耐重金屬菌株對水稻生長效果研究

摘要：將獲得的8株耐重金屬菌株與苗齡為5 d的水稻植株同時置于1/2 MS培養基上共培養，7 d后統計水稻（Oryza sativa）生物學性狀。結果表明，菌株3與水稻共培養后，株高、根長與對照之間無差異，但根數和鮮重與對照差異顯著。菌株39與水稻共培養后，株高、根長、鮮重與對照無差異，但根數與對照差異顯著。其他菌株與水稻共培養后，株高、根長、鮮重、根數與對照差異顯著，尤其是菌株52對水稻生長負面影響最大。

關鍵詞：重金屬；菌株；水稻（Oryza sativa）；共培養

中圖分類號：S636.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）10-2459-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.003

Abstract：Eight heavy metal resistant strains and rice（Oryza sativa）plants with seedling age of 5 days were co-cultured in 1/2 Ms. Biological character of rice was analyzed after 7 days. Rice co-cultured with strain 3 showed no difference with the control in plant height and root length but significant difference in fresh weight and root number. Rice co-cultured with strain 39 showed no difference with the contrast in plant height， root length and fresh weight but significant difference in root number. Rice co-cultured with other strains exhibited no difference with the contrast in the 4 biological characters. But strain 52 has the most negative effect on the growth of rice.

Key words：heavy metal；strains；Oryza sativa；co-cultivation

目前，中國農田重金屬污染相當普遍，已經造成了巨大的經濟損失和生態環境破壞。國家環保總局2006年的報告指出，全國每年遭重金屬污染的糧食達1 200萬t，造成的直接經濟損失超過200億元[1]。據國土資源部的數據統計，全國耕種土地面積的10%以上已受重金屬污染，約1 000.5億m2，其中污水灌溉污染耕地21.7億m2，固體廢棄物堆存占地和毀田1.3億m2，固體廢棄物污染多數集中在經濟較發達地區。農田土壤重金屬污染的治理不但是環境問題，還直接關系著人類的食品安全和自身健康及農業可持續發展。如何有效地控制及治理農田土壤重金屬的污染，改善土壤質量，已經成為農業可持續發展和生態環境保護中迫切需要解決的重要內容。

本研究擬通過湖北省農業科學院經濟作物研究所篩選獲得的耐重金屬菌株與水稻苗共培養，研究菌株對水稻生長的影響，為菌株的進一步實際應用提供依據。

1 試驗材料

供試水稻品種為湖北省農業科學院糧食作物研究所提供的廣兩優272，參試的菌株為實驗室篩選并保存的耐重金屬菌株。

2 試驗方法

2.1 供試菌株的培養

熔化馬丁培養基，倒平板，用滅過菌的牙簽從凍存管中挑取要活化的菌株，封口膜封口，培養箱中25 ℃暗培養。

2.2 水稻無菌苗的培養

將水稻種子去殼，放置在滅過菌的玻璃瓶中，先用去離子水沖洗2次，用75%乙醇浸泡30 s，隨后用0.1%的HgCl2表面消毒5 min（充分搖勻），最后用去離子水清洗4次。將上述種子均勻平鋪在預先準備的1/2 MS培養基上，完畢后用Parafilm封口膜封住平皿，在25 ℃恒溫培養箱培養（16 h光照/8 h黑暗）。5 d后種子開始露白，種子邊緣處出現微生物的則表明污染，將其剔除掉。

2.3 菌株與水稻無菌苗共培養

選取生長一致的水稻幼苗轉入方形組織培養瓶中。方形組織培養瓶中倒入1/2 MS培養基，高壓滅菌冷凝后，垂直切掉1/4的培養基，在切割面離方形組織培養瓶底部2 cm處接種獲得的菌株菌塊5個，菌塊對應的培養基上接種生長一致的水稻苗5棵。接種后置于28 ℃、16 h光照80 μm/（m2·s）與24 ℃、8 h暗培養的光暗交替的培養箱中培養，在第七天觀察并記錄水稻的株高、根長和鮮重[2]。對照組為不含菌株的馬丁培養基瓊脂塊。

2.4 水稻生物量的測定

水稻幼苗與真菌菌株在方形培養瓶中共培養7 d后，對照和處理各取15株稻苗，測量根長、株高、不定根數、鮮重。

2.5 數據處理分析

所有試驗處理至少重復3次，結果用平均值表示。所有數據都采用Excel軟件進行處理，并通過DPS軟件進行差異性分析。

3 結果與分析

耐重金屬菌株與水稻幼苗在1/2 MS培養基平板上共培養7 d后，其中菌株3和39與水稻共培養后幼苗長勢從表面上看與對照類似，而菌株22、29、55、35、49、52與水稻共培養后幼苗長勢明顯較對照差（圖1）。株高、鮮重、根長、根數等生物學性狀比較分析見表1。

由表1可知，菌株3與水稻共培養后，株高、根長與對照無顯著差異，但根數和鮮重與對照之間差異顯著。菌株39與水稻共培養后，株高、根長、鮮重與對照之間無顯著差異，但根數與對照差異顯著。其他菌株與水稻共培養后，株高、根長、鮮重與對照之間差異顯著，尤其是菌株52對水稻生長影響最大。

4 小結與討論

重金屬污染土壤的修復技術大致可以分為物理修復技術[3，4]、化學修復技術[5]和生物修復技術[6，7]等。生物修復技術是指利用動植物及微生物的吸收、代謝作用，降低土壤中重金屬含量或通過生物作用改變其在土壤中的化學形態而降低重金屬的遷移性或毒性[6，7]，具有良好的社會、生態綜合效益，并且易被大眾接受。

Gomes等[8]考察了固定化根霉對銅離子的吸附效果。結果表明，固定化根霉可以在150 min內將銅離子濃度由20.00 mg/L降低至3.11～5.66 mg/L。根霉對銅離子的吸附效果受到固定化材料以及銅離子初始濃度的影響。Fan等[9]考察了pH、溫度和微生物生長期對兩種微生物（Ochrobactrumintermedium LBr，Cupriavidusmetallidurans CH34）吸附Cu2+和Cr6+的影響。結果表明，微生物在對數生長期對重金屬離子的吸附能力更強。賴潔玲等[10]從銅污染的土壤中分離出一株抗銅細菌（Hyphomicrobium），經馴化后，其耐Cu2+水平達500 mg/L，該菌最適生長pH 6.0～7.2，該菌株在培養24 h、pH 7.0時，對Cu2+的去除率可以達到76%。Zemberyova等[11]考察了野生型Aspergillusniger對不同重金屬離子的吸附效果。結果表明，微生物對不同重金屬離子的吸附效果不同，依次為Zn（32%～92%）、Cd（24%～65%）、Cu（13%～58%）、Cr（VI）（9%～21%）和Mn（9%～18%）[11]。Polti等[12]從鉻鐵礦中分離并鑒定了一株Bacillus amyloliquefaciens（CSB 9），該菌可以耐受900 mg/L Cr（VI），在最佳條件下具有較快的還原速度（2.22 mg/（L·h） Cr（VI））。該菌的最佳還原條件為100 mg/L Cr（VI）、pH 7、35 ℃、處理45 h。以上研究主要注重于研究微生物種類、微生物生長期、重金屬離子的種類、濃度、溶解性、毒性以及環境條件（如pH和溫度等）等多種因素對耐重金屬微生物吸附、富集、氧化還原等效果的影響。

而在實際應用中，一般都是微生物-植物聯合修復。在眾多微生物-植物修復方案中，根際促生菌-植物修復由于其獨特的優勢，受到廣泛關注[13]。Mesa等[14]從生長在力拓河的S.maritima的根際土壤中分離了15株微生物，并考察其金屬耐受性與促進植物生長的特性。在這些微生物中，很多細菌顯示出了對多種重金屬的耐受性，并且表現出多種促進植物生長的特性。Dharni等[15]從制革污泥污染的土壤中分離到了Pseudomonas monteilii PsF84 和Pseudomonas plecoglossicida PsF610，并對其促進植物生長的能力進行了檢測。與對照相比，PsF84可以使天竺葵芽的干重增加44%，根干重增加48%，精油得率增加43%，葉綠素增加31%；PsF610可以使以上指標分別增加38%、40%、39%和28%。

本研究從長期鉻、鎘污染的水稻田中篩選到8株高耐鉻、鎘菌株，通過與水稻苗共培養，觀察水稻生物學特性，從中篩選出2株對水稻生長無抑制作用的菌株，為該菌株的實際應用提供了依據。同時，進一步利用鉻、鎘脅迫盆栽試驗，論證菌株3、菌株39對水稻田的污染修復效果。

參考文獻：

[1] 向 捷，陳永華，向 敏，等.土壤重金屬污染修復技術比較研究[J].安徽農業科學，2014，42（22）：7367-7369.

[2] 吳金丹.印度梨形孢誘導水稻促生-抗逆-抗病作用及其機理的初步研究[D].杭州：浙江大學，2014.

[3] BOLAN N， KUNHIKRISHNAN A， THANGARAJAN R， et al.Remediation of heavy metal（loid） s contaminated soils-To mobilize or to immobilize[J]. Journal of Hazardous Materials，2014，266（4）：141-166.

[4] SUZUKI T， NIINAE M， KOGA T， et al. EDDS-enhanced electrokinetic remediation of heavy metal-contaminated clay soils under neutral pH conditions[J]. Colloids and Surfaces a-Physicochemical and Engineering Aspects，2014，440（2）：145-150.

[5] 劉 麗.土壤重金屬污染化學修復方法研究進展[J].安徽農業科學，2014，42（19）：6226-6228.

[6] BABU A G， SHIM J， BANG K S， et al. Trichoderma virens PDR-28： A heavy metal-tolerant and plant growth-promoting fungus for remediation and bioenergy crop production on mine tailing soil[J]. Journal of Environmental Management，2014， 132C：129-134.

[7] 黃益宗，郝曉偉，雷 鳴，等.重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐[J].農業環境科學學報，2013，32（3）：409-417.

[8] GOMES P F， LENNARTSSON P R， PERSSON N K， et al.Heavy metal biosorption by Rhizopus sp. biomass immobilized on textiles[J].Water Air and Soil Pollution，2014，225（2）：1-10.

[9] FAN J J， OKYAY T O， RODRIGUES D F. The synergism of temperature， pH and growth phases on heavy metal biosorption by two environmental isolates[J]. Journal of Hazardous Materials，2014，279：236-243.

[10] 賴潔玲，林洪升，林 謙，等.一株抗銅細菌的分離及其生物學特性的初步研究[J].安徽農業科學，2011，39（36）：22521-22524.

[11] ZEMBERYOVA M， OKENICOVA L， BARTEKOVA J， et al. Bioaccumulation of heavy metals from aqueous solutions by live biomass of aspergillus niger wild type strains isolated from different environments[J]. Fresenius Environmental Bulletin，2014，23（2A）：597-602.

[12] POLTI M A，APARICIO J D，BENIMELI C S，et al. Simultaneous bioremediation of Cr（VI） and lindane in soil by actinobacteria[J]. International Biodeterioration Biodegradation，2014，88：48-55.

[13] 能鳳嬌，劉鴻雁，馬 瑩，等.根際促生菌在植物修復重金屬污染土壤中的應用研究進展[J].中國農學通報，2013，29（5）：187-191.

[14] MESA J，MATEOS-NARANJO E，CAVIEDES M，et al.Scouting contaminated estuaries： Heavy metal resistant and plant growth promoting rhizobacteria in the native metal rhizoaccumulato Spartina maritima[J]. Marine Pollution Bulletin，2015， 90（1/2）：150.

[15] DHARNI S，SRIVASTAVA A K，SAMAD A，et al. Impact of plant growth promoting Pseudomonas monteilii PsF84 and Pseudomonas plecoglossicid PsF610 on metal uptake and production of secondary metabolite（monoterpenes） by rose-scented geranium（Pelargonium graveolens cv. bourbon） grown on tannery sludge amended soil[J]. Chemosphere，2014，117：433-439.