生物质炭负载耐性菌强化东南景天吸收富集Cd的根际机制
批准号:
42077132
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
杨文浩
依托单位:
学科分类:
环境土壤学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨文浩
中文摘要
我国农田土壤镉(Cd)污染问题日益突出。植物提取作为一种Cd污染土壤修复手段备受关注,然而其效率受到Cd有效性差及富集量小等限制。生物质炭负载耐性菌(BCM)能够促进植物提取Cd,但其强化机制目前尚不明确。本项目以生物质炭负载B. contaminans ZCC和东南景天为研究对象,从“BCM-根系”耦合关键根际过程切入,结合根际溶液监测、13C脉冲标记、DGT和宏基因组等技术,重点研究BCM对东南景天根系分泌物影响及其与根际Cd有效性的关系,探讨BCM介导下根际与Cd活化及吸收转运相关微生物及功能基因在植物吸收富集Cd中的作用,明确BCM对根际活性铝的钝化效应及其对植物吸收转运Cd的影响,以期从根系分泌物调控、根际(内)功能基因和根际活性Al等角度阐明BCM强化东南景天提取Cd机理。研究结果在理论上可揭示BCM强化植物提取的根际机制,在实践中可为Cd污染土壤植物提取强化提供新的技术手段。
英文摘要
Cadmium (Cd) pollution in agricultural soil is a serious problem in China. As a method of using plants to remove metals from soil, phytoextraction has attracted much attention due to low-cost and environment friendliness. However, numerous factors such as low Cd bioavailability in soil and small extraction amounts limit the efficiency of phytoextraction. Biochar loaded tolerant microorganism (BCM) could promote the accumulation of Cd by plants, but the mechanism of this enhancement remains not clear. In this study, biochar loaded B. contaminans ZCC and Sedum alfredii will be taken as research objects, and the "BCM root system" coupling rhizosphere process will be chosen as starting point. By using rhizosphere solution monitoring, 13C pulse labeling, DGT and Macrogenomic technology, we will investigate the mechanisms on: 1) the effects of BCM on root exudates of Sedum alfredii and its relationship with the availability of Cd in rhizosphere; 2) how the rhizosphere microorganisms and functional genes related to the activation, absorption and transport of Cd induced by BCM influence the uptake and accumulation of Cd by Sedum alfredii; 3) the passivation effects of BCM on active aluminum in rhizosphere and its effect on Cd uptake and transport by Sedum alfredii. The purpose of this study is to elucidate the mechanism of BCM enhancing Cd phytoextraction eficiency of Sedum alfredii in terms of root exudates regulation, rhizosphere functional genes and rhizosphere active Al passivation. The results of this study would reveal the rhizosphere mechanism of Cd uptake and accumulation in Sedum alfredii enhanced by tolerant bacteria loaded on biochar in theory, and provide new technical means for the assisted-phytoextraction of Cd contaminated soil in practice.
植物提取是一种绿色低成本Cd污染土壤修复技术,然而其效率受到Cd有效性差及富集量小等限制。微生物强化植物提取是本领域国际研究前沿热点,研究表明,生物质炭负载耐性微生物是强化植物提取的新手段。然而目前关于其强化植物提取机制研究十分缺乏。本项目利用微生物固定技术将伯克霍尔德氏菌株(Burkholderia contaminans)负载于生物质炭表面,制备成“生物质炭-Burkholderia contaminans”(BCM),以超累积植物东南景天为供试材料,结合ICP-MS、高通量测序、BCR提取、转录组等技术,探究了生物质炭、菌液以及“BCM”对东南景天吸收Cd的强化作用并揭示其相关生理和根际机制。主要试验结果如下:(1)生物质炭及其木醋液均能够促进东南景天生长,改善根际化学和微生态环境,促进植物吸收富集重金属;(2)添加生物质炭、菌液和“BCM”均显著提高了东南景天地上部Cd、Zn含量和积累量,增强了东南景天Cd、Zn富集能力;提高了东南景天生物量、叶绿素含量及其抗氧化酶活性),降低了MDA和脯氨酸含量。其中生物质炭和“BCM”添加比为3%时对东南景天促生、抗胁迫能力及重金属累积均表现为最好,且“BCM”作用显著优于生物质炭;(3)生物质炭、菌液和“BCM均提高了根际土壤速效养分含量,提高了根际土壤酶活性,降低了土壤pH值。同时,BCM显著提高了根际土壤弱酸溶态、有机结合态和还原态重金属含量;(4)经“BCM”处理后,东南景天根际土壤细菌、真菌OTU数量、α多样性指数显著提高;同时,根际富集了一些促进养分循环和重金属活化菌群,如变形菌(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatiomonadets)、子囊菌(Ascomycota)、担子菌(Basidiomycota)、伯克霍尔德氏菌(Burkholderia)等。其中部分菌属(如Mortierellomycetes、Sphingomonsa、Burkholderia、Saccharomycetes等)与东南景天生物量、重金属含量/积累量正相关。综上,“生物质炭-Burkholderia contaminans”可作为强化东南景天提取重金属的有效手段,本项目结果为开展植物修复重金属土壤提供新的理论和技术支撑。
内生真菌强化东南景天积累镉的机理研究
-
批准号:41501345
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:20.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:杨文浩
-
依托单位:
国内基金
海外基金