具有菲降解性能的植物内生细菌Pn2分离鉴定、降解条件优化及其定殖初探

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规避植物吸收有机污染的风险、保障农产品安全,以实现土壤资源的合理开发和可持续利用是当前全球关注的焦点之一。能否利用植物功能内生细菌来调控植物吸收有机污染物、进而有效地减低植物污染的风险?国内外该领域研究资料很少,亟待探索。本论文从PAHs污染区植物看麦娘中分离筛选出一株具有高效降解菲的植物内生细菌Pn2,研究了其生长特性、菲降解效能以及降解广谱性;探讨了不同环境因素对菌株Pn2降解菲的影响,优化了菌株降解条件;初步揭示了定殖Pn2对植物吸收积累菲的影响。取得的主要结果如下:(1)以菲为唯一碳源对植物内生细菌进行摇瓶富集培养和平板划线纯化,从PAHs污染区植物看麦娘体内分离出一株高效降解菲的植物内生细菌Pn2,研究了其生长特性及其降解广谱性。该菌能以菲为唯一碳源进行生长,在菲初始浓度为49.92mg.L-1时,30℃、150rpm条件下培养72h,菲降解率高达98.78%。菌株Pn2具有较广的降解谱,能降解一定浓度的萘、苊、菲、芘和苯并[a]芘。经生理生化特征分析和16S rDNA序列同源性分析,初步鉴定该菌株为Naxibacter sp.。菌株Pn2有较强的环境适应能力:温度为25-37℃、环境pH值为6.0~8.0、盐浓度1%-2%范围内,菌株Pn2生长状况良好。菌株Pn2为好氧生长,通气量越大,菌株生长越旺盛。菌株Pn2对青霉素(20mg.L-1)和氯霉素(20mg.L-1)有抗性。(2)采用生物摇床进行单因素试验,探讨了环境因素对菌株Pn2降解菲的影响并优化了菌株Pn2的降解条件。试验条件下,Pn2降解菲的最适温度为30℃;最适pH值7.0,偏碱性环境比偏酸性更易抑制菌株对菲的降解;通气量越大,对菌株Pn2降解菲的促进作用越强;外加碳氮源均能促进菌株Pn2的生长,并提高其对菲的降解速率,其中麦芽糖和酵母粉最为显著;菲降解速率和Pn2起始接种量呈正相关;菲浓度为50-150mg.L-1范围内,其降解率随污染强度增大而增加,当污染强度大于150mg.L-1时,污染强度的增大抑制了Pn2对菲的降解,Pn2降解菲的最适初始浓度为150mg.L-1。综合各环境因素的影响,降解条件可优化为:温度30℃,pH值7.0,菲污染强度150mg·L-1, Pn2接种量为15%,摇床转速200rpm,外加碳氮源选用酵母粉和麦芽糖。条件优化后,菌株降解效率显著提高,适应期缩短为4h,且在24h内菲的降解率到达96.86%。(3)采用植物水培体系以及蘸根和浸种定殖方法,考察了植物内生细菌Pn2在植物体内的定殖情况及其定殖对植物吸收菲的影响。结果发现植物内生细菌Pn2可良好定殖于黑麦草和黄瓜幼苗中,并可由根部转移到茎叶部。浸种处理,菌株Pn2能促进黑麦草的生长,而对黄瓜幼苗无明显的促生长作用。蘸根处理可促进黑麦草吸收水环境中的菲,而抑制黄瓜幼苗吸收菲。蘸根接菌组黑麦草根部菲含量低于对照组,说明菌株Pn2可促进黑麦草根部菲的代谢;蘸根接菌组黄瓜幼苗根部菲含量高于对照组,说明菌株Pn2抑制了黄瓜幼苗根部组织中菲的代谢。
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