转录组分析植物促生细菌缓解高粱微塑料和重金属复合污染胁迫机制

微塑料能成为其它环境污染物（比如重金属）潜在的转运载体,因此微塑料与重金属的复合污染越来越受到研究者的重视.为探究植物促生细菌VY-1缓解高粱微塑料和重金属复合污染胁迫机制,通过水培实验分析菌株接种对高粱生物量和重金属积累的影响,通过转录组学分析接菌对高粱基因表达的影响.结果表明,聚乙烯（PE）和镉（Cd）复合污染相比单一Cd污染使高粱地上部和地下部干重分别下降17.04%和10.36%,表现出复合污染对植物生长毒性效应增强的症状.接种植物促生细菌VY-1能缓解Cd-PE复合污染的毒性,高粱地上部和地下部长度分别增加33.83%和73.21%,干重分别增加56.64%和33.44%.转录组测序结果表明,接种VY-1后高粱根部有904个基因上调表达.促生细菌VY-1接种能上调表达生长素、脱落酸、黄酮类和木质素生物合成通路中多个基因,促进了高粱在Cd-PE复合污染胁迫下的耐受能力,提高其抗性.以上研究结果表明植物促生细菌在微塑料和重金属的复合污染中能通过调节植物基因表达缓解所受到的胁迫,为重金属与微塑料复合污染植物-微生物联合修复提供了参考.     

新乡市镉污染土壤细菌群落组成及其对镉固定效果

重金属污染土壤中具有丰富的微生物群落组成,为生物修复提供了微生物资源.本研究以新乡市某电池厂周边Cd污染土壤为研究对象,采用高通量测序和平板分离方法分析其细菌群落组成.传统培养方法表明新乡市重金属污染土壤细菌由厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门这4个门,芽孢杆菌属、节杆菌属和根瘤菌属等30个属组成;高通量测序表明,其由变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等25门及400属组成.相较于培养方法,高通量测序群落组成更为丰富.基于高通量测序的分子生态网路分析表明其关键细菌分别为Arthrobacter、Marmoricola、Nocardioides、Ferruginibacter、Flavitalea、Nitrospira和Lysobacter等组成.对分离的159株可培养菌株进行Cd摇瓶吸附实验,结果表明Aneurinibacillus、Arthrobacter和Bacillus等11个属的30株菌具有较好地固定效果.效果验证实验表明,Ochrobactrum sp. 1-6、Bacillus sp.2-11和Pseudomonas sp.1-9等6株高效菌株能提高青菜(鸡毛菜)生物量、降低青菜不同组织中的Cd含量.本研究为新乡市重金属污染土壤修复提供菌种资源,同时为重金属污染土壤细菌群落和功能提供参考依据.     

产多胺细菌阻控空心菜富集Cd和Pb效应

通过产多胺筛选培养基,借助超高效液相色谱技术,本研究从重金属污染农田空心菜根际土壤中筛选具有钝化重金属的产多胺细菌,并通过水培试验研究功能菌株对空心菜生长、多胺含量和抗氧化酶活性以及Cd和Pb吸收的影响.结果显示,从空心菜根际土壤中共分离到9株高产多胺的细菌菌株,其中Enterobacter bugandensisYX6能够分泌精胺和亚精胺,Klebsiellaquasivariicola YX8能够分泌腐胺.在LB培养基中,菌株YX6和YX8对Cd和Pb吸附去除率均大于80%.水培试验表明菌株YX6和YX8能够显著提高空心菜地上部和根部多胺（29.3%~180%）的含量以及可食用部分超氧化物歧化酶（18.5%-42.7%）和过氧化物酶（46.2%~100%）的活性,进而显著提高了空心菜地上部（21.2%~40.9%）和根部（43.3%~68.2%）的干重,同时降低了空心菜地上部和根部Cd（45.8%~69.5%）和Pb（42.4%~63.6%）的含量.产多胺细菌E.bugandensisYX6和K.quasivariicola YX8不仅能够提高空心菜生物量和抗氧化酶活性,还能低空心菜对Cd和Pb的吸收,为重金属超标农田安全利用和减少蔬菜中的重金属含量提供菌种资源.     

丹江口水库调水前后表层沉积物营养盐和重金属时空变化

旨在探明中线工程调水前后(2011~2016年)丹江口水库表层沉积物中营养盐和重金属的时空分布特征和环境风险,对丹江口水库5个典型生态位点表层沉积物中p H值、有机质(OM)、总磷(TP)、总氮(TN)及铬(Cr)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)和铅(Pb)这6种金属元素的含量及时空变化特征进行研究,同时采用加拿大淡水水生环境沉积物质量指导值(CCME)为标准来进行潜在生态风险评价.结果表明,丹江口水库表层沉积物中OM、TP和TN含量分别为25.85、0.57和1.34 g·kg~(-1);Cr、Mn、Cu、Zn、Cd和Pb这6种重金属的含量分别为57.96、521.78、13.91、195.74、0.37和12.92 mg·kg~(-1),6种重金属的含量除Zn和Cd处于土壤环境质量二级标准,其他重金属元素含量均低于土壤环境质量一级标准.TN、Mn和Zn在调水后呈上升趋势,TP及其余重金属元素在调水后呈下降趋势.除p H值外,丹江口水库表层沉积物营养盐和所测重金属含量在生态空间上分布差异均达到极显著水平(P0.01).沉积物中OM除与TN和Pb呈负相关外,与其他指标均呈正相关性.潜在生态风险评价结果显示,丹江口水库表层沉积物中Cd、Cu和Pb均不会对生物产生不良效应;OM、TN、Cr和Zn为低生态风险;TP介于无生态风险与低生态风险之间;但库心和黑鸡嘴点位Cr、Zn和TN在部分时间有较高生态风险,需引起重视.     

丹江口库区库滨带植被土壤细菌群落多样性及PICRUSt功能预测分析

微生物是土壤元素生物地球化学循环的主要驱动力,目前库滨带植物截留和消减污染物质过程中细菌群落及其功能研究尚未清楚.本研究选取适宜丹江口库区库滨带生长的4种典型植物(草本植物香根草、芦苇、乔木植物杜梨和灌木植物假奓包叶),采用16S r DNA Miseq高通量测序技术研究根际细菌群落组成,发现其主要由变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等31个门、343个属的细菌组成,表现出群落组成的丰富性.细菌群落分析表明香根草和芦苇细菌群落结构较为相似,但和杜梨细菌群落结构差异最大.PICRUSt功能预测分析表明,库滨带植物根际细菌主要涉及次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、细胞生长和死亡等38个子功能,表现出功能上的丰富性.库滨带植物根际细菌代谢能力整体趋势为假奓包叶芦苇香根草杜梨.本研究初步探讨了丹江口库区库滨带不同植物根际细菌群落和功能,为丹江口水库库滨带植被构建及其水环境保护提供了参考依据.     

镉胁迫对芒草根际细菌群落结构、共发生网络和功能的影响

芒草（Miscanthus）作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻（M.saccariflorus）为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究100 mg·kg^-1 Cd的胁迫对芒草根际细菌群落组成、共发生网络和功能的影响.MiSeq测序表明芒草根际细菌群落由32个门和425个属的细菌组成,包含鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）和链霉菌属（Streptomyces）等植物促生细菌（PGPR）种群.相似性分析（ANOSIM）和非参数多元方差分析（Adonis）表明,Cd的添加能显著影响芒草根际细菌群落组成,降低其群落多样性.同时分子生态网络分析表明Cd的添加降低了芒草根际细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为简单;降低了网络缓冲环境变化的能力;提高了负相关连线数,使根际细菌物种之间的竞争关系更强;改变关键细菌组成.PICRUSt功能预测分析表明Cd的胁迫降低了芒草根际土壤细菌功能.本研究初步分析了芒草根际细菌群落组成及其对镉胁迫的响应,为后续调控芒草修复效率提供了基础.     

高密度聚乙烯微塑料与氯嘧磺隆对大豆生长和根际细菌群落的复合胁迫效应

随着我国农业的大力发展，塑料地膜和农药被广泛投入到农业生产中，而塑料地膜降解形成的微塑料和农药在土壤中累积也带来诸多环境问题.目前微塑料与农药单一作用的环境生物学效应已有报道，但两者复合胁迫对作物生长和根际土壤细菌群落的影响研究较少.因此，设计高密度聚乙烯微塑料（HDPE，500目）与磺酰脲类除草剂代表品种氯嘧磺隆共处理，研究其对大豆生长的影响，并通过高通量测序技术、互作网络和PICRUSt2功能分析，探究HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫对大豆根际土壤细菌群落多样性、结构组成、菌群网络和土壤功能的影响，阐明HDPE和氯嘧磺隆对大豆的复合毒性.结果表明1% HDPE处理延长氯嘧磺隆在土壤中的半衰期（由11.5 d升至14.3 d），并且HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫较单一污染物对大豆生长的影响更为明显.HiSeq 2500测序表明复合胁迫下的大豆根际细菌群落由20个门、312个属组成，门和属的组成数量显著少于对照和单一处理，并降低具有潜在生物防治特性、植物促生特性等功能菌属的相对丰度（如Nocardioides和Sphingomonas等）.Alpha多样性表明复合胁迫显著降低大豆根际细菌群落的丰富度与多样性，Beta多样性则表明复合胁迫显著改变大豆根际细菌群落结构.组间样品LEfSe和PICRUSt2功能分析表明复合胁迫调控根际细菌群落的优势菌群，并减弱土壤氨基酸代谢、能量代谢和脂质代谢等二级功能层的丰度占比.由属水平网络分析推测复合胁迫降低土壤细菌间的总连接数和网络密度，使网络结构简单化，维持网络稳定的重要菌群种类也发生变化.研究结果表明HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫显著影响大豆生长，并改变大豆根际细菌群落结构、土壤功能和网络结构，相较于单一处理，复合胁迫的潜在危害更大.研究结果可为评价聚乙烯微塑料和氯嘧磺隆生态风险，以及污染土壤修复提供指导.     

产多胺细菌提高小麦Cd抗性和消减Cd吸收机制

为了探究重金属固定植物促生细菌强化作物消减对重金属的吸收及其机制,以产多胺细菌Enterobacter bugandensis YX6和小麦为研究对象,通过水培试验研究Cd胁迫下菌株YX6对小麦生长和Cd吸收以及Cd在小麦根系中亚细胞分布的影响,同时借助非标记蛋白质组学技术研究菌株YX6对小麦根系蛋白质表达的影响.结果表明,与单独3 mg·L^-1Cd处理相比,Cd胁迫下接种菌株YX6显著提高了小麦根（42.71%）和叶片（82.83%）的干重,显著降低了小麦根（48.56%）和叶（61.41%）中Cd的含量.同时,菌株YX6的接种显著提高了小麦根和叶中多胺的含量,进而增强了小麦对Cd的抗性.此外,YX6+Cd处理组中小麦根细胞器和可溶性部分中Cd的比例显著低于单独Cd处理中的比例,而细胞壁中Cd的比例则要高于单独Cd处理中的比例.非标记蛋白质组学显示,Cd胁迫下菌株YX6提高了小麦根系中与DNA修复（蛋白质-DNA复合物和DNA包装复合物）和激素（脱落酸和茉莉酸）合成相关蛋白质的表达,从而提高了小麦对Cd的抗性和消减Cd吸收.结果可为阐明产多胺细菌消减小麦Cd吸收的分子机制和保障小麦安全生产提供科学依据和技术途径.     

重金属固定植物促生细菌的筛选及其阻控小麦富集重金属效应

由于工业和采矿业等人类的活动造成农田土壤Cd和Pb污染日益严重,并可通过食物链严重影响人类健康,必须采取有效措施阻控农作物对重金属的吸收.本研究依据细菌的重金属抗性和植物促生特性筛选功能菌株,并通过摇瓶吸附实验和小麦砂培实验验证其对小麦生长和阻控小麦吸收Cd和Pb的影响.结果显示,从狗尾草根际土壤中共分离到具有固定重金属和促生能力的菌株18株,其中巨大芽孢杆菌N3和液质沙雷氏菌H12效果最好,均能抵抗高质量浓度的Cd(650mg·L~(-1))和Pb(2 700 mg·L~(-1)),分泌吲哚乙酸(IAA)(56. 6 mg·L~(-1)和69. 1 mg·L~(-1))、铁载体和1-氨基环丙烷羧酸(ACC)脱氨酶.静置培养实验表明,菌株N3和H12显著提高溶液中NH4+的质量浓度和p H值,降低溶液中Cd(63. 1%～73. 8%)和Pb(69. 1%～81. 8%)的质量浓度.砂培条件下,与不接菌相比,菌株N3和H12不仅能够显著增加小麦根(47. 2%～97. 4%)和地上部(65. 3%～153%)的干重,还能够显著降低小麦根和地上部中Cd(49. 2%～68. 3%)和Pb(27. 4%～84. 5%)的含量.本研究结果为Cd、Pb污染农田的修复和农作物的安全生产提供菌种资源和理论依据.