全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员员期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
土壤大孔隙流研究现状与发展趋势 高朝侠袁徐学选袁赵娇娜袁等 渊圆愿园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
能源基地生态修复
我国大型煤炭基地建设的生态恢复技术研究综述 吴摇 钢袁魏摇 东袁周政达袁等 渊圆愿员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
国家大型煤电基地生态环境监测技术体系研究要要要以内蒙古锡林郭勒盟煤电基地为例
魏摇 东袁全摇 元袁王辰星袁等 渊圆愿圆员冤
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基于 阅孕杂陨砸模型的国家大型煤电基地生态效应评估指标体系 周政达袁王辰星袁付摇 晓袁等 渊圆愿猿园冤噎噎噎噎
西部干旱区煤炭开采环境影响研究 雷少刚袁卞正富 渊圆愿猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
露天煤矿区生态风险受体分析要要要以内蒙古平庄西露天煤矿为例 高摇 雅袁陆兆华袁魏振宽袁等 渊圆愿源源冤噎噎噎
草原区矿产开发对景观格局和初级生产力的影响要要要以黑岱沟露天煤矿为例
康萨如拉袁牛建明袁张摇 庆袁等 渊圆愿缘缘冤
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三七对土壤中镉尧铬尧铜尧铅的累积特征及健康风险评价 林龙勇袁阎秀兰袁廖晓勇袁等 渊圆愿远愿冤噎噎噎噎噎噎噎
某焦化场地土壤中多环芳烃分布的三维空间插值研究 刘摇 庚袁毕如田袁权摇 腾袁等 渊圆愿苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
杉木人工混交林对土壤铝毒害的缓解作用 雷摇 波袁刘 摇 彬袁罗承德袁等 渊圆愿愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 啄员缘晕稳定同位素分析的人工防护林大型土壤动物营养级研究 张淑花袁张雪萍 渊圆愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎
铅镉抗性菌株 允月员员强化植物对污染土壤中铅镉的吸收 金忠民袁沙摇 伟袁刘丽杰袁等 渊圆怨园园冤噎噎噎噎噎噎噎
陕北地区石油污染土壤中不动杆菌属的筛选尧鉴定及降解性能 王摇 虎袁吴玲玲袁周立辉袁等 渊圆怨园苑冤噎噎噎噎
祁连山高山植物根际土放线菌生物多样性 马爱爱袁徐世健袁敏玉霞袁等 渊圆怨员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆沙冬青 粤酝和 阅杂耘真菌的空间分布 姜摇 桥袁贺学礼袁陈伟燕袁等 渊圆怨圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
聚糠萘水剂对不同积温带玉米花后叶片氮同化的影响 高摇 娇袁董志强袁徐田军袁等 渊圆怨猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
内蒙古河套灌区玉米与向日葵霜冻的关键温度 王海梅袁侯摇 琼袁云文丽袁等 渊圆怨源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
四种类型栓皮栎栲胶含量 尹艺凝袁张文辉袁何景峰袁等 渊圆怨缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
食物胁迫对翅二型丽斗蟋飞行肌和繁殖发育的影响 吴红军袁赵吕权袁曾摇 杨袁等 渊圆怨远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
颜色对梨小食心虫产卵选择性的影响 杨小凡袁马春森袁范摇 凡袁等 渊圆怨苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
缓释单萜类挥发物对落叶松毛虫行为及落叶松主要防御蛋白的影响 林摇 健袁刘文波袁孟昭军袁等 渊圆怨苑愿冤噎噎
种群尧群落和生态系统
黄土丘陵沟壑区不同植被恢复格局下土壤微生物群落结构 胡婵娟 袁郭摇 雷 袁刘国华 渊圆怨愿远冤噎噎噎噎噎噎
刺参池塘底质微生物群落功能多样性的季节变化 闫法军袁田相利袁董双林袁等 渊圆怨怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 阅郧郧耘技术的茯砖茶发花过程细菌群变化分析 刘石泉袁胡治远袁赵运林 渊猿园园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国区域间隐含碳排放转移 刘红光袁范晓梅 渊猿园员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南地区退耕还林工程主要林分 缘园年碳汇潜力 姚摇 平袁 陈先刚袁周永锋袁等 渊猿园圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
青海湖流域草地植被动态变化趋势下的物候时空特征 李广泳袁李小雁袁赵国琴袁等 渊猿园猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
黑龙江省温带森林火灾碳排放的计量估算 魏书精袁罗碧珍袁孙摇 龙袁等 渊猿园源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡库区森林植被气候生产力模拟 潘摇 磊袁肖文发袁唐万鹏袁等 渊猿园远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡水库支流拟多甲藻水华的形成机制 朱爱民袁李嗣新袁胡摇 俊袁等 渊猿园苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
流域库坝工程开发的生物多样性敏感度分区 李亦秋袁鲁春霞袁邓摇 欧袁等 渊猿园愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
基于集对分析的京津冀区域可持续发展协调能力评价 檀菲菲袁张摇 萌袁李浩然袁等 渊猿园怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
江西省自然保护区发展布局空缺分析 黄志强袁陆摇 林袁 戴年华袁等 渊猿园怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖生态经济区生态经济指数评价 黄和平袁彭小琳 袁孔凡斌袁等 渊猿员园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于有害干扰的中国省域森林生态安全评价 刘心竹袁米摇 锋袁张摇 爽袁等 渊猿员员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿圆愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿缘鄢圆园员源鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 三峡库区森林植被要要要三峡地区属亚热带区域袁山高坡陡尧地形复杂尧物种丰富袁森林是其最重要的自然资源之一袁
其面积占到库区总面积的 猿苑豫左右袁库区内现有森林可初步分为 圆 个植被型组袁愿 个植被型袁员愿 个群系组袁源源 个群
系袁员园圆个群丛袁主要树种有马尾松尧杉树尧柏树等袁低海拔处多为落叶阔叶林尧常绿阔叶林袁较高海拔分布有针阔混交
林尧针叶混交林尧灌木林等袁人工林主要有经济林尧竹林等遥 对三峡库区森林气候生产力进行模拟袁分析库区森林植
被的生产力并进行预测袁可以为三峡库区的生态建设决策提供科学依据遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 11 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.11
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(C201240)
收稿日期:2013鄄02鄄20; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄07
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: yjzm6768@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201302200282
金忠民,沙伟,刘丽杰,潘林,莫继先,郝宇.铅镉抗性菌株 JB11强化植物对污染土壤中铅镉的吸收.生态学报,2014,34(11):2900鄄2906.
Jin Z M, Sha W, Liu L J, Pan L,Mo J X,Hao Y. Lead鄄 and cadmium鄄resistant bacterial strain JB11 enhances lead and cadmium uptake in the
phytoremediation of soils.Acta Ecologica Sinica,2014,34(11):2900鄄2906.
铅镉抗性菌株 JB11强化植物对污染土壤中
铅镉的吸收
金忠民*,沙摇 伟,刘丽杰,潘摇 林,莫继先,郝摇 宇
(齐齐哈尔大学生命科学与农林学院, 齐齐哈尔摇 161006)
摘要:研究了铅、镉抗性菌株 (JB11)和生物降解螯合剂乙二胺二琥珀酸(S,S)鄄EDDS)提高高羊茅和红三叶草吸收土壤中铅、镉
的能力。 从土壤样品中筛选出 1株对 Cd、Pb具有较强抗性的菌株 JB11,经鉴定为成团泛菌属(Pantoea agglomerans)。 JB11 对
Pb2+、Cd2+、Cr6+、Cu2+、Zn2+、Ni2+等多种重金属和卡那霉素、氨苄青霉素、链霉素、四环素等抗生素具有抗性, 在温度 15—35 益和
pH 为 5.0—9.0范围内生长良好,最适生长温度为 30 益,最适 pH值为 7.0左右,在低于 3%的 NaCl浓度下生长良好。 盆栽试
验研究了菌株 JB11、EDDS 及 1 / 2EDDS+JB11 3 种处理下对生长在 Cd 100 mg / kg 、Cd 200 mg / kg 、Pb 500 mg / kg 和 Pb 1000
mg / kg的土壤中的高羊茅和红三叶生长及从土壤富集 Cd、Pb能力的影响。 结果表明,外加 JB11能使高羊茅和红三叶的干重分
别比对照都有增加。 除外加 JB11后在经 Pb 1000 mg / kg处理的土壤中高羊茅地上部的 Pb浓度、经 Cd 200 mg / kg处理的土壤
中红三叶地上部的 Cd浓度以及经 Cd 100 mg / kg处理的土壤中高羊茅和红三叶根部的 Cd浓度以外,外加 JB11 后对其他重金
属处理植物中 Pb和 Cd的含量都显著增加。 外加 EDDS后除在经 Pb 500 mg / kg的土壤中高羊茅根部的 Pb浓度增加差异不显
著,对其余重金属处理都可产生显著的影响 (P<0.05)。 1 / 2EDDS+JB11 的复合处理下植物重金属吸收量多数高于 JB11 和
EDDS单独处理,JB11用于植物修复土壤 Pb和 Cd污染具有很大的潜力。
关键词:铅镉抗性菌株;植物修复;乙二胺二琥珀酸(EDDS)
Lead鄄 and cadmium鄄resistant bacterial strain JB11 enhances lead and cadmium
uptake in the phytoremediation of soils
JIN Zhongmin*, SHA Wei, LIU Lijie,PAN Lin,MO Jixian,HAO Yu
(College of Agriculture, Forestry and Life Science, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)
Abstract: We investigated the abilities of a Pb鄄 and Cd鄄resistant bacterial strain ( JB11) and the biodegradable chelator
ethylenediamine dissociate ([S,S]鄄EDDS) to improve the absorption of Pb and Cd from soil by tall fescue and red clover.
JB11 was isolated from contaminated soil samples and analyzed for Pb鄄 and Cd鄄resistance. JB11 was identified as Pantoea
agglomerans. Studies of the biological characteristics of JB11 showed that it is generally resistant to heavy metals, including
Cd2+, Cr6+, Cu2+, Ni2+, Pb2+, and Zn2+ and that it is also resistant to antibiotics, such as ampicillin, kanamycin,
streptomycin, and tetracycline. Strain JB11 grows well at temperatures between 15 and 35 毅C, pH values of 5.0—9.0, and
NaCl concentrations below 3%. The optimum temperature for JB11 is 30 毅C and the ideal pH value is approximately 7.0.
Tall fescue and red clover were grown in pots with soil containing Cd at 100 mg / kg, Cd at 200 mg / kg, Pb at 500 mg / kg,
or Pb at 1000 mg / kg, to which were added JB11, EDDS, a combination of JB11 and EDDS, or water. Pot experiments
were performed to study the effects of JB11 and EDDS on the abilities of tall fescue and red clover to take up Cd and Pb
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from the soil and on their growth. The amounts of biomass produced by tall fescue and red clover were significantly higher in
the JB11 treatments than in the untreated control plants. The Pb and Cd concentrations were significantly higher (P<0.05)
in the JB11鄄treated plants than in the control plants, with the exception of the Pb concentration in the above鄄ground parts of
tall fescue growing in soil containing Pb at 1000 mg / kg, the Cd concentration in the above鄄ground parts of red clover
growing in soil containing Cd at 200 mg / kg, and the Cd concentrations in tall fescue and red clover roots in soil containing
Cd at 100 mg / kg. The Pb and Cd concentrations were significantly higher (P<0.05) in the EDDS鄄treated plants than in the
control plants, with the exception of the Pb concentrations in the tall fescue roots in soils containing Pb at 500 mg / kg. The
Pb and Cd concentrations in the tall fescue and red clover increased in response to the combined EDDS and JB11 treatment.
The amounts of Pb and Cd absorbed by the plants were higher in most of the combined (1颐1) EDDS鄄 and JB11鄄treated
plants than in the plants treated with only EDDS or only JB11. JB11 is Pb鄄 and Cd鄄resistant, and its application to the soil
improved the net uptake of Pb and Cd from the soil by the experimental plants. There is, therefore, great potential for viable
phytoremediation using JB11.
Key Words: lead鄄 and cadmium鄄resistant bacterial strain; phytoremediation; [S,S]鄄EDDS(EDDS)
摇 摇 随着人口的快速增长、工业的迅速发展、农药与
化肥的大量施用,大量的重金属污染物进入土壤环
境,致使世界各国土壤出现不同程度的重金属污
染[1]。 重金属污染不仅导致土壤退化、农作物产量
和品质降低,影响大气和水环境质量,而且可能通过
直接接触、食物链传递等途径危及人类的健康和生
命。 据统计,我国受 Cd、As、Pb等重金属污染的耕地
面积近 2000万 hm2,约占总耕地面积的 1 / 5[2]。 Cd
是对人、动植物毒性大的一种重金属元素,也是一种
常见的重金属污染元素[3],Cd 可在人体内长期积
累,对肾、肺、肝、脑、骨骼和血液产生一系列损伤。
我国 Cd污染农田面积已达 1.33万 hm2,污灌区生产
的大米中 Cd含量严重超标,每年因重金属污染导致
的粮食减产超过 1000 万 t,被重金属污染的粮食多
达 1200万 t,合计经济损失至少 200 亿元[4]。 Pb 是
一种积累性毒物,逐渐严重的慢性中毒,能够引发视
力障碍、耳鸣、头疼等情况。
在我国耕地资源日益紧张的今天,安全有效地
修复重金属污染土壤已成为紧迫任务,有关生物修
复技术的研究引起众多研究者的关注[4]。 生物修复
技术主要包括植物修复和微生物修复技术。 重金属
污染土壤的植物修复技术是一种新兴的绿色生物技
术,已经成为了土壤污染整治的重要手段之一,亦是
目前仅见的一种土壤污染治理的环境友好技术[5]。
植物修复会受到植物生长速度和生物量的限制,还
会受到污染物浓度、土壤类型、温度、湿度、营养等环
境条件制约[5],限制了它的大规模应用。 土壤污染
的微生物修复是利用对有毒重金属离子有抗性的微
生物来改变和转化金属离子形态。 它的局限性是微
生物去除不彻底,修复效果受环境影响较大,可能与
土著菌株竞争或难以适应环境,和植物修复一样修
复周期也相对较长[6]。
红三叶(Trifolium pratense)为豆科多年生草本,
对 Zn有较强的耐性和一定的富集能力,Li等[7]研究
红三叶可在 Zn浓度为 1000 mg / kg 的土壤上正常生
长,地上部和根部可富集 Zn1266 和 629 mg / kg。 高
羊茅(Festuca arundinacea)为禾本科多年生草本,由
于其快速生长且可耐高浓度的 Zn、Pb 可用于修复
Zn、Pb污染土壤。 Begonia 等[8]研究高羊茅在土壤
Pb浓度为 1000 mg / kg并添加醋酸和 EDTA时,生长
未受抑制,地上部和根部 Pb 浓度分别达到 4500 和
1500 mg / kg。
[S,S]鄄EDDS (简称 EDDS),乙二胺二琥珀酸,
是一种低毒且易生物降解的螯合剂[9],螯合能力较
强,能够与过渡金属及放射性核素形成稳固的螯合
体[10],对土壤中的微生物和真菌的影响都比较小。
在各种环境介质中完全降解只需 5—8 d[11]。
本研究从采自齐齐哈尔嫩江葫芦头排污口的土
壤中筛选出对重金属 Cd、Pb 具有较强抗性的菌株,
研究其活化效能、环境影响因素等,并通过盆栽试验
研究菌株、EDDS 和 EDDS /菌株对高羊茅和红三叶
从污染土壤中吸收、积累铅镉的影响,比较 3 种处理
促进植物富集铅镉的能力,以寻找更加高效经济的
修复措施,以期对重金属污染土壤的可持续治理提
1092摇 11期 摇 摇 摇 金忠民摇 等:铅镉抗性菌株 JB11强化植物对污染土壤中铅镉的吸收 摇
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供科学借鉴。
1摇 材料与方法
1.1摇 材料
1.1.1摇 培养基
为低磷有氮培养基: 蔗糖 10 g,(NH4) 2SO4 1 g,
K2HPO4 0.5 g, MgSO4·7H2O 0.5 g,NaCl 0.1 g,酵母
粉 0.5 g,CaCO3 0.5 g,琼脂 20 g,蒸馏水 1000 mL,
pH=7.0,121 益下湿热灭菌 30 min。 将 Pb(NO3) 2、
3CdSO4·8H2O 配成 10 g / L 的溶液,单独灭菌,然后
与低磷有氮培养基混合倒平板。
1.1.2摇 供试土壤和植物
筛选抗性菌株土壤取自齐齐哈尔嫩江葫芦头重
金属污染区,土壤风干后过 100 目筛,测定理化性
质,pH 值 5.87依0.29,有机质含量(15.11依0.72) g /
kg,全氮含量(0. 31 依 0. 01) g / kg,全磷含量(1. 73 依
0郾 08) g / kg,全钾含量(8.09依0.39) g / kg,速效钾含
量(179.2依8.91) g / kg,电导率 EC 1.95依0.09,全铅含
量(37.7依1.53)mg / kg,全镉含量(0.28依0.02)mg / kg。
种植植物土壤取自齐齐哈尔大学农园,测定理
化性质,pH值 6.91依0.41,有机质含量(16.12依0.9)
g / kg,全氮含量(0.54依0.02) g / kg,全磷含量(1.83依
0.32) g / kg,全钾含量(8.81依0.51) g / kg,速效钾含量
(19.8依0.78) g / kg,电导率 EC 2.05依0.21,全铅含量
(11.7依1.05)mg / kg,全镉含量(0.06依0.01) mg / kg。
高羊茅和红三叶种子购自北京种子公司。
1.2摇 菌株筛选及培养
取土样 5 g至装有 45 mL 无菌水并带有玻璃珠
的三角瓶中,放置于 28 益摇床内振荡 30 min。 然后
取样做梯度稀释,稀释浓度为 10-3、10-4、10-5,分别
吸取不同浓度土壤溶液 100 滋L 涂布于含 50 mg / L
Cd2+和 200 mg / L Pb2+的低磷有氮固体培养基平板
上,置于 30 益培养箱中培养 48 h 后,在平板上挑取
分离较好、生长丰满的细菌单菌落,转入逐步提高
Pb2+和 Cd2+浓度的培养基上,从中筛选出 Cd2+和
Pb2+的抗性菌株。 选取在含 Pb2+浓度为 1200 mg / L
和 Cd2+浓度为 300 mg / L的平板上生长较快、较好的
菌株进行纯化培养。
1.3摇 抗性菌株 16S rDNA的 PCR扩增和序列测定
液体培养 16 h,以 1%的接种量接入培养基中,
同时设接入 1%去离子水的液体培养基作为对照。
30 益下摇床培养 48 h 后,培养液在 10000 r / min 条
件下离心 10 min, 用电感耦合等离子体质谱法
(ICP鄄)测定重金属浓度。 选出一株对不溶性重金属
溶解能力最强的菌株作为以下试验的材料。 对菌株
进行菌落和菌体形态观察、生理生化试验、16S rDNA
序列同源性比对分析,以确定其分类地位。 菌株形
态及生理生化特性测定参照东秀珠等[12]的方法。
提取菌株的总 DNA,利用细菌 16S rDNA 通用引物 F
(5忆鄄3忆):AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG;R(5忆—
3忆):TAC GGY TAC CTT GTT ACG ACT T 进行 PCR
扩增。 PCR反应体系为 50 L,所用程序为:预变性:
94 益,10 min; 变性:94 益,l min;退火:51 益,1 min;
延伸:72 益,1 min,共 30 个循环,最后 72 益延伸 10
min,4 益保存。 PCR产物由哈尔滨奥拓生物技术有
限公司测序,测序结果在 GenBank 中与相关序列进
行同源性比对。 NCBI 网站上用 Blast 进行核苷酸同
源性比较,初步鉴定其种属。
1.4摇 菌株的生物学特性
菌株对重金属和抗生素的抗性试验,将菌株划
线接种于含不同浓度重金属 (Pb2+、Cd2+、Cr6+、Cu2+、
Zn2+、Ni2+)和不同浓度抗生素 (卡那霉素、氨苄青霉
素、链霉素、四环素)的培养基上,30 益下培养 48 h,
转接 2 次,观察其能否生长及生长情况。 环境条件
对菌株 JB11的影响,将供试菌株 30 益活化 16 h,以
5%的接种量接入有氮培养液中,温度分别设置为
20、30和 40 益,pH 值分别设置为 3、5、6、7、8、9 和
10,NaCl浓度为 1.0%、2.0%、3.0%和 4.0%,培养 18
h,使用 751 分光光度计测定各菌悬液的 OD600
nm 值。
1.5摇 菌株对高羊茅和红三叶富集铅镉的影响
种子在播种前浸种 12 h,经 2% 次氯酸钠表面
消毒后播种。 在 500 mL 塑料花盆中分别装入含 Cd
100mg / kg 、Cd 200 mg / kg 、Pb 500 mg / kg 和 Pb 1000
mg / kg的土样 400 g,每盆分别播入高羊茅和红三叶
种子 1—1.5 g,播种 30 d,待植株在重金属污染土壤
中生长良好后,在植物根部接入培养至对数生长期
的供试菌株,设以下 4种处理:接无菌水的空白对照
(CK) 、接无菌水洗的 1伊106cfu / g 菌液 (JB11) 、加
1.0 mmol / kg EDDS 、0.5 mmol / kg EDDS + 5伊105cfu /
g 菌液 (1 / 2 EDDS+JB11)各 20 mL。 播种 45d 后收
获,沿土面剪取植株地上部,洗出根系,105 益下杀青
2092 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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烘干 2 h,称地上部和根部的干重。 植物经 3HNO3 颐
2H2O2消解后用 ICP鄄测定测重金属离子浓度。 分别
采集不同处理的根际土,平板计数法分析土壤中抗
性细菌和总细菌的数量。
1.6摇 数据分析
所有试验均设 3个重复,所获数据利用 Excel和
SPSS 13.0软件进行统计分析及差异显著性检验。
2摇 结果与分析
2.1摇 菌株筛选与鉴定
对溶液中不溶性 Pb、Cd 的活化实验结果表明,
菌株 JB11在含 Pb浓度为 400 mg / L和含 Cd 浓度为
100 mg / L的培养基中良好生长,而且能活化沉淀态
Pb、Cd,使溶液中 Pb2+、Cd2+浓度增加,使培养液中的
Pb2+浓度达到 171.4 mg / L, Cd2+浓度达到 46.9 mg /
L,显著高于不接菌对照 ( Pb2+ 2. 08 mg / L 和 Cd2+
1郾 45 mg / L) (P<0.05)。 菌株 JB11在有氮培养基中
呈白色或淡黄色半透明圆形菌落,湿润,菌体杆状,
革兰氏染色阴性,甲基红反应阴性,V鄄P 反应阳性,
能氧化葡萄糖产酸,柠檬酸反应阳性,不水解淀粉,
明胶液化呈阴性,吲哚反应阴性;利用细菌 16SrDNA
通用引物进行 PCR扩增,得到长度约为 1500kb的扩
增产物,序列与 Pantoea agglomerans 有较高的同源
性 (99%)。 结合形态学、生理生化特性,初步鉴定
菌株 JB11 为成团泛菌 ( Pantoea agglomerans.),
Genbank登录号为 JX262490。
2.2摇 菌株 JB11的生物学特性
菌株 JB11对重金属和抗生素的抗性较普遍,能
在含 Pb2+1500 mg / L 、Cd2+200 mg / L 、Cu2+10 mg / L 、
Ni2+20 mg / L 、Zn2+300 mg / L 的低磷有氮培养基中良
好生长,对 Cr6+不具抗性。 菌株 JB11 在含卡那霉素
30 mg / L、氨苄青霉素 200 mg / L、四环素 20 mg / L、链
霉素 10 mg / L的有氮培养基中良好生长。
菌株 JB11在温度 12—38 益和 pH 值 为 5.0—
9.0范围内生长良好,最适生长温度为 30 益,最适
pH值为 7.0 左右,在低于 3%的 NaCl 浓度下生长
良好。
2.3摇 菌株 JB11、EDDS 及两者复合处理对高羊茅和
红三叶富集土壤中铅镉的影响
2.3.1摇 不同处理对高羊茅和红三叶生物量的影响
由图 1、图 2可知,接菌 JB11的盆栽中高羊茅和
红三叶生物量均高于其它处理。 含 Cd 100 mg / kg 、
Cd 200 mg / kg 、Pb 500 mg / kg 和 Pb 1000 mg / kg 的
土壤中接菌 JB11 后高羊茅地上部干重分别比对照
高 49.8%、35%、37.3%和 31.3%,根重分别比对照增
加 41.7%、18.6%、11.0%和 14.5%;红三叶地上部干
重分别比对照高 42.2%、27.5%、26.6%和 16.8%,根
重分别比对照增加 18.1%、26.2%、19.4%和 53.2%
(差异显著,P<0.05),可见,菌株 JB11对高羊茅和红
三叶的生长有较明显促进作用,可以缓解重金属对
植物的毒害作用。 EDDS 处理使 Cd、Pb 污染土壤中
供试植物的生物量也有不同程度的增加,但差异不
显著(P<0.05)。 EDDS 能够使土壤中重金属的溶解
度增加,促进重金属从根部向地上部运转,当部分金
属离子穿过细胞壁和细胞膜进入植物细胞后,能和
细胞质中的蛋白质等形成复杂的稳定螯合物,它们
能使重金属的毒性降低[13],从而增加植物生物量。
1 / 2 EDDS +JB11处理的植物干重介于接 JB11 和接
EDDS的处理之间。
图 1摇 不同处理对生长在不同浓度 Pb、Cd中的高羊茅和红三叶地上部干重的影响
Fig.1摇 Effect of different treatment on shoot (above鄄ground) dry weight of tall fescue and red clover grown in different concentrations of Cd
and Pb
3092摇 11期 摇 摇 摇 金忠民摇 等:铅镉抗性菌株 JB11强化植物对污染土壤中铅镉的吸收 摇
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图 2摇 不同处理对生长在不同浓度 Pb、Cd中的高羊茅和红三叶根部干重的影响
Fig.2摇 Effect of different treatment on root dry weight of tall fescue and red clover grown in different concentrations of Cd and Pb
2.3.2摇 不同处理对高羊茅和红三叶富集铅镉的影响
由表 1可知,外加 JB11 后高羊茅和红三叶在各
种污染土壤中地上部和根部积累的 Pb和 Cd含量都
增加,JB11可以促进高羊茅和红三叶对 Pb 和 Cd 的
积累,增幅较大的是在经 Cd 100 mg / kg 处理的土壤
中高羊茅和红三叶地上部 Cd 的含量分别增加
130郾 4%和 164.3%,在经 Cd 200 mg / kg 处理的土壤
中高羊茅地上部和红三叶根部 Cd 的含量分别增加
148郾 0%和 64.1%(P<0.05),土壤中有效 Cd 的含量
分别比对照增加 9.5%和 18.8%。 在经 Pb 1000 mg /
kg处理的土壤中高羊茅地上部的 Pb 浓度、经 Cd
200 mg / kg处理的土壤中高羊茅根部和红三叶地上
部的 Cd浓度增加不显著(P<0.05),可能与重金属
浓度较高有关,高浓度 Pb和 Cd处理使 JB11 的促高
羊茅和红三叶富集重金属的能力有所降低,土壤中
有效重金属含量和对照比增加幅度较小,与菌株活
化能力降低有关。 植物富集重金属能力降低也可能
是高浓度金属离子对根的伤害增大,影响根的活力
和吸附能力。 外加 EDDS 后在经 Pb 500 mg / kg 和
Cd 200 mg / kg处理的土壤中高羊茅根部的 Pb 浓度
增加差异不显著,其余处理差异显著 (P<0.05)。 加
EDDS能使高羊茅和红三叶地上部 Pb、Cd 含量大幅
度增加,可能是 EDDS 促进土壤固相中重金属的释
放,促进 Pb、Cd 由植物根部向地上部的转运[9],但
EDDS对植物根部 Pb、Cd 含量的影响不一,多数处
理都高于对照(P<0.05)。 多数外加 1 / 2EDDS+JB11
的土壤植物体内 Pb、Cd 含量介于加 JB11 和 EDDS
的处理之间,有的处理效果优于单独加 JB11 和
EDDS的效果,这可能是因为细菌分泌物使土壤酸
化,与 EDDS结合可以提高对重金属的吸收效率[14]。
表 1摇 不同处理对高羊茅和红三叶植株内 Pb、Cd含量的影响
Table 1摇 Effect of different treatment on the concentrations of Cd
and Pb in tall fescue and red clover
土壤重金属含量
Heavy Metal
concentrations
in soils /
(mg / kg)
摇 处理
摇 Treatment
高羊茅
Tall fescue /
(mg / kg)
地上部
Shoot
根
Root
红三叶
Red clover /
(mg / kg)
地上部
Shoot
根
Root
Pb500 对照 CK 29.6c 117.4b 26.4c 111.1c
菌株 JB11 42.3b 155.1a 43.4b 149.3b
乙二胺二琥珀酸 EDDS 39.1b 122.2b 69.1a 159.1b
1 / 2EDDS+JB11 58.1a 158.9a 71.3a 183.6a
Pb1000 CK 100.1b 269.9c 91.3c 229.5c
JB11 121.8b 300.3b112.6b 287.7b
EDDS 147.4a 318.1b193.8a 298.5b
1 / 2EDDS+JB11 161.5a 379.1a186.3a 312.1a
Cd 100 CK 16.1c 189.5b 11.2c 39.2b
JB11 37.1b 201.6b 29.6b 43.6b
EDDS 78.9a 300.6a 68.4a 53.5a
1 / 2EDDS+JB11 42.3b 291.7a 62.2b 55.3a
Cd 200 CK 35.2c 330.0a 17.1b 66.6b
JB11 87.3b 348.2a 23.5b 109.3a
EDDS 126.8a 312.1a 45.4a 99.9a
1 / 2EDDS+JB11 93.6b 338.7a 47.3a 101.1a
摇 摇 同列中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
综合 1 / 2EDDS+JB11处理的富集效果更好,更经济。
高羊茅和红三叶地上部和根部含 Pb、Cd量随着土壤
含 Pb、Cd 浓度提高而增加,根部的含量远大于地上
部。 这可能是因为植物根通过离子交换、质流运移
和根毛表面接触等多种方式从土壤溶液中摄取重金
属,但根系内胚层对重金属元素的通透性较低,当它
们从根部向中柱迁移时就会受到内皮层凯氏带的阻
拦,导致植物吸收的重金属主要累积在根部[15]。 两
种重金属在高羊茅和红三叶体内的主要以根积累为
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主,可以在重金属污染土壤中种植高羊茅和红三叶,
使受污染土壤不继续被侵蚀,并减少土壤渗漏而防
止重金属污染的迁移,又可使其在根部积累和
沉淀[16]。
3摇 结论与讨论
微生物鄄植物修复联合修复充分发挥植物与微
生物修复的各自优势,利用植物和微生物的共存体
系提高植物修复效率;螯合剂鄄植物修复耗费低,具
有进行大范围修复污染土壤的潜能;植物修复重金
属污染物的过程分两个阶段:一是植物根系吸收重
金属并运输到地上部,二是超富集植物对重金属离
子的螯合和贮存。 Bradley 等研究发现接种过菌根
的植物对吸收富集重金属污染物的能力增加,重金
属抗性菌株不同,对植物富集重金属及生长发育的
影响也不同,植物根际重金属被某些抗性菌株活化
后,会显著提高植物吸收重金属的能力,对植物生长
有明显促进作用,促使重金属向植株地上部转
移[17]。 向土壤中添加移动剂来增加土壤中活化态
重金属浓度,进而促进植物对金属的吸收和富
集[18]。 EDDS 能激活土壤中重金属离子,由不溶态
转化为可溶态,促进植物的吸收,Cao 等[19]采用了螯
合剂 EDDS和 MGDA,来促进植物紫茉莉对 Pb和 Zn
吸收。
本试验研究了高羊茅和红三叶对 Cd、Pb的富集
特征,利用 Pb、Cd抗性菌株 JB11 与螯合剂 EDDS 对
Cd、Pb污染土壤进行组合修复,本条件下研究结果
表明,菌株 JB11能使高羊茅和红三叶生物量显著增
加,也使植株内的 Pb、Cd 总含量均显著增加 (P<
0郾 05)。 菌株 JB11 对高羊茅的 Cd、Pb积累的增加量
大于对红三叶。 同时表明本研究采用的高羊茅和红
三叶对 Pb、Cd 的富集量有限,可能是由培养条件和
植物种类决定的,为了大幅度提高微生物强化植物
修复的效率,应加强 Pb、Cd 超积累植物与菌株的相
互作用方面的研究。 并且使用半量 EDDS 和菌液处
理后,高羊茅和红三叶 Pb、Cd 积累量多数高于 JB11
和 EDDS单独处理。
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再粤晕郧 载蚤葬燥枣葬灶袁 酝粤 悦澡怎灶泽藻灶袁 云粤晕 云葬灶袁 藻贼 葬造 渊圆怨苑员冤
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孕燥责怎造葬贼蚤燥灶袁 悦燥皂皂怎灶蚤贼赠 葬灶凿 耘糟燥泽赠泽贼藻皂
杂燥蚤造 皂蚤糟则燥遭蚤葬造 糟燥皂皂怎灶蚤贼赠 泽贼则怎糟贼怎则藻 怎灶凿藻则 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 增藻早藻贼葬贼蚤燥灶 则藻泽贼燥则葬贼蚤燥灶 责葬贼贼藻则灶泽 蚤灶 贼澡藻 造燥藻泽泽 澡蚤造造赠 葬则藻葬
匀哉 悦澡葬灶躁怎葬灶袁 郧哉韵 蕴藻蚤袁 蕴陨哉 郧怎燥澡怎葬 渊圆怨愿远冤
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿源卷摇 第 员员期摇 渊圆园员源年 远月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
地址院北京海淀区双清路 员愿号
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电话院渊园员园冤远圆怨源员园怨怨憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶
主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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