭 +珍珠
岩 +蛭石，按体积 1∶ 1∶ 1 混合均匀)上繁育。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 菌株 Ｒ1 对 ZnO、CdO的溶解作用
将保存在甘油管中的菌株 Ｒ1 在 LB 液体培养
基上活化 20 h 后，接种到 150 mL 添加 0. 1% ZnO
(AＲ，天津市福晨化学试剂厂)或 0. 01% CdO (AＲ，
天津市科密欧化学试剂有限公司)的 SMS 液体培养
基中(蒸馏水 100 mL，蔗糖 1 g，酵母粉 0. 05 g，
(NH4)2SO4 0. 1 g，K2HPO4 0. 2 g，MgSO4 · 7H2O
0. 05 g，NaCl 0. 01 g，CaCO3 0. 05 g，pH 7. 2)，分别以
接种 Ｒ1 菌株的 SMS 培养液(CK1)、未接种的含有
ZnO或 CdO 的 SMS 培养液(CK2)为对照，30 ℃恒
温振荡(160 r·min －1)培养 0. 5、1、3、6、10、15、24、
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第 9 期 邓平香等:产酸内生菌荧光假单胞菌 Ｒ1 对东南景天生长和吸收、积累土壤中重金属锌镉的影响
36、48、60、72、96 h后，每次用无菌枪头取 25 mL 培
养液用于分析测定。
1)菌株 Ｒ1 的生长曲线、培养液的 pH 值和 Zn、
Cd浓度测定。菌株的生长曲线采用比浊方法，即取
1 mL菌液至 25 mL比色管中，加 1 mL 1 mol·L －1盐
酸(用于溶解培养液中的 CaCO3 颗粒) ，用无菌水稀
释至 5 mL，分光光度计测定吸光值 OD540。另取 10
mL菌液于 8 000 r·min －1离心，取 5 mL 上清液测
定 pH值(玻璃电极法) ，原子吸收光谱法(Z-2300)
测定其余上清液中 Zn2 +或 Cd2 +浓度。
2)有机酸的测定。取 2 mL 培养液，10 000 r·
min －1离心 10 min，除去菌体和 CaCO3，然后加入等
体积氯仿混匀，10 000 r·min －1离心 5 min 除去蛋
白质，最后采用 0. 22 μm 微孔滤膜过滤，上层清液
过 C18(250 mm ×4 mm，内填 Hypersil ODS 5 μm不
锈钢柱)色谱柱，利用 1100 型高效液相色谱(Agi-
lent，Palo alto of USA)检测，以 0. 1%磷酸为流动
相，流速为 1 mL·min －1，柱温为 20 ℃时，紫外波长
215 nm处检测。
1. 2. 2 盆栽实验
从华南农业大学农场采集 0 ～ 20 cm水稻土壤，
添加 ZnO 或 CdO 化合物，将 ZnO 和 CdO 研磨成粉
末状，与土壤逐级混匀，分别制备 ZnO 污染土壤(Zn
的浓度为 1 000 mg·kg －1)或 CdO污染土壤(Cd 的
浓度为 50 mg·kg–1)，加无菌水至田间最大持水量
平衡一周开始盆栽试验。水稻土壤的基本理化性质
如下:pH 值(土 ∶ 水 = 1 ∶ 2. 5)6. 27、有机质含量
3. 05%、全氮含量 1. 12 g·kg －1、碱解氮含量 96. 8
mg·kg–1、全磷含量 1. 192 g· kg–1、有效磷含量
86. 09 mg·kg–1、有效钾含量 126. 29 mg·kg －1，有
效 Zn含量为 0. 39 mg·kg －1，有效 Cd 含量为 0. 02
mg·kg －1。
1)实验设计。采用 3 因素完全随机区组实验
设计:A因素为土壤类型，共 3 个处理水平，即未污
染的水稻土壤、模拟 ZnO 污染土壤和 CdO 污染土
壤;B因素为土壤灭菌处理，共 2 个水平，即灭菌土
壤(连续 3 d 105 ℃高压灭菌 1 h)和不灭菌土壤;C
因素为接种处理，共 2 个处理水平，即不接种的对照
(CK)和接种 Ｒ1 菌株。每盆装土 0. 8 kg，扦插 2 株
大小一致(约 3 cm)、表面消毒的东南景天枝条，每
个处理重复 4 次。植物生长期间，定期补加灭菌的
去离子水，土壤湿度保持最佳田间持水量。植株移
栽 10 d后，在植物根部周围接种 10 mL 菌液(108
cfu·mL–1) ;植物生长 3 个月后，在植物根部周围再
次接种 10 mL菌液。生长 180 d后收获植物。
2)分析与测定方法。土壤 pH值测定采用玻璃
电极法，土 ∶ 水为1∶ 2. 5;土壤中 Zn、Cd 有效含量采
用 0. 01 mol·L －1 CaCl2 提取，土∶水比为 1∶ 5(200 r
·min －1，提取 24 h) ，火焰原子吸收分光光度计(Z-
2300)测定［13］;植物根系和地上部 Zn、Cd 含量采用
干灰化-原子吸收光谱法测定［13］。
1. 3 数据统计分析
用 SPSS软件对数据进行相关性分析和 t检验，
采用 p = 0. 05 的显著水平。
2 结果和分析
2. 1 菌株 Ｒ1 对氧化锌的溶解作用
菌株 Ｒ1 在 SMS 培养液中培养，0 ～ 6 h 细菌生
长处于延滞期;从 6 ～ 24 h，细菌生长处于对数期;从
24 ～ 72 h细菌处于生长稳定期;从 72 ～ 96 h，细菌生
长进入衰亡期(图 1(a))。当菌株接种到含 ZnO 的
SMS培养液中时，其生长曲线与在 SMS 培养液
(CK1)中的生长基本一致，只是在开始的 24 h，其
OD540值略低于 CK1，生长稳定期较短，培养 36 h后，
其 OD540急剧下降，菌株 Ｒ1 的生长进入衰亡期(图 1
(a) )。这表明 ZnO对菌株 Ｒ1 的生长基本上没有显
著影响，菌株 Ｒ1 对 Zn有很强的抗性能力。
随着菌株 Ｒ1 的生长繁殖，SMS 培养液(CK1)
和添加 ZnO的 SMS培养液的 pH值均显著降低(图
1(b))。总体而言，接种菌株 Ｒ1 的 SMS 培养液
(CK1)的 pH值低于接种 Ｒ1 菌株添加 ZnO 的 SMS
培养液，尤其是在生长稳定期和衰亡期(图 1(b) );
在开始培养 36 h 期间，随着菌株 Ｒ1 的生长，添加
ZnO的 SMS培养液的 pH 值呈直线降低;但随着菌
株的生长进入衰亡期(36 h 后) ，添加 ZnO 的 SMS
培养液的 pH有所增加，最后趋于稳定(图 1(b) )。
由图 1(c)可知，接种菌株 Ｒ1 的 SMS 培养液
(CK1)中的 Zn2 + 浓度在实验期间基本上保持在
0. 01 mg·L －1左右;未接种的添加 ZnO的 SMS 培养
液(CK2)中的 Zn2 +浓度维持在 5 mg·L–1左右;随
着菌株 Ｒ1 在含 ZnO 的 SMS 培养液中生长繁殖，培
养液中的 Zn2 +浓度显著增加，第 60 小时达到最大
值(323. 645 mg· L －1)，此时 ZnO 的溶解率高达
32. 36%(图 1(c))，其原因可能有:1)菌株的生长
进入了稳定期后期，其生长速率和代谢活动开始降
低，尤其是 72 h 后进入衰亡期。通常，处于稳定期
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环 境 工 程 学 报 第 10 卷
后期和衰亡期时细菌细胞分泌黏液或胞外聚合物增
加，加之新生的细胞数量少于死亡的细胞数量。因
此，细胞分泌的黏液、胞外聚合物或死亡细胞的对游
离的 Zn2 +的吸附或络合作用增强，从而导致游离的
Zn2 +浓度降低。2)菌株 Ｒ1 对 Zn2 +有很强的抗性作
用，细菌细胞的胞外聚合物和细胞壁对金属离子的
吸附和络合作用是其适应重金属胁迫的重要机制之
一;一些细菌细胞还可以将金属吸收进入细胞内，通
过与细胞内的聚合物结合达到解毒的目的［14］。3)
随着细菌生长速率降低，培养液的 pH值又升高到 7
左右(图 1(b) )，培养液中游离的 Zn2 + 与 OH －、
CO2 －3 等发生沉淀反应。
2. 2 菌株 Ｒ1 对氧化镉的溶解作用
当菌株Ｒ1接种到含 CdO的 SMS培养液中时，其
生长曲线与在 SMS培养液(CK1)中的基本一致(图 2
(a))，只是在前 24 h，其 OD540值略低于 CK1;培养 36
h后，其 OD540达到最大值 1. 161，随后 OD540急剧下
降，进入生长衰亡期，这说明 Ｒ1 菌株对 Cd 也具有较
强的抗性，但 Cd2 +加速了菌株 Ｒ1的衰亡(图 2(a) )。
随着菌株 Ｒ1 在 SMS培养液中的生长和代谢作
用，培养液的 pH值显著降低，培养 15 h达到最低值
5. 10;随着培养时间的进一步延长，pH 值又呈上升
的趋势，最后稳定在 6 左右(图 2(b))。同样，菌株
Ｒ1的生长使添加 CdO的 SMS培养液的 pH值也显著
降低，在开始的36 h，培养液的 pH值随着培养时间的
延长而直线降低，但随着菌株的生长进入衰亡期，培
养液的 pH值又增加，最后趋于稳定(图 2(b))。
随着菌株 Ｒ1 在含 CdO 的 SMS 培养液中生长
繁殖，培养液中的 Cd2 +浓度显著增加，培养 36 h 达
到最大值为 44. 33 mg· L －1，CdO 的溶解率达
44. 33%(图 2(c) )，这说明 Ｒ1 菌株对 CdO 具有很
强的溶解作用。
2. 3 内生菌 Ｒ1 分泌有机酸作用
随着菌株 Ｒ1 在 SMS 培养液中生长繁殖，其代
谢产物中的苹果酸浓度呈先升高后降低再升高的趋
势，在培养 96 h 达到最大值 0. 46 mmol·L －1;琥珀
酸浓度也呈先升高后降低再升高的变化趋势，培养
36 h高达 5. 97 mmol·L －1;在最初培养的 24 h，代
谢产物中检测到乙酸;只有在第 36 h 检测到柠檬
酸，浓度为 0. 44 mmol·L －1;草酸浓度先升高后下
降，在 72 h达到最大值 0. 51 mmol·L －1。5 种有机
酸的总含量也呈现先升高后下降再升高的变化趋
势，在 24 h达到最大值 5. 74 mmol·L －1。
CK1:接种菌株 Ｒ1 的 SMS 培养液;CK2:未接种的含 ZnO 的 SMS 培
养液;Zn:接种菌株 Ｒ1 的含 ZnO的 SMS培养液。
图 1 菌株 Ｒ1在 SMS或含 ZnO的 SMS培养液中的生长曲线
(a)、培养液的 pH值(b)和 Zn2 +浓度(c)的变化
Fig. 1 Change of growth curve (a) ，pH (b)and Zn2 +
concentration (c)of strain Ｒ1 in the SMS culture
medium with or without ZnO addition
与 SMS培养液相比(CK1) ，ZnO 促进菌株 Ｒ1
分泌苹果酸、乙酸、柠檬酸和草酸，其含量分别在培
养的第 48、15、72 和 72 小时达到最大值分别为:
2. 40、6. 69、2. 00 和 0. 61 mmol·L －1，苹果酸、乙酸
和草酸分别比同期内 CK1 增加 17. 38 倍，22. 38 倍
和 0. 19 倍，柠檬酸比同期内 CK1 增加 2. 00 mmol·
L －1，但琥珀酸含量与 CK1 之间差异不显著(图 3)。
然而，CdO促进 Ｒ1 菌株分泌更多的苹果酸，其含量
于第 36 小时达到最大值 3. 41 mmol·L －1，是同期
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第 9 期 邓平香等:产酸内生菌荧光假单胞菌 Ｒ1 对东南景天生长和吸收、积累土壤中重金属锌镉的影响
CK1:接种菌株 Ｒ1 的 SMS培养液;CK2:未接种的含 CdO的 SMS培
养液;Cd:含 CdO的 SMS培养液中接种菌株 Ｒ1。
图 2 菌株 Ｒ1在 SMS或含 CdO的 SMS培养液中的生长曲线
(a)、其培养液的 pH值(b)和 Cd2 +浓度(c)的变化
(平均值 ±标准偏差，n = 4)
Fig. 2 Change of growth curve (a)，pH (b)and Cd2 +
concentration (c)of strain Ｒ1 in the SMS culture medium
with or without CdO addition (mean ± SD，n = 4)
内 CK1 的 11. 23 倍。从图 3 还可知，培养液中添加
ZnO或 CdO，菌株 Ｒ1 分泌的有机酸总量也显著增
加，分别在培养的第 72 小时和第 96 小时达到最大
值 9. 19 mmol·L －1和 5. 95 mmol·L －1，是同期内
CK1 处理的 2. 14 倍和 1. 20 倍。
相关性分析发现，培养液中的 Zn2 +浓度与琥珀
酸浓度(r = 0. 838，P = 0. 000)、柠檬酸浓度(r =
0. 696，P = 0. 008)呈极显著正相关，Zn2 +浓度也分
别与苹果酸(r = 0. 625)、草酸(r = 0. 396)浓度呈正
相关，但没有达到显著水平。培养液中的 Cd2 +浓度
分别与柠檬酸浓度(r = 0. 717)、苹果酸(r = 0. 488)、
草酸浓度(r = 0. 425)、琥珀酸浓度(r = 0. 313)呈一
定的正相关。
2. 4 菌株 Ｒ1 对东南景天生长和吸收锌镉的影响
2. 4. 1 东南景天的生物量
土壤灭菌处理、Zn 或 Cd 污染水平和接种菌株
Ｒ1 均影响东南景天根系和地上部的生物量(图 4)。
土壤灭菌处理后更有利于东南景天的生长，生长
在灭菌土壤上的东南景天根系和地上部的干物质
质量分别是未灭菌土壤的 1. 44 ～ 2. 2 倍和 2. 3 ～
2. 9 倍(图 4)。同时，土壤中添加 ZnO显著促进东
南景天生长，其根系和地上部的干物质质量分别
是未污染土壤的 1. 3 ～ 1. 6 和 1. 4 ～ 1. 5 倍;土壤
添加 CdO对东南景天根系生物量影响不显著，地
上部干质量略微增加(图 4)。其原因在于东南景
天是一种 Zn /Cd超累积植物，其对 Zn 的需求高于
一般植物［15］。
在所有的土壤上，接种菌株 Ｒ1 均对东南景天
根系和地上部的生长有一定的促进作用。例如，在
未灭菌 ZnO土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景天根系
和地上部的干物质质量分别增加 15. 56% 和
9. 74%;在灭菌 ZnO土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景
天地上部的干物质质量增加 9. 56%;在未灭菌 CdO
土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景天根系和地上部的
干物质质量分别增加 30. 30% 和 6. 15%;在灭菌
CdO土壤上，接种菌株 Ｒ1 使东南景天根系和地上
部的干物质质量分别增加 5. 08%和 8. 82%(图 4)。
然而，只有在灭菌的未污染土壤上，接种菌株 Ｒ1 对
促进地上部生长的效果才达到显著水平。
2. 4. 2 东南景天根系、地上部锌含量和地上部对
Zn的积累量
土壤灭菌后，东南景天根系和地上部 Zn含量降
低，分别比未灭菌土壤降低 17. 6% ～ 69. 5% 和
18. 2% ～68. 0%;但由于土壤灭菌处理使东南景天
的地上部生物量显著增加，因此地上部 Zn 积累量明
显增加，比未灭菌土壤增加 18. 8% ～201. 8%(图 5)。
由图 5 可知，土壤接种菌株 Ｒ1 对东南景天吸
收和转运土壤 Zn 有一定的促进作用。与不接种处
理相比，菌株 Ｒ1 接种到未灭菌 ZnO土壤后，东南景
天根系 Zn含量增加 22. 08%，地上部对 Zn 的总积
累量增加 29. 84%;菌株 Ｒ1 接种到灭菌 ZnO 土壤
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环 境 工 程 学 报 第 10 卷
CK1:SMS培养液中接种 Ｒ1 菌株但不添加化合物;ZnO:SMS 培养液中加入 0. 1% ZnO，同时接种 Ｒ1 菌株;CdO:SMS 培养液中加入
0. 01% Cd(CdO) ，同时接种 Ｒ1 菌株。
图 3 不同处理 SMS液体培养基中 Ｒ1 菌株分泌苹果酸浓度(a)、琥珀酸浓度(b)、乙酸浓度(c)、柠檬酸浓度(d)、
草酸浓度(e)和 5 种有机酸的总浓度(f) (平均值 ±标准偏差，n = 4)
Fig. 3 Concentration of malic acid(a) ，succinic acid(b) ，acetic acid(c) ，citric acid(d) ，oxalic acid(e)and total
organic acids(f)secreted by strain Ｒ1 in SMS culture medium with different treatment(mean ± SD，n = 4)
中，东南景天根系 Zn 含量增加 16. 64%，地上部 Zn
含量增加 7. 67%，地上部对 Zn 的总积累量增加
8. 97%(图 5)。
2. 4. 3 东南景天根系、地上部镉含量和地上部对
Cd的积累量
土壤灭菌后，东南景天根系和地上部 Cd 含量
降低，分别比未灭菌土壤降低 25. 00% ～ 45. 45%和
40. 40% ～66. 67%;但由于地上部的生物量增加，地
上部 Cd 积累量明显增加，比未灭菌土壤增加
16. 67% ～79. 59%。
接种菌株 Ｒ1 促进东南景天对土壤 Cd 的吸收
和向地上部转运(图 6)。与未接菌处理相比，菌株
Ｒ1 接种到未灭菌 CdO土壤中，东南景天根系 Cd 含
量增加 21. 87%，东南景天地上部对 Cd 的总积累量
增加 27. 21%;菌株 Ｒ1 接种到灭菌 CdO 土壤中，东
南景天根系 Cd含量增加 12. 5%，地上部 Cd 含量增
加 57. 63%，东南景天地上部对 Cd 的总积累量增
加 26. 14%。
2. 4. 4 东南景天根际土壤 pH值和有效锌、镉含量
土壤灭菌和接种菌株 Ｒ1 对土壤 pH 值没有显
0525
第 9 期 邓平香等:产酸内生菌荧光假单胞菌 Ｒ1 对东南景天生长和吸收、积累土壤中重金属锌镉的影响
注:对同一种土壤的不接种和接种菌株 Ｒ1 之间进行 t检验分析:* 表示 P ＜ 0. 05;＊＊表示 P ＜ 0. 01;ns表示不显著，下同。
图 4 不同处理下东南景天根系(a)和地上部的干质量(b)(平均值 ±标准偏差，n = 4)
Fig. 4 Ｒoot (a)and shoot(b)dry biomass of Sedum alfredii under different treatments (mean ± SD，n = 4)
图 5 东南景天根系(a)、地上部 Zn含量(b)和地上部 Zn
累积量(c) (平均值 ±标准偏差，n = 4)
Fig. 5 Ｒoot (a)and shoot Zn concentration of
Sedum alfredii (b)and the total accumulation Zn
in shoot (c)(mean ± SD，n = 4)
著影响，但添加 ZnO 后，土壤 pH 值显著增加(图 7
(a))。与未灭菌处理比较，土壤灭菌处理显著增加
图 6 东南景天根系(a)、地上部镉含量 (b)和地上部 Cd
累积量(c) (平均值 ±标准偏差，n = 4)
Fig. 6 Ｒoot(a)and shoot Cd concentration of S. alfredii (b)
and the total accumulation Cd in shoot (c)
(mean ± SD，n = 4)
了 ZnO污染土壤和 CdO污染土壤中的有效 Zn(图 7
(b) )和有效 Cd含量(图 7(c) )。同时，与未接种处
1525
环 境 工 程 学 报 第 10 卷
理比较，接种菌株 Ｒ1 使 ZnO 污染土壤和 CdO 污染
土壤中的有效 Zn和有效 Cd 含量有所增加，但差异
并不显著(图 7(b)，图 7(c))。
图 7 东南景天根际土壤 pH值(a)、有效 Zn(b)和有效
Cd含量(c) (平均值 ±标准偏差，n = 4)
Fig. 7 Effects of sterilization and bacterial inoculation
on soil pH，available Zn concentration (b)and available
Cd concentration in rhizosphere soil of Sedum alfredii(c)
(mean ± SD，n = 4)
3 讨 论
大量研究表明，重金属在土壤中的低生物有效
性是影响植物修复效率的重要因素之一［16］。植物
根际细菌和内生细菌可以产生有机酸，降低土壤
pH，有机酸还可以与重金属发生螯合反应，从而提
高土壤重金属生物有效性和促进植物对重金属的吸
收［16-17］。SAＲAVANAN 等［18］报道，菌株 Gluconace-
tobacter diazotrophicus分泌的葡萄酸促进了 ZnO、Zn-
CO3 和 Zn3(PO4)2 的溶解。LI等
［19］研究发现，东南
景天根际细菌 Burkholderia cepacia 产生了大量甲
酸、乙酸、酒石酸、琥珀酸和草酸，并能有效溶解
ZnO、ZnCO3 和 CdCO3。SHIＲVANI 等
［20］认为，许多
种类的低分子量有机酸均能影响土壤固相结合 Cd
的释放，形成镉-低分子有机酸 (Cd-LMWOA)复合
物，增加土壤中 Cd的溶解性。BUCKWAＲD等［21］研
究表明，柠檬酸比甲酸、琥珀酸和草酸更能显著地促
进金属尾矿中的固态 Zn的释放。本研究发现，内生
菌 Ｒ1 具有较强地分泌乙酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果
酸、草酸的能力，且 ZnO能够促进菌株 Ｒ1 分泌苹果
酸、乙酸、柠檬酸和草酸，CdO 能够促进菌株 Ｒ1 分
泌苹果酸(图 3)，从而导致培养基 pH 下降(图 1
(b) ，图 2(b))、ZnO 和 CdO 的溶解(图 1(c) ，图 2
(c))。ZnO污染土壤和 CdO 污染土壤中接种菌株
Ｒ1 后，土壤中的有效 Zn含量和有效 Cd含量有所增
加，但与未接种土壤之间的差异并不显著(图 7
(c))。其原因可能有以下 3 个方面:一是受到土壤
环境的影响，菌株 Ｒ1 在土壤中的生长代谢活动远
远低于其在培养液中的生长代谢，因而其对土壤中
ZnO 和 CdO 的溶解作用有限。刘莉华等［22］也发
现，接种内生菌对土壤镉的活化效果有限。二是土
壤中含有丰富的有机质和粘土矿物，它们对重金属
Zn、Cd有较强的吸附和螯合作用。当 ZnO 和 CdO
被菌株 Ｒ1 溶解后，进入土壤溶液中的游离 Zn2 +、
Cd2 +来不及被植物根系吸收就被土壤所吸附或螯
合。三是本研究测定的是收获东南景天后的土壤中
有效 Zn、Cd含量，虽然菌株 Ｒ1 的代谢作用能促进
ZnO和 CdO的溶解，但由于东南景天吸收和积累的
Zn、Cd增加了，导致测定的土壤有效 Zn、Cd 含量并
没有显著增加。从图 5 和图 6 可知，接种 Ｒ1 菌株
后，东南景天根系和地上部的 Zn、Cd 含量和总积累
增加。
近年来，研究者陆续从超累积植物中分离和纯
化出具有重金属抗性的、促植物生长的内生细菌，接
种这些特殊功能内生菌能促进植物生长和对重金属
的吸收积累［5-9］。研究者认为，促植物生长内生菌
可通过固氮作用，溶磷作用，产吲哚乙酸(IAA)、铁
载体和 1-氨基环丙烷-1-羧酸乙酯(ACC)脱氨酶等
机制改善植物营养和促进植物生长［5-6］。菌株 Ｒ1
不仅具有很强的锌、镉抗性水平，而且能分泌 IAA、
产高铁载体和溶磷特征。盆栽研究发现(图 4) ，在
所有的土壤上，菌株 Ｒ1 对东南景天根系和地上部
的生长有一定的促进作用，但只有在未污染土壤上，
东南景天地上部的生物量与未接种之间的差异才达
到显著水平。研究者［23］指出，促生细菌对植物生长
的促进作用在不利环境环境条件下(如营养缺乏、
有毒物质存在)才能表现出来。从本研究来看，东
南景天在未接种菌株 Ｒ1 的土壤上均能正常生长，
植物没有表现出任何营养不良或中毒症状，且其生
2525
第 9 期 邓平香等:产酸内生菌荧光假单胞菌 Ｒ1 对东南景天生长和吸收、积累土壤中重金属锌镉的影响
物量在 ZnO污染土壤上最大。WAN 等［24］也发现，
在 Cd胁迫的条件下，接种促生内生菌 Serratia nem-
atodiphila LＲE07 才对 Cd 超积累植物 Solanum nig-
rum L．的生长有显著促进作用。因此，今后可以研
究在营养贫瘠土壤(如金属尾矿)或者土壤中重金
属 Zn、Cd含量超过其最大忍耐浓度的土壤，接种菌
株 Ｒ1 对东南景天生长和吸收重金属的影响情况。
研究还发现，土壤灭菌处理后更有利于东南景
天的生长，其根系和地上部的生物量显著增加(图
4)。其原因可能是:1)土壤中存在大量的土著微生
物，灭菌处理可以消除土壤中的病原微生物［25］。东
南景天以无性繁殖为主，在盆栽和大田实验中均采
用扦插苗。然而，我们多年的研究发现，在扦插移栽
过程中，东南景天的茎基部和根系容易腐坏，尤其在
高温季节。2)土壤灭菌处理会改变土壤的化学性
质，促进土壤中缓效养分的释放［26-27］。例如，ABOU-
SHANAB等［28］报道，土壤灭菌处理显著增加了土壤
中可提取态 Fe、Mn、Co 含量。本研究也发现，土壤
灭菌处理后，土壤中可提取态 Zn、Cd 含量显著增加
(图 7(b) ，图 7(c))。东南景天是一种 Zn /Cd 超积
累植物，生长介质中适当的高浓度 Zn、Cd 可以促进
其生长［14］，因此土壤灭菌增加了土壤中有效锌、镉
浓度可能是一个重要因素。
4 结 论
1)从东南景天根系分离的内生菌荧光假单胞
菌(Pseudomonas fluorescens)Ｒ1 在生长代谢过程中
分泌苹果酸、琥珀酸、乙酸、柠檬酸、草酸等有机酸是
导致 ZnO和 CdO溶解的主要原因，且反应体系中增
加 ZnO和 CdO能够提高有机酸的分泌量，加速 ZnO
和 CdO的溶解。
2)盆栽实验发现接种菌株 Ｒ1 可以促进东南景
天生长及对重金属 Zn和 Cd的吸收。
3)土壤灭菌处理可以促进东南景天的生长。
参 考 文 献
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