耐重金属菌株对水稻生长效果研究

摘要：将获得的8株耐重金属菌株与苗龄为5 d的水稻植株同时置于1/2 MS培养基上共培养，7 d后统计水稻（Oryza sativa）生物学性状。结果表明，菌株3与水稻共培养后，株高、根长与对照之间无差异，但根数和鲜重与对照差异显著。菌株39与水稻共培养后，株高、根长、鲜重与对照无差异，但根数与对照差异显著。其他菌株与水稻共培养后，株高、根长、鲜重、根数与对照差异显著，尤其是菌株52对水稻生长负面影响最大。

关键词：重金属；菌株；水稻（Oryza sativa）；共培养

Abstract：Eight heavy metal resistant strains and rice（Oryza sativa）plants with seedling age of 5 days were co-cultured in 1/2 Ms. Biological character of rice was analyzed after 7 days. Rice co-cultured with strain 3 showed no difference with the control in plant height and root length but significant difference in fresh weight and root number. Rice co-cultured with strain 39 showed no difference with the contrast in plant height， root length and fresh weight but significant difference in root number. Rice co-cultured with other strains exhibited no difference with the contrast in the 4 biological characters. But strain 52 has the most negative effect on the growth of rice.

Key words：heavy metal；strains；Oryza sativa；co-cultivation

目前，中国农田重金属污染相当普遍，已经造成了巨大的经济损失和生态环境破坏。国家环保总局2006年的报告指出，全国每年遭重金属污染的粮食达1 200万t，造成的直接经济损失超过200亿元[1]。据国土资源部的数据统计，全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染，约1 000.5亿m2，其中污水灌溉污染耕地21.7亿m2，固体废弃物堆存占地和毁田1.3亿m2，固体废弃物污染多数集中在经济较发达地区。农田土壤重金属污染的治理不但是环境问题，还直接关系着人类的食品安全和自身健康及农业可持续发展。如何有效地控制及治理农田土壤重金属的污染，改善土壤质量，已经成为农业可持续发展和生态环境保护中迫切需要解决的重要内容。

本研究拟通过湖北省农业科学院经济作物研究所筛选获得的耐重金属菌株与水稻苗共培养，研究菌株对水稻生长的影响，为菌株的进一步实际应用提供依据。

1 试验材料

供试水稻品种为湖北省农业科学院粮食作物研究所提供的广两优272，参试的菌株为实验室筛选并保存的耐重金属菌株。

2 试验方法

2.1 供试菌株的培养

熔化马丁培养基，倒平板，用灭过菌的牙签从冻存管中挑取要活化的菌株，封口膜封口，培养箱中25 ℃暗培养。

2.2 水稻无菌苗的培养

将水稻种子去壳，放置在灭过菌的玻璃瓶中，先用去离子水冲洗2次，用75%乙醇浸泡30 s，随后用0.1%的HgCl2表面消毒5 min（充分摇匀），最后用去离子水清洗4次。将上述种子均匀平铺在预先准备的1/2 MS培养基上，完毕后用Parafilm封口膜封住平皿，在25 ℃恒温培养箱培养（16 h光照/8 h黑暗）。5 d后种子开始露白，种子边缘处出现微生物的则表明污染，将其剔除掉。

2.3 菌株与水稻无菌苗共培养

选取生长一致的水稻幼苗转入方形组织培养瓶中。方形组织培养瓶中倒入1/2 MS培养基，高压灭菌冷凝后，垂直切掉1/4的培养基，在切割面离方形组织培养瓶底部2 cm处接种获得的菌株菌块5个，菌块对应的培养基上接种生长一致的水稻苗5棵。接种后置于28 ℃、16 h光照80 μm/（m2・s）与24 ℃、8 h暗培养的光暗交替的培养箱中培养，在第七天观察并记录水稻的株高、根长和鲜重[2]。对照组为不含菌株的马丁培养基琼脂块。

2.4 水稻生物量的测定

水稻幼苗与真菌菌株在方形培养瓶中共培养7 d后，对照和处理各取15株稻苗，测量根长ธ、株高、不定根数、鲜重。

2.5 数据处理分❤析

所有试验处理至少重复3次，结果用平均值表示。所有数据都采用Excel软件进行处理，并通过DPS软件进行差异性分析。

3 结果与分析

耐重金属菌株与水稻幼苗在1/2 MS培养基平板上共培养7 d后，其中菌株3和39与水稻共培养后幼苗长势从表面上看与对照类似，而菌株22、29、55、35、49、52与水稻共培养后幼苗长势明显较对照差（图1）。株高、鲜重、根长、根数等生物学性状比较分析见表1。

由表1可知，菌株3与水稻共培养后，株高、根长与对照无显著差异，但根数和鲜重与对照之间差异显著。菌株39与水稻共培养后，株高、根长、鲜重与对照之间无显著差异，但根数与对照差异显著。其他菌株与水稻共培养后，株高、根长、鲜重与对照之间差异显著，尤其是菌株52对水稻生长影响最大。 4 小结与讨论

重金属污染土壤的修复技术大致可以分为物理修复技术[3，4]、化学修复技术[5]和生物修复技术[6，7]等。生物修复技术是指利用动植物及微生物的吸收、代谢作用，降低土壤中重金属含量或通过生物作用改变其在土壤中的化学形态而降低重金属的迁移性或毒性[6，7]，具有良好的社会、生态综合效益，并且易被大众接受。

Gomes等[8]考察了固定化根霉对铜离子的吸附效果。结果表明，固定化根霉可以在150 min内将铜离子浓度由20.00 mg/L降低至3.11～5.66 mg/L。根霉对铜离子的吸附效果受到固定化材料以及铜离子初始浓度的影响。Fan等[9]考察了pH、温度和微生物生长期对两种微生物（Ochrobactrumintermedium LBr，Cupriavidusmetallidurans CH34）吸附Cu2+和Cr6+的影响。结果表明，微生物在对数生长期对重金属离子的吸附能力更强。赖洁玲等[10]从铜污染的土壤中分离出一株抗铜细菌（Hyphomicrobium），经驯化后，其耐Cu2+水平达500 mg/L，该菌最适生长pH 6.0～7.2，该菌株在培养24 h、pH 7.0时，对Cu2+的去除率可以达到76%。Zemberyova等[11]考察了野生型Aspergillusniger对不同重金属离子的吸附效果。结果表明，微生物对不同重金属离子的吸附效果不同，依次为Zn（32%～92%）、Cd（24%～65%）、Cu（13%～58%）、Cr（VI）（9%～21%）和Mn（9%～18%）[11]。Polti等[12]从铬铁矿中分离并鉴定了一株Bacillus amyloliquefaciens（CSB 9），该菌可以耐受900 mg/L Cr（VI），在最佳条件下具有较快的还原速度（2.22 mg/（L・h） Cr（VI））。该菌的最佳还原条件为100 mg/L Cr（VI）、pH 7、35 ℃、处理45 h。以上研究主要注重于研究微生物种类、微生物生长期、重金属离子的种类、浓度、溶解性、毒性以及环境条件（如pH和温度等）等多种因素对耐重金属微生物吸附、富集、氧化还原等效果的影响。

而在实际应用中，一般都是微生物-植物联合修复。在众多微生物-植物修复方案中，根际促生菌-植物修复由于其独特的优势，受到广泛关注[13]。Mesa等[14]从生长在力拓河的S.maritima的根际土壤中分离了15株微生物，并考察其金属耐受性与促进植物生长的特性。在这些微生物中，很多细菌显示出了对多种重金属的耐受性，并且表现出多种促进植物生长的特性。Dharni等[15]从制革污泥污染的土壤中分离到了Pseudomonas monteilii PsF84 和Pseudomonas plecoglossicida PsF610，并对其促进植物生长的能力进行了检测。与对照相比，PsF84可以使天竺葵芽的干重增加44%，根干重增加48%，精油得率增加43%，叶绿素增加31%；PsF61☭0可以使以上指标分别增加38%、40%、39%和28%。

本研究从长期铬、镉污染的水稻田中筛选到8株高耐铬、镉菌株，通过与水稻苗共培养，观察水稻生物学特性，从中筛选出2株对水稻生长无抑制作用的菌株，为该菌株的实际应用提供了依据。同时，进一步利用铬、镉胁迫盆栽试验，论证菌株3、菌株39对水稻田的污染修复效果。

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