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本文以美洲商陆为实验材料,通过控制不同的培养条件,获得具有不同胶膜厚度的美洲商陆(低膜、中膜和高膜),研究铁锰氧化细菌促进美洲商陆根表铁锰氧化胶膜形成机制以及不同胶膜厚度对其吸收和富集重金属及营养盐的生态效应。取得以下主要的研究成果:(1)高浓度铁锰离子及铁锰氧化菌MN1405可促进美洲商陆形成高厚度的根表胶膜,胶膜厚度可达到206.60g·kg-1。高膜美洲商陆的根表胶膜呈胶状物,铁锰氧化物包裹着微生物附着在外表皮细胞上,并向内渗透到外皮层或通气组织上。在中膜与高膜美洲商陆根细胞中细胞壁是铁锰离子富集的主要场所,加入铁锰氧化菌MN 1405能减少铁锰金属离子在细胞壁的富集。铁锰氧化菌MN1405不但能进入植物根部解毒,还增加了根部抗铁锰细菌的相对丰度,有助于提高美洲商陆对铁锰的耐受性,形成厚度更高的铁锰氧化胶膜。(2)在4种不同组合镉铅复合胁迫条件下,中膜和高膜美洲商陆侧根发达,新生根较多,高Cd胁迫对根系发育有较强的抑制作用。高Cd条件下,植株对Cd的富集量为高膜美洲商陆>中膜美洲商陆>低膜美洲商陆,高膜美洲商陆Cd总富集量可达89765.69mg·kg-1(以干重计)。低Cd条件下,植株对Cd的富集量为低膜美洲商陆>高膜美洲商陆>中膜美洲商陆。高Pb处理,可提高低膜和高膜美洲商陆Cd富集量,但显著降低中膜美洲商陆Cd富集量。根系分泌的可溶性还原糖含量、叶及根部合成的可溶性蛋白含量与根表铁锰氧化胶膜的厚度成正相关。中膜和高膜美洲商陆叶片及根部可溶性蛋白含量还受到不同重金属组合胁迫的影响,镉铅复合胁迫使美洲商陆叶片及根部可溶性蛋白含量极显著高于对照组。(3)在4种不同组合镉铅复合胁迫条件下,低膜美洲商陆Pb富集量都极显著高于中膜与高膜美洲商陆,低膜美洲商陆Pb总富集量可达1457464.88mg·kg-1(以干重计)。不同厚度的铁锰氧化胶膜对Pb的吸附能力均高于Cd。低厚度的胶膜不影响Pb离子往地下部、地上部迁移;中、高厚度的胶膜在Pb离子往地下部、地上部迁移则扮演着“障碍层”的角色。蛋白图谱结果显示:三种胶膜厚度的美洲商陆其叶片中的蛋白质分子量主要集中在20KD-60KD,蛋白主带主要出现在-25KD,-29 KD,-35KD,-50KD。(4)在不同磷浓度处理下,磷的总富集量依次为高膜美洲商陆>低膜美洲商陆>中膜美洲商陆,高膜美洲磷总富集量与中膜、低膜美洲商陆之间存在极显著性差异,中膜与低膜美洲商陆仅在高磷处理下存在极显著性差异。磷在美洲商陆各部位的分布比率结果显示:铁锰氧化胶膜是磷的重要截留位点,高膜美洲商陆的磷富集量占49201.47mg·kg-1(以干重计),对磷从胶膜往根系迁移起抑制作用。可溶性蛋白和多糖等生理活性物质表达量与磷浓度无明显相关性,但与与膜厚度存在相关性。