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Isolation, identification, and performance of two pyrene-degrading endophytic bacteria

两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性



全 文 :
          生 态 学 报
              (SHENGTAI XUEBAO)
    第 34卷 第 4期    2014年 2月  (半月刊)
目    次
前沿理论与学科综述
富营养化湖泊溶解性有机碳生物可利用性研究进展 叶琳琳,孔繁翔,史小丽,等 (779)………………………
黄河下游平原农业景观中非农生境植物多样性 卢训令,梁国付,汤  茜,等 (789)……………………………
个体与基础生态
锰胁迫对杠板归细胞超微结构的影响 王  钧,邬  卉,薛生国,等 (798)………………………………………
不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累 吴  川,莫竞瑜,薛生国,等 (807)…………………………………
弱光下水分胁迫对不同产地披针叶茴香幼苗生理特性的影响 曹永慧,周本智,陈双林 (814)…………………
不同分枝数对桑树幼苗生长发育的影响 郇慧慧,胥  晓,刘  刚,等 (823)……………………………………
斑膜合垫盲蝽若虫在国槐上的空间分布型及抽样技术 朱惠英,沈  平,吴建华,等 (832)……………………
连作苹果园土壤真菌的 T⁃RFLP 分析 尹承苗,王功帅,李园园,等 (837)………………………………………
棉隆对苹果连作土壤微生物及平邑甜茶幼苗生长的影响 刘恩太,李园园,胡艳丽,等 (847)…………………
两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 孙  凯,刘  娟,李  欣,等 (853)………………
种群、群落和生态系统
温度对柑橘始叶螨实验种群生长发育繁殖的影响 李迎洁,王梓英,张国豪,等 (862)…………………………
高原鼠兔有效洞穴密度对青藏高原高寒草甸群落植物生态位的影响 贾婷婷,毛  亮,郭正刚 (869)…………
三工河流域琵琶柴群落特征与土壤因子的相关分析 赵学春,来利明,朱林海,等 (878)………………………
岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响 王卫霞,罗  达,史作民,等 (890)…………………………
滩涂围垦和土地利用对土壤微生物群落的影响 林  黎,崔  军,陈学萍,等 (899)……………………………
福寿螺对稻田水生植物群落结构的影响 赵本良,章家恩,戴晓燕,等 (907)……………………………………
4种木本植物在潜流人工湿地环境下的适应性与去污效果 陈永华,吴晓芙,郝  君,等 (916)………………
基于静态箱式法和生物量评估海北金露梅灌丛草甸碳收支 李红琴,李英年,张法伟,等 (925)………………
初始 pH值对碱性和酸性水稻土微生物铁还原过程的影响 吴  超,曲  东,刘  浩 (933)……………………
景观、区域和全球生态
库姆塔格柽柳沙包年层稳定碳同位素与气候环境变化 张锦春,姚  拓,刘长仲,等 (943)……………………
资源与产业生态
大棚甜瓜蒸腾规律及其影响因子 张大龙,常毅博,李建明,等 (953)……………………………………………
盐胁迫下荒漠共生植物红砂与珍珠的根茎叶中离子吸收与分配特征 赵  昕,杨小菊,石  勇,等 (963)……
普通鹿蹄草品质与根际和非根际土壤的关系 耿增超,孟令军,刘建军 (973)……………………………………
作物种植前后土壤有机质及养分因子的空间变异分析 方  斌,吴金凤 (983)…………………………………
城乡与社会生态
城市河流健康评价指标体系构建及其应用 邓晓军,许有鹏,翟禄新,等 (993)…………………………………
西藏生态足迹与承载力动态分析 安宝晟,程国栋 (1002)…………………………………………………………
研究简报
三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征 马  朋,李昌晓,雷  明,等 (1010)……
盐胁迫对 2种栎树苗期生长和根系生长发育的影响 王树凤,胡韵雪,孙海菁,等 (1021)………………………
恒温和变温驯化对大蟾蜍蝌蚪热耐受性的影响 王立志 (1030)…………………………………………………
学术信息与动态
国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析 贺郝钰,侯春梅,迟秀丽,等 (1035)……………………………
期刊基本参数:CN 11⁃2031 / Q∗1981∗m∗16∗264∗zh∗P∗ ¥ 90􀆰 00∗1510∗30∗2014⁃02
􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒
封面图说: 大蟾蜍蝌蚪群———大蟾蜍别名癞蛤蟆,体长达 10cm以上,身体肥胖,四肢短,步态及齐足跳的姿势具特征性。 其背
部皮肤厚而干燥,通常有疣,呈黑绿色,常有褐色花斑,趾间具蹼。 毒腺在背部的疣内,受惊后毒腺分泌或射出毒液。
大蟾蜍早春在水中繁殖,可迁移至 1.5km外或更远的适合繁殖的池塘,产卵量很大,产卵数天后蝌蚪即可孵出,1—3
个月后发育为蟾。 大蟾蜍常作为实验动物或药用动物,其耳后腺和皮肤腺的白色分泌物可制成“蟾酥”,可治疗多种
疾病。 研究表明,大蟾蜍蝌蚪最高逃避温度和最高致死温度比最适温度产生的影响要大。
彩图及图说提供: 陈建伟教授  北京林业大学  E⁃mail: cites.chenjw@ 163.com
第 34 卷第 4 期
2014年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.4
Feb.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41171380,41201501,51278252);中国博士后科学基金资助项目(2011M501246);江苏省自然科学基金资
助项目(BK2012370, BK20130030)
收稿日期:2012鄄10鄄09; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄04
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: lingwanting@ njau.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201210091393
孙凯,刘娟,李欣,凌婉婷.两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性.生态学报,2014,34(4):853鄄861.
Sun K, Liu J, Li X, Ling W T.Isolation, identification, and performance of two pyrene鄄degrading endophytic bacteria.Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):
853鄄861.
两株具有芘降解功能的植物内生细菌的
分离筛选及其特性
孙摇 凯,刘摇 娟,李摇 欣,凌婉婷*
(南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所,南京摇 210095)
摘要:从植物体内筛选具有多环芳烃 (PAHs) 降解功能的内生细菌并定殖于植物体,有望有效地去除植物体内 PAHs,从而减
低植物污染风险。 采用富集培养法,从长期受 PAHs污染的植物体内分离筛选出 2 株能以芘为唯一碳源和能源生长的内生细
菌 BJ03和 BJ05,经形态观察、生理生化特性及 16S rDNA序列同源性分析,将 2株菌分别鉴定为不动杆菌属 (Acinetobacter sp.)
和库克氏菌属 (Kocuria sp.)。 并研究了 2株内生细菌对芘的降解能力及环境条件对其降解芘的影响。 结果表明,菌株 BJ03和
BJ05在以浓度为 50 mg / L的芘为唯一碳源生长时,于 30 益、150 r / min摇床培养 15 d后,对芘的降解率分别为 65.0%和 53.3%。
2 株菌在 pH值 (6.0 — 9.0)、温度 (25 — 40 益) 和盐浓度 (NaCl含量为 0 — 15 g / L) 条件下生长良好,且皆为好氧生长,通气
量越大,菌株生长越旺盛,对芘的降解能力越强。 添加 C、N 源可有效促进菌株 BJ03 和 BJ05 的生长,加速其对芘的降解速率。
当外加 C源为蔗糖、N源为酵母膏时,2株菌在 30 益摇床培养 4 d后,对芘的降解率分别高达 71.1%和 55郾 3%。 2株菌的细胞表
面疏水率最大分别为 93.7%和 43.9%,对四环素和利福平敏感,而对其它多种抗生素具有较强的抗性。
关键词:植物内生细菌;多环芳烃;芘;降解;16S rDNA
Isolation, identification, and performance of two pyrene鄄degrading endophytic
bacteria
SUN Kai, LIU Juan, LI Xin, LING Wanting*
Institute of Organic Contaminant Control and Soil Remediation, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210095, China
Abstract: Anthropogenic soil contamination has become a worldwide environmental problem in the past decades. Polycyclic
aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous environmental pollutants in soil contaminated with crude oil, creosote, and
coal tar. They are generated and dispersed into the environment by fossil fuel combustion, wood treatment processes,
automobile exhaust, and waste incineration. The effect and fate of PAHs in soil is of great environmental and human health
concern because of the carcinogenic, mutagenic, and teratogenic properties of PAHs. They have been frequently found in
soils with high concentrations. PAHs present in soil may be absorbed by plants and translocated from roots to shoots, which
is the major pathway for toxic organic substances to reach the food chain / web. Because plants form the basis of human and
animal food chains, potentially harmful organic contaminants could find their way into human and animal populations via
this route. Clearly, understanding the uptake of PAHs by plant and reducing the plant PAH contamination are essential for
assessment of both the PAH exposure to humans and other animal species and the risk represented by PAH鄄contaminated
soils.
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Endophytic bacteria in plant tissues protect plants from external harsh environments and promote the plant growth.
However, there is still little information available heretofore on the endophytic bacteria鄄influenced uptake and metabolism of
PAHs by plants. We proposed that isolation of PAH鄄degrading endophytic bacteria from plant and colonization of them in the
target plants are expected to improve the PAH degradation in plant, thereby reducing the risk of plant PAH contamination.
In this study, two pyrene鄄degrading endophytic bacterial strains, named as BJ03 and BJ05, were isolated from plants grown
in PAH鄄contaminated soils. They were individually identified as Acinetobacter sp. and Kocuria sp. based on the morphology,
physiology, and 16S rDNA gene sequence analysis. The degradation characteristics of pyrene by strains BJ03 and BJ05 with
different environmental conditions were investigated. It was observed that 65.0% and 53.3% of pyrene in culture solution
were degraded by BJ03 and BJ05 at 30 益 and 150 r / min in 15 days, respectively. The two strains grew well under the
condition of pH 6—9, 25—40 益, and NaCl concentrations of 0—15 g / L. BJ03 and BJ05 grew aerobically, and the
stronger aeration resulted in their better growth and the faster degradation of pyrene in culture solution. The addition of
exotic carbon (C) and nitrogen (N) sources in medium effectively promoted the bacteria growth and pyrene degradation.
When sucrose and yeast extract were added as the respective C and N sources, 71.1% and 55.3% of pyrene were degraded
by BJ03 and BJ05 within 4 days. BJ03 and BJ05 were observed with different cell surface hydrophobicity. The resistance
tests revealed that the obtained two strains were sensitive to tetracycline and rifampicin, but were resistant to a variety of
other antibiotics. This study provides new perspectives on the endophytic bacteria鄄influenced uptake of organic contaminants
by plants. Results are valuable for the risk assessment of plant PAH contamination, and are instructive to the management of
PAH鄄contaminated sites.
Key Words: endophytic bacteria; polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs); pyrene; degradation; 16S rDNA
摇 摇 土壤有机污染引起的植物污染风险已成为国际
关注的热点问题之一[1鄄2]。 多环芳烃 (PAHs) 是土
壤污染中广泛存在的有机污染物,具有致癌、致畸、
致突变作用,能通过食物链富集进而威胁人群健
康[3鄄5]。 芘是由 4个苯环对称排列组成的稠环芳烃,
结构稳定,是 PAHs 中一种典型的难降解高分子量代
表化合物,被作为监测 PAHs 污染的指示物和其它
PAHs光化学降解、生物降解的模型分子之一[6鄄7]。
植物内生细菌是指能够定殖在植物健康组织间
隙或细胞内,并与宿主植物建立和谐共生关系的一
类微生物[8]。 研究发现,植物内生细菌在植物体内
生长繁殖过程中可产生生长素、酶类等次生代谢产
物,影响植物体内的激素水平,从而调节植物代谢,
促进植物生长,提高植物耐受性[9鄄11]。 同时,植物可
为内生细菌提供稳定的生存环境和大量的营养物
质[12]。 近年来,PAHs 污染区功能内生细菌的筛选
及其与植物吸收代谢 PAHs 的关系引起了研究者关
注。 Ho 等[13]从各种植物体内分离出多种功能内生
细菌,并指出其中部分内生细菌可提高 PAHs 污染
土壤上植株的根长和生物量,增强植株对 PAHs 污
染的耐受性。 陈小兵等[14] 研究指出,内生细菌
Enterobacter sp. 7J2对一定浓度菲具有较好的降解效
果,且该菌可在小麦体内定殖,并能促进小麦生长。
由此,筛选具有 PAHs 降解特性的植物功能内生菌
并将其定殖在目标作物上,有望调控植物对 PAHs
的抗性、吸收和代谢作用,进而有效地规避植物
PAHs污染风险。 然而,国内外相关资料仍很少。
本研究通过富集培养,从南京扬子石化 PAHs
污染区植物体内分离筛选出 2 株能以芘为唯一能源
和碳源生长的植物内生细菌,并系统地研究了其生
物学特性和对芘的降解效能,以期为利用功能内生
细菌来调控植物代谢 PAHs,进而有效地规避作物污
染风险提供新思路和途径。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验材料
芘 (纯度>98%): 购于德国 Fluka 公司,分子量
202.26 g / mol、纯水中溶解度为 0.12 mg / L、辛醇鄄水分
配系数 (logKow) 为 5.18。 甲醇为色谱纯,其余试剂
为分析纯。
供试植株 (小飞蓬和三叶草): 采自江苏省南京
市江宁扬子石化芳烃厂排污口区。 植株生长良好,
458 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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采集后立即带回实验室进行芘降解菌的分离筛选。
1.2摇 培养基
LB培养基:蛋白胨 10 g / L,酵母粉 5 g / L,NaCl
10 g / L,蒸馏水 1000 mL,pH 7.0 — 7.2。 固体培养基
加 2.0%琼脂。 121 益高压蒸汽灭菌 20 min。
无机盐培养基 (MSM) 颐 (NH4) 2 SO4 1. 50 g / L,
K2HPO4·3H2O 1.91 g / L,KH2PO4 0.50 g / L,MgSO4·
7H2O 0. 20 g / L,微量元素溶液 2 mL,蒸馏水 1000
mL,pH 7郾 0 — 7.2。 固体培养基加 2.0%琼脂。 121
益高压蒸汽灭菌 20 min。
微量元素溶液:CoCl2·6H2O 0.1 g / L,MnCl2·4H2O
0.425 g / L,ZnCl2 0. 05 g / L,NiCl2·6H2 O 0. 01 g / L,
CuSO4·5H2O 0. 015 g / L,Na2 MoO4·2H2 O 0. 01 g / L,
Na2SeO4·2H2O 0.01 g / L。
芘降解培养基:1mg / mL 的芘甲醇溶液过 0. 22
滋m滤膜除菌,取一定量置于灭菌的三角瓶中,待甲
醇挥发完,加入已灭菌的 MSM培养液,除非说明,芘
的终浓度为 50 mg / L。
磷酸盐缓冲液: K2 HPO4·H2 O 21. 75 g / L,
Na2HPO4 ·12H2 O 33. 4 g / L, KH2 PO4 48. 7 g / L,
NH4Cl 5.2 g / L。 121 益高压蒸汽灭菌 20 min。
1.3摇 具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选
将新鲜植株用无菌水冲洗干净,置于超净台内
用 75%酒精漂洗 3—5 min,无菌水冲洗 3—4 次,
0郾 1%次氯酸钠溶液漂洗 3—5 min,无菌水再冲洗数
次。 将经表面消毒的植物样品移入 LB 固体平板上,
30 益培养 24 h后,检查平板上是否有细菌生长。 经
检验完全消毒后,将植株移入无菌研钵,用灭菌剪刀
剪碎,加 10 mL无菌水充分研磨,吸取 5 mL 上清液
加入到 100 mL芘降解培养基中,150 r / min、30 益避
光摇床培养,每隔 7 d 转接到新鲜的芘降解培养基
中。 转接 4次后,取培养液梯度稀释并涂布于 MSM
固体平板 (培养基表面预先用 50 mg / L 芘甲醇溶液
涂布),30 益恒温培养,待平板上长出菌落,经反复
的分离、筛选和纯化,直至得到典型单菌落。 挑选有
明显降解圈且长势旺盛的菌株,进行芘降解和菌种
鉴定试验。
1.4摇 功能内生细菌的菌悬液制备
将菌株接种到 LB 液体培养基中,150 r / min、
30 益摇床培养 48 h,8000 r / min 离心 5 min,弃上清
液后,加入磷酸盐缓冲液使菌体混合均匀,再次离
心,重复 2次,用磷酸盐缓冲液调整菌悬液 OD600nm值
为 1.0,4 益备用。
1.5摇 功能内生细菌对芘的降解特性
1.5.1摇 菌株生长和芘降解率的测定
在芘浓度为 50 mg / L 的 MSM 培养基中,按 5%
的接种量加入菌悬液 (OD600nm值为 1.0),30 益、150
r / min摇床培养 15 d,定时取样,以不接种培养基做
空白对照,实验重复 3 次。 分别用 UVmini鄄 1240 紫
外分光光度计和高效液相色谱仪 (HPLC) 测定培养
液中 OD600nm值和芘浓度。 芘浓度测定采用整瓶提取
培养基的方法。 向培养基中加入二倍体积色谱甲
醇,30 min 超声萃取,高速离心后过 0.22 滋m 滤膜,
用岛津高效液相色谱 (LC鄄 10AT) 测定芘浓度。 高
效液相色谱设定参数:Inertsil ODS鄄SP鄄C18 反相色谱
柱 (150 mm 伊 4. 6 mm,5 滋m),流动相甲醇 颐水 =
90 颐10,流速 1.000 mL / min,柱温 40 益,检测波长 245
nm,进样量 20 滋L。
1.5.2摇 环境条件对菌株生长和芘降解的影响
研究了 pH、温度、盐浓度和通气量对 2 株菌生
长和芘降解的影响。 将所筛选 2 株内生细菌在 LB
液体培养基中活化 48 h 后,按照 5%的接种量向芘
降解培养基中加入菌悬液,分别设置不同的 pH 值
(4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0)、盐浓度 (NaCl 浓
度为 0、5g / L、10、15、20、25、30 g / L) 和装液量 (10、
20、30、40、50、60、70 mL,另设 70 mL 静置培养作对
照),150 r / min、30 益摇床培养 15 d,定时测定培养
液中 2株菌的 OD600nm值和芘浓度。 选择不同的摇床
温度 (15、20、25、30、35、40、45 益),150 r / min 培养
15 d,了解温度对 2株菌生长和芘降解的影响。
1.5.3摇 外加 C、N源对菌株生长和芘降解的影响
以葡萄糖、乳糖、蔗糖、麦芽糖作为外加 C 源;以
硝酸钾、硝酸铵、硫酸铵、尿素、胰蛋白胨、酵母膏作
为外加 N 源。 外加 C、N 源的量均为 100 mg / L。 在
芘降解培养基中摇床培养 4 d,测定培养液中细菌生
物量和芘的残留浓度,并计算芘的降解速率。
1.6摇 功能内生细菌的生物学特性
1.6.1摇 细胞表面疏水率的测定
细胞表面疏水性采用 BATH 测定方法[15]。 具
体步骤如下:制备菌悬液,调整 OD600nm值在 0.60 左
右。 取 5 mL菌悬液置于试管中,按照梯度加入二甲
苯 (0、1、2、3、4、5、6、7 mL),室温下剧烈振荡 1 min
558摇 4期 摇 摇 摇 孙凯摇 等:两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 摇
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后,静置 5 min分层。 用无菌注射头快速吸取下相水
溶液 3 mL,以磷酸盐缓冲液为对照,在 600 nm 波长
下测定 OD 值,实验重复 3 次。 细胞表面疏水率
CSH%= (对照组 OD600nm -实验组 OD600nm) /对照组
OD600nm伊100%。
1.6.2摇 抗性试验
研究了菌株 BJ03 和 BJ05 的抗性,将 2 株菌分
别点接于不同浓度的抗生素平板 (抗生素:庆大霉
素、氨苄青霉素、卡那霉素、红霉素、氯霉素、壮观霉
素、四环素、利福平;浓度:10、20、50、75、100 mg / L)。
以不加抗生素的 LB 固体平板作为阴性对照。 于 30
益恒温培养 48 h,观察培养皿中菌落生长情况。
1.7摇 菌种鉴定
1.7.1摇 生理生化特性分析
菌株的形态及生理生化特性测定参照文献
进行[16]。
1.7.2摇 16S rDNA序列同源性分析
16S rDNA 克隆所用正向引物为 16S鄄 27F:5忆鄄
AGAGTTTGATCCTGGCTCAG鄄3忆;反向引物为 16S鄄
1492R:5忆鄄TACCTTGTTACGACTT鄄3忆 (上海英骏生物
技术有限公司合成)。 PCR 反应体系 ( 25 mL):
Premix 12.5 mL,模板 DNA 1 mL,引物 16S鄄27F 和引
物 16S鄄1492R 0.5 mL,重蒸水 10.5 mL。 PCR 扩增条
件:(1) 须变性,94 益 4 min;(2) 变性,94 益 30 s,
退火,55 益 30 s,延伸,72 益 30 s,30个循环;(3) 终
极延伸,72 益 10 min;(4) 保温,10 益 10 min。 琼脂
糖凝胶电泳检测。 PCR产物的测序由南京金斯瑞测
序有限公司完成。 16S rDNA 序列通过 Genbank 进
行 Blast比对分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 功能内生细菌的鉴定
2.1.1 摇 菌株 BJ03 和 BJ05 的形态特征和生理生化
特性
从南京受 PAHs污染地区采集的小飞蓬和三叶
草中分别分离筛选到 1 株芘降解内生细菌 BJ03 和
BJ05,均为革兰氏阴性菌,无芽孢。 菌株 BJ03 菌落
呈白色,圆形,表面光滑,隆起,边缘规则,菌体为杆
状。 菌株 BJ05菌落呈灰白色,凸起,边缘整齐,菌体
为球状。 生理生化试验见表 1。
表 1摇 菌株 BJ03和 BJ05的生理生化特性
Table 1摇 The morphological and biochemical characteristics of strains BJ03 and BJ05
实验 Experiments 菌株 BJ03 Strain BJ03 菌株 BJ05 Strain BJ05
淀粉水解 Amylolysis - -
甲基红 M.R + +
乙酰甲基醇 V.P - +
过氧化氢酶 Catalase activity + +
吲哚试验 Indole test - -
明胶液化 Gelatin liquefaction test - +
产硫化氢试验 H2S test - -
硝酸盐还原 Nitrate reduction + +
柠檬酸盐利用 Use of citrate + +
苯丙氨酸脱氢酶 Phenylalanine dehydrogenase - -
葡萄糖发酵 Glucose ferment + +
果糖发酵 Fructose ferment - -
蔗糖发酵 Sucrose ferment - -
摇 摇 +表示发酵糖类只产酸不产气及其它试验中呈阳性反应; -表示阴性反应
2.1.2摇 菌株 16S rDNA序列同源性分析
将菌株 BJ03 和 BJ05 的 16S rDNA 序列在
Genebank中进行比对,结果表明,菌株 BJ03 与多株
Acinetobacter sp.的序列相似性最大为 97%,菌株 BJ05
与 Kocuria sp.的序列相似性高达 100%。 结合 2株菌
的形态学特征、生理生化特性和 16S rDNA序列同源
性分析,初步将菌株 BJ03 和 BJ05 鉴定为不动杆菌
属 (Acinetobacter sp.)和库克氏菌属 (Kocuria sp. )。
2.2摇 芘降解功能内生细菌的生长和降解曲线
菌株 BJ03 和 BJ05 以芘为唯一碳源的生长和芘
降解曲线见图 1。 2 株菌培养 1 d,菌体数量均有所
下降,可能是由于培养初期,MSM 培养基中的芘浓
度较高,2株菌生长不适应,而芘本身的毒性又可对
菌株产生不同程度的毒害作用,从而使菌体数量下
降。 在培养 2—7 d内,随着培养天数的增加,菌体数
量逐渐增加,芘的降解率也逐渐增大。 菌株 BJ03 和
658 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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BJ05分别培养至第 7 天和第 8 天时,菌体数量达到
最大值。 之后,菌体数量有减小的趋势,而芘的降解
率增加缓慢,降解速率明显降低。 分析原因可能是
由于菌株生长后期,培养液中芘的剧毒中间代谢产
物的大量积累,影响到细菌体内酶的活性,从而抑制
了菌株的生长和芘降解基因的表达。 培养 15 d 后,
空白对照组中芘的回收率为 94. 6%,菌株 BJ03 和
BJ05对芘的降解率分别为 65.0%和 53.3%,说明 2
株菌能以芘为唯一碳源和能源进行生长且对芘具有
一定的降解能力。 根据培养液中芘残留率随时间的
变化,拟合降解动力学曲线,菌株 BJ03 的降解动力
学方程为 c = 108郾 42e-0.0754t,R2 = 0. 9723,半衰期为
10郾 3 d; 菌株 BJ05 的降解动力学方程为 c =
108郾 97e-0.0518t,R2 = 0.9452,半衰期为 15.0 d。 式中,c
表示芘残留率%,t表示培养天数 d。
图 1摇 以芘为唯一碳源时,2株菌的生长和芘降解曲线
Fig.1摇 Utilization of pyrene as a sole source of carbon for growth and pyrene鄄degradation by two strains
2.3摇 环境条件对 2株菌生长和芘降解的影响
pH和温度是影响微生物生长的关键因素,优选
出最佳 pH 和温度,提供微生物良好的生存环境,对
微生物降解芘至关重要。 由图 2 可知,菌株 BJ03 和
BJ05的适宜 pH 范围为 6.0—9.0。 当 pH 为 7.0 时,
2株菌生长最佳,对芘的降解率分别为 65. 6%和
52郾 9%。 在偏酸或偏碱性环境中,2 株菌对芘的降解
能力较低。 可能是由于强酸或强碱条件下,抑制了
菌株的生长,从而影响其对芘的降解效果。 菌株
BJ03在 35 益时生长最快,对芘的降解率达到最大值
69.4%;而菌株 BJ05 在 30 益时生长最快,对芘的降
解率达到最大值 53.0% (图 2)。 温度较高或较低均
图 2摇 pH和温度对 2菌株生长和芘降解的影响
Fig.2摇 Effect of pH and temperature on growth and pyrene鄄degradation capacity of two strains
758摇 4期 摇 摇 摇 孙凯摇 等:两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 摇
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会降低菌株 BJ03和 BJ05 对芘的降解能力。 可能是
由于高温或低温降低了 2 株菌体内芘降解酶的活
性,从而影响菌株对芘的降解能力。
盐浓度和装液量对植物内生细菌生长及其对芘
降解的影响见图 3。 当 NaCl 浓度为 5 g / L 时,菌株
BJ03和 BJ05 的生长较好,对芘的降解最佳;当 NaCl
浓度大于 5 g / L时,2株菌的生长和对芘的降解率均
有逐渐降低的趋势 (图 3)。 分析原因可能是由于较
高的盐浓度导致细胞脱水,从而抑制菌株的生长。
通过改变三角瓶中培养基的装液量来初步研究氧气
供给对菌株降解芘的影响。 由图 3 可知,装液量与
菌株的生长和芘的降解率成负相关,随着装液量的
增加,菌株 BJ03 和 BJ05 的生长及芘的降解率均逐
渐减小。 当装液量为 10 mL 时,2 株菌生长最好,对
芘的降解率分别高达 71.9%和 63.9%。 70 mL 静置
对照组中 2 株菌的生长和芘的降解率最低,分析原
因是静置不利于培养液与空气交换导致菌体供氧不
足。 因此可以得出结论,2株菌均为好氧生长。
图 3摇 NaCl浓度和装液量对 2菌株生长和芘降解的影响
Fig.3摇 Effect of NaCl concentration and liquid volume on growth and pyrene鄄degradation capacity of two strains
2.4摇 外加 C、N源对 2株菌生长和芘降解的影响
有研究表明[17],在降解培养基中添加不同的 C、
N源,可促进微生物的生长和对有机污染物的降解。
添加 C、N源对菌株 BJ03和 BJ05的生长及其对芘降
解的影响见图 4 和图 5,外加不同的 C、N 源对 2 株
菌的生长和芘降解均会产生不同程度的影响。 当外
加 C源为蔗糖、N源为酵母膏时,摇床培养 4 d后,菌
株 BJ03和BJ05的生物量和芘的降解率都明显高
图 4摇 外加 C、N源对菌株 BJ03生长和芘降解的影响
Fig.4摇 Effect of exotic carbon and nitrogen sources on growth and pyrene鄄degradation capacity by strain BJ03
858 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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于其它外加 C、N 源,2 株菌的菌液 OD600nm值分别为
0. 788 和 0. 256,芘的降解率分别高达 71. 1%和
55郾 3%,降解速率显著提高。 当外加 C 源为蔗糖、N
源为尿素时,4 d 内菌株 BJ03 和 BJ05 的培养液中
OD600nm值分别为 0.112 和 0.035,芘的降解率分别只
有 10.3%和 10郾 2%。 分析原因可能是由于蔗糖和酵
母膏是微生物生长的良好营养物质,它们的存在能
促进菌体的生命活动,进而增强菌株对芘的代谢能
力。 而尿素的存在导致 2 株菌对芘的降解率很低,
可能是由于尿素对 2株菌的生长产生抑制作用或者
2株菌不能利用尿素进行良好生长,这一原因有待试
验的进一步证实。
图 5摇 外加 C、N源对菌株 BJ05生长和芘降解的影响
Fig.5摇 Effect of exotic carbon and nitrogen sources on growth and pyrene鄄degradation capacity by strain BJ05
图 6摇 细胞表面疏水性
Fig.6摇 Cell surface hydrophobicity
2.5摇 菌株疏水性
细菌的细胞表面疏水性是决定细菌非特异性黏
附到生物和非生物表面及界面的重要因素之一,也
是影响细菌吸收和降解疏水性有机物的主要因素之
一[15]。 该试验测定了利用 LB 液体培养基培养出的
2株菌细胞表面疏水性,结果见图 6。 菌株 BJ03 和
BJ05 的细胞表面疏水性不同,其最大疏水率分别为
93.7%和 43.9% (图 6)。 菌体表面疏水性的不同可
影响细胞摄取 PAHs的方式,进而影响 PAHs分子的
生物降解。 菌株疏水性越强,芘在菌体表面的吸附
结合越多。
2.6摇 抗性试验
明确降解菌株的抗性可为后期检测其是否能成
功定殖到植物体内提供筛选标记。 将常用的 8 种抗
生素以不同的浓度梯度分别加入到 LB 固体培养基
中,观察培养皿中菌落生长状况。 2株菌抗性实验结
果表明,菌株 BJ03 对四环素和利福平较敏感,而对
其它抗生素都具有较强的抗性;菌株 BJ05 对庆大霉
素、四环素和利福平较敏感,对氨苄青霉素和卡那霉
素等抗生素具有较好的抗性,结果见表 2。
4摇 讨论
目前国内外已有的资料中,研究者主要通过添
加外源化学制剂和菌根真菌等方法来调控植物对
PAHs等有机污染物的吸收积累作用。 高彦征等[18]
研究指出,低浓度 Tween80 可促进植物吸收 PAHs,
而浓度较高时则抑制植物对 PAHs 的吸收。 近年
来,程兆霞等[19] 研究表明,接种丛枝菌根真菌
Glomus mosseae和 Glomus etunicatum可促进植物吸收
土壤中的芘,并显著提高植株根、茎、叶对芘的积累
958摇 4期 摇 摇 摇 孙凯摇 等:两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 摇
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表 2摇 菌株 BJ03和 BJ05的抗性试验结果
Table 2摇 The antibiotic sensitivities of strains BJ03 and BJ05
菌株
Strains
抗生素浓度
Concentration
of antibiotics
/ (mg / L)
庆大霉素
Gentamicin
氨苄青霉素
Ampicillin
卡那霉素
Kanamycin
红霉素
Erythromycin
氯霉素
Chloromycetin
壮观霉素
Spectinomycin
四环素
Tetracycline
利福平
Rifampicin
BJ03 0 + + + + + + + +
10 + + + + + + + +
20 + + + + + + - -
50 + + + + + + - -
75 + + + + + + - -
100 + + + + + + - -
BJ05 0 + + + + + + + +
10 + + + + + + - -
20 + + + + + + - -
50 - + + + + + - -
75 - + + + + + - -
100 - + + + + + - -
摇 摇 +:表示有抗性,-:表示无抗性
量。 Gao等[20]盆栽试验结果表明,接种 PAHs 降解
菌 (Acinetobacter sp. ) 能够增加水稻根茎叶的生物
量,加速 PAHs污染土壤的生物修复。 Rifat 等[21]从
原油污染区分离到 2株具有萘、菲、荧蒽降解特性的
Kocuria sp. CMG2028 和 CMG2042。 然而,国内外对
能否利用功能内生细菌降解有机污染物及其调控植
物对有机污染物的吸收代谢作用的报道较少。
本研究从 PAHs污染场地的植物体内分离筛选
到 2株具有芘降解特性的功能内生细菌 BJ03 和
BJ05,并研究了环境条件对 2 株菌生长和芘降解的
影响。 结果表明,菌株 BJ03 和 BJ05 摇床培养 15 d
后对芘 (50 mg / L) 的降解率均在 50%以上。 2株菌
均为好氧生长;对 pH、温度和 NaCl 浓度均有一定的
适应范围;外加 C源为蔗糖、N源为酵母膏时,2株菌
的生长和对芘的降解速率显著提高。
功能内生细菌在植物体内的定殖分布已有较多
报道,如刘云霞等[22]研究指出,植物内生细菌可定
殖于植物的根毛、叶片和维管组织等多种部位。 刘
忠梅等[23]用链霉素和利福平抗性标记菌株 B946,浸
种处理,该菌能向小麦茎基部和叶内转移。 有研究
表明,植物体内有机污染物的代谢是通过植物酶系
进行的,如 P450、GSTs、过氧化物酶、超氧化物歧化
酶和水解酶等[24鄄25]。 它们通过诱导有机污染物在植
物体内的许多降解反应来控制其对污染物的选择性
和抗性。 然而,能否将功能内生细菌定殖在植物体
内调节植物体内酶系活性,增强植物对有机污染物
的吸收代谢,进而规避植物污染风险,国内外尚缺乏
研究和探索。 针对本研究所筛选的 2 株芘降解内生
细菌 BJ03和 BJ05,分别点接于不同浓度的抗生素平
板,结果表明 2株菌对多种抗生素都有较好的抗性。
因此,可以通过多种抗性筛选,检测 2 株菌能否在目
标作物体内良好定殖及其定殖后在植物体内的分
布。 为进一步探讨内生细菌在植物体内的传导途径
及其对植物吸收积累 PAHs 的调控规律,了解内生
细菌对植物体内主要酶系活性的响应及其与植物代
谢 PAHs的关系等诸多问题提供前提条件。
5摇 结论
本研究从长期受 PAHs 污染的植物体内分离筛
选到 2株能以芘为唯一碳源进行生长的内生细菌
BJ03和 BJ05,初步鉴定为不动杆菌属 (Acinetobacter
sp. ) 和库克氏菌属 (Kocuria sp.)。 在 150 r / min、30
益摇床培养 15 d 后,2 株菌对芘的降解率分别为
65郾 0%和 53.3%。 菌株 BJ03 和 BJ05 的生长及其对
芘的降解有一定的环境适应能力,外加蔗糖和酵母
膏能明显地促进 2 株菌的生长和芘降解。 2 株菌的
细胞表面疏水率最大分别为 93.7%和 43.9%,且对多
种抗生素具有较好的抗性。
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168摇 4期 摇 摇 摇 孙凯摇 等:两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol.34,No.4 Feb.,2014(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
The bioavailability of dissolved organic carbon in the eutrophic lakes YE Linlin, KONG Fanxiang, SHI Xiaoli,et al (779)…………
Plant species of the non⁃agricultural habitats in the lower reaches of the Yellow River plain agro⁃landscape
LU Xunling, LIANG Guofu, TANG Qian, et al (789)
…………………………
………………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Manganese stress on the ultrastructures of a manganese tolerant plant,Polygonum perfoliatum L.
WANG Jun, WU Hui, XUE Shengguo, et al (798)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (Oryza sativa L.) genotypes with different radial oxygen loss
WU Chuan, MO Jingyu, XUE Shengguo, et al (807)
……
………………………………………………………………………………
Effects of water stress on physiological characteristics of different Illicium lanceolatum ecotypes under low light intensity
CAO Yonghui, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin (814)
……………
……………………………………………………………………………
Effect of branch number on the growth and development of Morus alba saplings HUAN Huihui, XU Xiao, LIU Gang, et al (823)…
Spatial distribution pattern and sampling technique for Orthotylus (O.) sophorae nymphs on Sophora japonica
ZHU Huiying, SHEN Ping,WU Jianhua, et al (832)
…………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of fungal diversity in apple replanted orchard soils by T⁃RFLP analysis
YIN Chengmiao, WANG Gongshuai, LI Yuanyuan, et al (837)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of dazomet on edaphon and growth of Malus hupehensis rehd. under continuous apple cropping
LIU Entai, LI Yuanyuan, HU Yanli, et al (847)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Isolation, identification, and performance of two pyrene⁃degrading endophytic bacteria SUN Kai, LIU Juan, LI Xin, et al (853)……
Population, Community and Ecosystem
Effects of different temperatures on the growth and development of Eotetranychus Kankitus (Ehara)
LI Yingjie,WANG Ziying,ZHANG Guohao,et al (862)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of available burrow densities of plateau pika (Ochotona curzoniae) on plant niche of alpine meadow communities in the
Qinghai⁃Tibet Plateau JIA Tingting, MAO Liang, GUO Zhenggang (869)…………………………………………………………
Correlation between characteristics of Reaumuria soongarica communities and soil factors in the Sangong River basin
ZHAO Xuechun, LAI Liming, ZHU Linhai, et al (878)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of Minjiang River
WANG Weixia, LUO Da, SHI Zuomin, et al (890)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of reclamation on tidal flat and land use on soil microbial community
LIN Li, CUI Jun, CHEN Xueping, FANG Changming (899)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Effects of Pomacea canaliculata on aquatic macrophyte community structure in paddy fields
ZHAO Benliang, ZHANG Jiaen, DAI Xiaoyan, et al (907)
…………………………………………
………………………………………………………………………
The adaptability and decontamination effect of four kinds of woody plants in constructed wetland environment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, HAO Jun, et al (916)
………………………
………………………………………………………………………………
Carbon budget of alpine Potentilla fruticosa shrubland based on comprehensive techniques of static chamber and biomass harvesting
LI Hongqin, LI Yingnian, ZHANG Fawei, et al (925)

……………………………………………………………………………
Effect of initial pH value on microbial Fe (Ⅲ) reduction in alkaline and acidic paddy soils WU Chao,QU Dong,LIU Hao (933)…
Landscape, Regional and Global Ecology
Climate environmental change and stable carbon isotopes in age layers of Tamarix sand⁃hillocks in Kumtag desert
ZHANG Jinchun,YAO Tuo, LIU Changzhong, et al (943)
……………………
…………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
The critical factors of transpiration on muskmelon in plastic greenhouse ZHANG Dalong,CHANG Yibo, LI Jianming,et al (953)……
Ion absorption and distribution of symbiotic Reaumuria soongorica and Salsola passerina seedlings under NaCl stress
ZHAO Xin, YANG Xiaoju, SHI Yong, et al (963)
…………………
…………………………………………………………………………………
The relationship between selected rhizosphere and non⁃rhizosphere soil properties and the quality of Pyrola decorata
GENG Zengchao,MENG Lingjun,LIU Jianjun (973)
…………………
………………………………………………………………………………
Spatial variation analysis of soil organic matter and nutrient factor for before and after planting crops
FANG Bin, WU Jinfeng (983)
…………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Establishment and application of the index system for urban river health assessment
DENG Xiaojun,XU Youpeng,ZHAI Luxin,et al (993)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Dynamic analysis of the ecological footprint and carrying capacity of tibet AN Baosheng, CHENG Guodong (1002)…………………
Research Notes
Responses of soil microorganisms and soil enzyme activities to different land use patterns in the water⁃level⁃fluctuating zone of
the Three Gorges Reservoir region MA Peng, LI Changxiao, LEI Ming, et al (1010)……………………………………………
Effects of salt stress on growth and root development of two oak seedlings
WANG Shufeng, HU Yunxue, SUN Haijing, et al (1021)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
The effects of constant and variable thermal acclimation on thermal tolerance of the common giant toad tadpoles (Bufo gargarizans)
WANG Lizhi (1030)

…………………………………………………………………………………………………………………
2401   生  态  学  报      34卷 
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
全国各地邮局均可订阅袁也可直接与编辑部联系购买遥 欢迎广大科技工作者尧科研单位尧高等院校尧图书
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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
耘鄄皂葬蚤造院 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摇 网摇 摇 址院 憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
本期责任副主编摇 董摇 鸣摇 摇 摇 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 源期摇 渊圆园员源年 圆月冤
粤悦栽粤 耘悦韵蕴韵郧陨悦粤 杂陨晕陨悦粤

渊杂藻皂蚤皂燥灶贼澡造赠袁杂贼葬则贼藻凿 蚤灶 员怨愿员冤

灾燥造郾 猿源摇 晕燥郾 源 渊云藻遭则怎葬则赠袁 圆园员源冤
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
邮政编码院员园园园愿缘
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
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