1、安徽科技学院学报，（）：收稿日期：基金项目：安徽省科技重大专项（）。作者简介：肖兵（），男，安徽淮北人，硕士研究生，主要从事植物逆境生长研究。通信作者：陆晓民，教授，：。葡萄糖醛酸产生菌 对水稻镉吸收的影响肖兵，黄家梦，陆晓民（安徽科技学院 农学院，安徽 凤阳 ）摘要：目的：研究重金属镉胁迫下葡萄糖醛酸产生菌 对乙烯合成及水稻镉毒害的影响。方法：通过单因素设计，分别从植株叶绿素含量、乙烯产量、重金属镉含量测定等方面探讨 对镉胁迫下水稻的影响。结果：显著抑制乙烯合成，同时抑制植株对镉的吸收。用乙烯前体物质氨基环丙基羧酸（）处理消除了 或葡萄糖醛酸诱导的水稻中镉积累的抑制作用，然而用乙烯生物合成抑
2、制剂氨基乙氧基乙烯基甘氨酸（）处理显著减少了植物中镉的积累。结论：分泌的葡萄糖醛酸抑制乙烯的生物合成，从而减少水稻根系中镉的积累。关键词：水稻；镉胁迫；葡萄糖醛酸中图分类号：文献标志码：文章编号：（）开放科学（资源服务）标识码（）：，（，）：，：，（）（）：；镉（）是最常见的重金属之一，对植物和动物等生物体具有剧毒，很容易被植物根系从土壤中吸收，然后进入食物链，对动物和人类健康构成潜在威胁。针对镉污染的土壤，主要有物理、化学和微生物修复方法，相比之下，微生物修复是一种更环保、更具成本效益的方法。在自然界中，植物被大量的微生物定殖，其中土壤微生物在维持植物健康、生产力调节、激素内稳态、帮助宿主植
3、物适应有害环境等方面发挥着重要作用。微生物介导的植物激素状态变化主要是与乙烯等挥发性化合物的形成有关。由于很难监测水稻内生菌的生理状态，所以水稻内生菌对植物抑制镉吸收的机制尚不清楚。该研究报道了水稻内生菌 对水稻镉吸收的影响，进一步探讨了该菌株提高水稻抗镉能力的机制。材料与方法材料水稻品种日本晴（）由安徽省农业科学院提供。方法 水稻培养和菌种分离鉴定使用 溶液对水稻种子表面消毒 ，然后用无菌水冲洗次。将灭菌后的种子置于黑暗条件下，然后移至无菌营养液（）、（）、（）、）。水培试验在 （白天夜晚）生长室中进行，光照和暗光周期分别为、。在镉胁迫的土壤（）中种植水稻，分离细菌菌株。取约根样品用 溶液消
4、毒 ，用无菌水研磨，并在含有 的 琼脂平板上培养。通过 基因对比测序对细菌鉴定。为研究耐镉细菌对水稻植物镉胁迫的抗性影响，最初在含有 、酵母提取物和 胰蛋白胨培养。随后将细菌悬浮液转移到含有和不含 无菌营养液的水培箱中。每个盒子 株幼苗，分为种处理：野生型、含 （）、含镉（）以及装有镉和 （）的盒子，每个处理个重复。叶绿素含量和乙烯测定取新鲜叶子浸入 丙酮中，室温避光保存，将提取液以 离心 ，测定叶绿素含量。将水稻根转移到装有无菌水的 玻璃瓶中，立即密封，在黑暗条件下 培养，然后将空气体注入气相色谱仪（，）分析乙烯含量。根据根样品的鲜重（）计算乙烯的总量。水稻镉含量测定用无菌去离子水、和 对茎
5、和根样品连续冲洗，下烘干。将植物组织用 （体积比为）混合液 下消化，用原子吸收光谱仪检测植物组织中的镉浓度。脱氨酶活性筛选 在 液体培养基中培养，以 离心 。洗涤沉淀物并重新悬浮在无菌水中。将细菌悬浮液稀释并在 代替（）的 培养基上培养。下培养，生长的细菌菌落为产 脱氨酶的细菌。安徽科技学院学报 年结果与分析 对水稻镉抗性的影响在 处理的情况下，将 日龄的水稻幼苗移植到含有 的营养液。结果显示，对非镉胁迫下水稻生长没有明显影响，而接种 对镉胁迫水稻植株的鲜重和株高明显高于未接种植株。同时发现镉胁迫条件下水稻植株的叶绿素含量显著降低，而接种 植株的叶绿素含量保持相对较高（图）。为进一步探究，在镉
6、胁迫处理周后分析水稻镉含量变化，发现水稻植株的茎和根中镉含量显著增加，而接种 的水稻植株的茎和根部镉含量显著降低（图）。图 对水稻镉胁迫下生物量的影响 图 对水稻镉含量的影响 对乙烯生物合成的影响乙烯可以激活水稻植物中铁吸收相关基因的转录，这些基因的高水平表达会增强镉的吸收，从而加剧镉的毒性，因此 诱导水稻对镉的抗性可能是由于乙烯生物合成受到抑制进而影响植株镉的吸收。接种 用 处理 日龄水稻幼苗，发现与未处理的水稻相比，镉处理的水稻根系乙烯水平显著增加，而 接种植物的根部乙烯含量明显低于未接种植物（图）。为进一步研究在 作为唯一氮源的 培养基中检测 的 脱氨酶活性，结果显示菌株不能在培养第 卷
7、第期肖兵，等：葡萄糖醛酸产生菌 对水稻镉吸收的影响基上生长，说明 不能产生 脱氨酶。为了证实乙烯参与 诱导水稻镉抗性的假设，检测了 对用乙烯生物合成前体 （）处理的水稻植株镉积累的影响。如图所示，处理后植株生物量、株高和叶绿素含量显著降低，说明 消除了 缓解水稻植株镉毒性的作用。图 对乙烯生物合成的影响 对葡萄糖醛酸分泌的影响经 分析，在 的细菌培养物中葡萄糖醛酸（）的含量随时间逐渐增加（图），表明 是一种产生葡萄糖醛酸的细菌。与对照组相比，镉胁迫条件下，接种 的根积累的葡萄糖醛酸水平显著高于对照组（图）。葡萄糖醛酸对水稻镉胁迫的影响如图所示，葡萄糖醛酸处理显著提高了水稻植株对镉的抗性，鲜重和
8、叶绿素含量显著增加，水稻植安徽科技学院学报 年物的茎叶和根部镉含量显著低于对照组。同时也可以观察到葡萄糖醛酸诱导的水稻植株对镉的抗性在很大程度上被 削弱，相反乙烯生物合成抑制剂 增强了水稻植株对镉胁迫的抗性。图 对葡萄糖醛酸分泌的影响 图葡萄糖醛酸对植物镉胁迫响应的影响 结论与讨论重金属污染在农田中普遍存在，严重威胁着食品安全。由于土壤净化的难度和成本较高，迫切需要制定低价环保的方法来处理农业生态系统中的重金属污染。该研究验证了内生细菌可以通过调节激素平衡来限制植物对镉的吸收。发现在镉胁迫条件下接种 水稻植株的鲜重和株高明显高于未接种植株，水稻植株的叶绿素含量显著降低，而接种 植株的叶绿素含量
9、保持相对较高。大量文献表明乙烯对植物缓解重金属毒害有重要作用，其中微生物通过增加或降解植物激素含量途径越来越受到人们关注 。本实验研究发现，接种内生菌 植物的根部乙烯含量明显低于未接种植物，处理后水稻植株生物量、株高和叶绿素含量显著降低，说明 消除了 缓解水稻植株镉毒害的作用。然而用内生菌 产生的葡萄糖醛酸（）处理植株发现相同结果，植株鲜重和叶绿素含量显著增加，茎和根部镉含量低于对照组。同时也可以观察到葡萄糖醛酸诱导的水稻植株对镉的抗性第 卷第期肖兵，等：葡萄糖醛酸产生菌 对水稻镉吸收的影响在很大程度上被 削弱，相反乙烯生物合成抑制剂 处理却增强了水稻植株对镉胁迫的抗性。综上，内生菌 通过分泌葡萄糖醛酸抑制乙烯生物合成从而减少水稻根系中镉的积累。参考文献：阮可瑾，谢宝玥，邓应生，等铁冬青幼苗对污染土壤中铅、镉的耐受、吸收和累积华南农业大学学报，（）：，：，（）：张世缘土壤微生物在促进植物生长方面的作用生物化工，（）：刘丽土壤重金属污染化学修复方法研究进展安徽农业科学，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：常学秀，施晓东 土壤重金属污染与食品安全 环境科学导刊，（）：韩娟 植物激素乙烯对环境污染的影响作用探析 山西农经，（）：李文阳，马梦迪，郭红卫 植物激素乙烯作用机制的最新进展 中国科学：生命科学，（）：（责任编辑：顾文亮）安徽科技学院学报 年
