植物乳杆菌胞外多糖对酸—镉复合胁迫下水稻幼苗生长及土壤环境的影响

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镉(Cd)是一种对农业生产具有极大威胁的重金属元素,其胁迫效果受到土壤理化性质等环境因素的影响,同时外源性物质对植物的调节作用同样受环境因子的调控。为了考察酸性环境对Cd元素胁迫效应的影响,同时探究多糖类物质在这一过程中的调控作用,本研究首先考察了酸性环境对Cd胁迫下水稻幼苗生长的影响,其次探索了植物乳杆菌胞外多糖对酸-Cd复合胁迫下水稻幼苗生长及其土壤环境的变化,并初步摸索了植物乳杆菌胞外多糖缓解酸-Cd复合胁迫对水稻生长胁迫效应的作用机制。本研究主要结果如下:(1)Cd胁迫抑制水稻幼苗地上部的生长,而一定程度的弱酸性环境有利于Cd胁迫条件下水稻幼苗地上部的生长,在p H值6.0时水稻幼苗地上部的生长状况最好;但当p H值下降至5.0时,水稻幼苗地上部的生长受到抑制,说明酸性环境加剧了Cd胁迫对水稻幼苗地上部生长的抑制作用。当Cd质量浓度≤0.3 mg/L时,水稻幼苗根系的各项指标发育在p H值6.0时最好,在p H值5.0时发育最差,根系MDA含量均随着p H值的降低而增加。同时伊文斯蓝染色等试验结果也表明,在Cd质量浓度为0.6 mg/L时,水稻幼苗根系的损伤程度随着p H值的降低而增强。(2)植物乳杆菌胞外多糖的添加显著缓解了酸-Cd复合胁迫下水稻幼苗的损伤,提高了水稻幼苗地上部与地下部的形态学指标,且缓解效果随着多糖浓度的升高而升高。同时,多糖添加使得水稻幼苗中可溶性糖含量先减少后增加,可溶性蛋白含量明显增加,抗氧化酶活力与MDA含量也在多糖处理下大大提高。FTIR分析也表明,添加胞外多糖可以促进水稻幼苗体内大分子物质的合成,但是水稻幼苗在多糖处理下叶绿素含量有所下降。同时,胞外多糖的加入可以降低水稻幼苗Cd在地下部向地上部的运输,而Mg、Mn元素在水培环境下的吸收转运呈现出与Cd元素一定的拮抗效应。(3)植物乳杆菌胞外多糖的加入使土壤总氮、有效磷和有机质含量显著提高,但对速效钾含量无显著影响。同时水稻根际蔗糖酶、过氧化物酶等土壤酶活性也随着多糖的添加而显著提高。胞外多糖的加入显著提高了土壤中细菌物种的丰度,多糖处理降低了OTUs,从Alpha多样性分析来看,多糖处理下的微生物多样性有所下降,但从组间属水平物种组成特征来看,多糖处理使得土壤的特有物种增加,且表现出明显差异。此外,胞外多糖的加入显著提高了土壤微生物显著富集的物种数量,指示物种的指示值也明显升高。从Beta多样性处理结果来看,多糖处理使土壤群落结构差异显著,群落功能也随之发生变化。
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