中山大学

硕士学位论文

微生物联合能源植物修复矿山周边酸性污染土壤的潜力研究

姓名：石宁

申请学位级别：硕士

专业：环境工程

指导教师：仇荣亮

20090606

微生物联合能源植物修复矿山周边酸性污染：ｔ壤的潜力研究

微生物联合能源植物修复矿山周边酸性

污染土壤的潜力研究

专业：环境工程

硕士生：石宁

指导老师：仇荣亮

摘要

金属矿产开采过程所产生废水、废气和固体废弃物中的有害成分通过径流、大气交流等方式对矿区及周边地区的生态环境造成了严重的破坏，其中由于酸性矿山废水外排所带来的大量矿山周边酸性．重金属污染土壤的生态修复也已成为困扰环境领域的重要难题。近年来，植物修复因其治理效果的永久性、治理过程的原位性、治理成本的低廉性、环境美学的兼容性等优点而成为重金属污染土壤生态修复中最具竞争力的技术之一，然而土表极端的环境条件将限制绝大多数植物的生长，因此利用各种措施加速重金属污染土壤植物修复的进程已成为环境领域新的热点问题。

植物根际促生茵是指能够通过分泌有益物质从而直接或间接促进植物生长的一类细菌，研究表明其促生作用在恶劣的环境条件下表现尤为突出，因而被认为是辅助植物在逆境中定殖的关键性因素。就复垦植物而言，所选用的植物品种应该是不以食用为目的，并且能够在酸性矿山污染土壤生长的金属耐性植物。基于此，本研究从不同矿山植物根际土壤中筛选出两株具有较强重金属抗性的根际促生菌，在对其促生特性、生长特性及对土壤重金属作用机制进行研究的基础上，进一步将其与能源植物——麻疯树和油菜结合应用于原位污染土壤的修复中，旨在成功建立矿山周边酸性污染土壤的微生物．植物联合修复技术体系，为联合修复技术在我国的推广应用提供科学依据和实践参考。主要研究结果如下：

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１．采用富集筛选法，从不同矿山植物根际土壤中筛选出２株能以ＡＣＣ为唯一氮源正常生长的植物根际细菌。经生理生化特征及１６ＳｒＤＮＡ序列分析，确认均为伯克霍尔德氏菌属（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ．ＹＮＭ和Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ．ＤＢＭ）。

２．菌株ＢｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓＰ．ＹＮＭ和Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ．ＤＢＭ具有溶磷、固氮、分泌ＩＡＡ、产生铁载体和促进植物生长等多种促生特性，因此均为宝贵的生物资源；同时研究发现菌株对温度、ｐＨ值、盐浓度具有较广的适应范围，对多种重金属离子具有较强的抗性，因此可被广泛应用于多种环境条件下的污染修复工作中，

３．土壤淋溶试验结果表明，菌株对土壤重金属具有较强的固化能力，而这一作用是通过促进重金属向残渣态进行迁移转化来实现的，原因可能一方面在于菌株分泌物具有钝化重金属离子的能力，另一方面是由于菌体本身对金属离子的吸附作用降低了其生物可利用性。

４．温室条件下，在两种污染程度不同的土壤中，考察接种ＹＮＭ、ＤＢＭ或两者混施对麻疯树生长及金属吸收的影响，结果表明：尽管处理之间植物体内重金属含量并未发生显著变化，但接菌处理能有效地促进植物生长，降低重金属毒害作用，因此研究认为供试菌株对麻疯树的主要作用仍然表现为促生功能，且研究发现接种菌株可以有效缓解过氧化作用对植物组织的伤害，增强植物的抗逆性和适应性，这可能是菌株缓解重金属毒害作用的重要机制之一。

５．大田条件下，考察单施菌剂、改良剂或两者混施对苗期和收获期油菜生长及金属吸收的影响，结果表明：无论单施菌肥还是改良剂，均能有效增加植物生物量，且混施处理的效果优于单独施用，说明二者之间存在积极的交互作用；施加改良剂降低了植物各部分重金属含量，而施加菌剂则主要是通过降低地上部重金属含量的同时增加地下部金属含量的方式来减少环境隐患，联合施用有利于进一步降低植物地上部金属含量，而地下部金属含量则介于两者单独施用处理之间。纵向比较前后两批植物的生长和金属吸收情况可以发现，尽管不同处理植物生物量仍高于对照，但与第一批植物相比，促生效果有所降低，对重金属的固定效果也有所下降。在所有处理中，粉煤灰＋ＤＢＭ的处理效果都是最好的，这一结果可以为矿山酸性污染土壤联合修复技术的推广提供参考。

关键词：植物促生菌；能源植物；改良剂；重金属污染土壤；植物修复

微生物联合能源植物修复矿山周边酸性污染土壤的潜力研究

ＴｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＰＧＰＲａｓｓｉｓｔｅｄ

ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｎｅｒｇｙｐｌａｎｔｆｏｒａｃｉｄｓｏｉｌｓ

ａｒｏｕｎｄＤａＢａｏＭｏｕｎｔａｉｎ

Ｍａｊｏｒ：Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ

Ｎａｍｅ：ＳｈｉＮｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＱｉｕＲｏｎｇｌｉａｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｓｏｆａｃｉｄｍｉｎｉｎｇｗａｓｔｅｌａｎｄｏｒｉｇｉｎａｔｅｄｆｒｏｍａｃｉｄｍｉｎｅｄｒａｉｎａｇｅｓ（ＡＭＤ）ｗｈｉｃｈｏｆｔｅｎｃｏｎｔａｉｎｅｌｅｖａｔｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙｔｏｘｉｃｍｅｔａｌｓ（ｅ．ｇ．，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，ａｎｄＰｂ）ｒｅｓｕｌｔｆｒｏｍ

ｔｏｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｓｕｌｆｉｄｅ—ｂｅａｒｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｓｅｘｐｏｓｅｄｗｅａｔｈｅｒｉｎｇｈａｓｂｅｃｏｍｅ

ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｌｏｂａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍ．Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｉｓｅｍｅｒｇｉｎｇｔｈｅｍｏｓｔ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｅｎｅｆｉｔｆｒｏｍｉｔｓｕｎｉｑｕｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｆｅｗｓｐｅｃｉｅｓａｒｅａｂｌｅｔｏｗｅｌｌｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｎｄｅｒｐｌａｎｔｉｔｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ＳＯｂｅｃｏｍｅｓａｎｏｖｅｌｈｏｔｓｐｏｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｉｅｌｄｔｏｅｎｈａｎｃｅｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓ．

Ｂａｃｔｅｒｉａａｂｌｅ

ｏｒｔｏｃｏｌｏｎｉｚｅｐｌａｎｔｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙａｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙｂｙｐｒｏｄｕｃｉｎｇｐｒｏｆｉｔａｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌ

ｔｏｉｔｓｕｎｉｑｕｅｒｅｆｅｒｒｅｄａｓｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈｐｒｏｍｏｔｉｎｇｈａｓｒｈｉｚｏｂａｃｔｅｒｉａ（ＰＯＰＲ）．Ｏｗｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｉｔｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄｔｏｂｅｔｈｅ

ｋｅｙｅｌｅｍｅｎｔｓｆｏｒｐｌａｎｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｕｎｄｅｒｅｘｔｅｒｎａｌｓｔｒｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｆｏｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅ

ｃａｌｌｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｐｌａｎｔｓｐｅｃｉｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｎｏｎ－ｅｄｉｂｌｅａｎｄｗｈｉｃｈ

ｇｒｏｗｎａｂｕｎｄａｎｔｌｙｉｎｌａｒｇｅｓｃａｌｅｏｎｂｅｗａｓｔｅｌａｎｄ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｉｓｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｗｏｐｌａｎｔ

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ｇｒｏｗｔｈｐｒｏｍｏｔｉｎｇｒｈｉｚｏｂａｃｔｅｒｉａｓｗｉｔｈｈｉｇｈｌｙｈｅａｖｙｍｅｔａｌ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔｗｅｒｅｉｓｏｌａｔｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈ－ｐｒｏｍｏｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｇｒｏｗｔｈ

ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌ ｔｏｌｅｒａｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｆｕｒｔｈｅｒｌｙｅｆｆｅｃｔｉｏｎｏｆＰＧＰＲａｓｓｉｓｔｅｄ

ａｎｄｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｎｅｒｇｙａｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｄｅａｌｐｌａｎｔ－Ｊａｔｒｏｐｈａｃｕｒｃａｓｒａｐｅ（Ｂｒａｓｓｉｃａｎａｐｕｓ），ａｉｍｅｄ

ａｃｉｄｍｉｎｉｎｇｗａｓｔｅｌａｎｄａｎｄＰＧＰＲ－ａｓｓｉｓｔｅｄｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｏｆｏｆｆｅｒｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｅｖｉｄｅｎｃｅｓａｎｄ

ｐｒａｃｔｉｃａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ．

Ｔｈｅｍａｊｏｒｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：

ａｓａ１．ＴｗｏＰＧＰＲｓｗｅｒｅｉｓｏｌａｔｅｄｆｏｒｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｔｏＵＳｅＡＣＣｓｏｌｅｎｉｔｒｏｇｅｎｓｏｕｒｃｅ

ｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓｔｈｒｏｕｇｈｃｌａｓｓｉｃａｌｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｂｏｔｈｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｓＢｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ．ＹＮＭａｎｄＢｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ．ＤＢＭｂａｓｅｄ

ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｉｒａｎｄ１６ＳｒＤＮＡｇｅｎｅｓｅｑｕｅｎｃｅ；

２．Ｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｔｗｏｓｔｒａｉｎｓｗｅｒｅａｌｓｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ．ＳｔｒａｉｎｓＹＮＭａｎｄＤＢＭｃｏｕｌｄｂｏｔｈｐｒｏｄｕｃｅｉｎｄｏｌｅａｃｅｔｉｃａｃｉｄ（ＩＡＡ），ｓｉｄｅｒｏｐｈｏｒｅ，ａｎｄ１一ａｍｉｎｏｃｙｃｌｏｐｒｏｐａｎｅ——１——ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅｄｅｍｉｎａｓｅ．Ｔｈｅｙｃｏｕｌｄａｌｓｏｓｏｈｂｉｌｉｚｅｉｎｏｒｇａｎｉｃｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ｆｉｘｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｓｔｉｍｕｌａｔｅｒｏｏｔｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｂｏｔｈｓｔｒａｉｎｓｗｅｒｅ

ａｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｔａｎｄｐＨａｎｄｓａｌｔｔｏｌｅｒａｎｔ，ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｓｔｒａｉｎｓｇｒｅｗｗｅｌｌ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ２５＂Ｃｔｏ３５＂（２ａｎｄｐＨ４．０—７．０，ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｇｒｏｗｔｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ２５＂Ｃａｎｄ２８＂Ｃ，ｐＨ５．０ａｎｄ６．０．Ｂｏｔｈｓｔｒａｉｎｓｃｏｕｌｄｇｒｏｗｗｅｌｌｉｎｔｈｅｍｅｄｉｕｍｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ８％ＮａＣｌ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｙａｌｓｏｓｈｏｗｅｄ

ｈｉｇｈｌｅｖｅｌｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌ．

３．Ａｓｏｉｌｃｏｌｕｍｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄ

ｏｎｏｕｔｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｂａｃｔｅｒｉａ

ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔａｌｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｏｂｉｌｉｔｙｔｈｒｏｕｇｈｓｉｎｇｌｅｃｈｅｍｉｃａｌｂａｃｔｅｒｉａａｎｄｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ

ｉｍｐａｃｔｓｓｈｏｗｅｄｏｎｔｈａｔｉｎｏｃｕｌａｔｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇＹＮＭａｎｄＤＢＭｐｏｓｅｎｅｇａｔｉｖｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄ

ｍｏｂｉｌｉｔｙｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｓｏｉｌ，ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒａｃｔｉｏｎｓｏｆｗａｔｅｒ—ｓｏｌｕｂｌｅａｎｄＣａＣｌ２一ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅｍｅｔａｌｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｗｈｉｃｈｈａｄＳＯＩＩ∞ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｓｏｉｌｐＨｖａｌｕｅ；ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆａｔｈｒｅｅ—ｓｔｅｐｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｍｏｄｉｆｉｅｄｆｒｏｍＢＣＲ

ｔｏａｍｅｔｈｏｄ，ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｂａｃｔｅｒｉａｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｌｅｄ

ｒｅｃｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｄｍｉｇｒａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｎｔｏｔｈａｔｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｔｈｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｓｃｏｕｌｄｂｅｗｅｌｌｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄｂｙＹＮＭａｎｄＤＢＭ．Ｔｈｅ

ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂａｃｔｅｒｉａｌｇｒｏｗｔｈｐｒｏｄｕｃｔｓ—ｍｅｔａｌ

微生物联合能源植物修复矿山周边酸性污染土壤的潜力研究

ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｓｓａｙａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｗａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅｓｏｉｌｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｂｙｂａｃｔｅｒｉａｃｅｌｌｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅ

ｐｌａｙａｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆｂａｃｔｅｒｉａｌｇｒｏｗｔｈａｎｄｂａｃｔｅｒｉａｃｅｌｌｓｇｒｅａｔｒｏｌｅｉｎｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓ．

ｏｒ４．ｎｌｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＹＮＭａｎｄＤＢＭｔｈｅｉｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｇｒｏｗｔｈａｎｄｈｅａｖｙ

ｍｅｔａｌａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｂｙＪａｔｒｏｐｈａＣＵｒＣａｓｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄｉｎｐｏｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ

ｔｙｐｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐＨａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｈｅａｖｙ

ｐｏｌｌｕｔｅｄ

ｓｔｒａｉｎｓａｔｔｗｏｓｏｉｌｍｅｔａｌ（ｒｅｆｅｒｒｅｄａｓｌｏｗ－ａｎｄｈｉｇｈ－ｓｏｉｌ）ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｒｅｓｕｌｔｓａｆｔｅｒ４ｍｏｎｔｈｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｏｎｔｈｅｐｌａｎｔｇｒｏｗｈ、ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｉｃｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓａｎｄ

ｏｎｈｅａｖｙｍｅｔａｌａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｅｉｔｈｅｒｓｏｉｌ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ

ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅｓｏｉｌｐＨｖａｌｕｅａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｗｅｒｅｈｅａｖｉｌｙｄｅｐｅｎｄｅｄｏｎｔｈｅｓｏｉｌｔｙｐｅ．Ｉｎｌｏｗ－ｌｅｖｅｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ，ｂａｃｔｅｒｉａｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｓｏｉｌｐＨａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｈｅａｖａｉｌａｂｌｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｕｎｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ（Ｆｅｅｘｃｅｐｔｅｄ），ｗｈｅｒｅａｓ

ｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄＷａｓｉｎｔｈｅｈｉｇｈ－ｌｅｖｅｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｂｓｅｒｖｅｄ（Ｐｂｅｘｃｅｐｔｅｄ）．Ｔｈｅ

［ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅ（ＳＯＤ）、Ｃａｔａｌａｓｅ（ＣＡＴ）、Ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ（ＰＯＤ）、ａｓｃｏｒｂａｔｅ

ｓｏｌｕｂｌｅｓｕｇａｒｓｗｅｒｅａｌｓｏｍｅａｓｕｒｅｄ，ｒｅｓｕｌｔｓｐｅｒｏｘｉｄａｓｄ（ＡＰＸ）］、ｌｉｐｉｄｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄ

ｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔＰＧＰＲｃｏｌｏｎｉｚａｔｉｏｎｈｅｌｐｅｄｐｌａｎｔｓｔｏａｌｌｅｖｉａｔｅｏｘｉｄａｔｉｖｅｄａｍａｇｅｔＯ

ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓｉｎｍｅｔａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｂｕｉｌｄｕｐｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄ

ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙＴ１１ｉｓｉｓｐｒｏｂａｂｌｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｍｐａｃｔｍｅｃｈａｍｓｍｆｏｒＰＧＰＲｓｔｏａｌｌｅｖｉａｔｅｔｈｅｔｏｘｉｃｅｆｆｅｃｔｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙ

ｓｔｕｄｙｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ．ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅ

ｔｗｏｏｆｔｈｒｅｅ５．Ｔｈｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｅｎｄｍｅｎｔｓ（１ｉｍｅｓｔｏｎｅ、ｎｙａｓｈａｎｄｄｏｌｏｍｉｔｅ）ａｎｄ

ｏｒｂｉｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ．ＹＮＭａｎｄｏｎＢｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ．ＤＢＭ）ａｌｏｎｅ

ｒａｐｅｉｎｆｉｅｌｄｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｔｈｅｇｒｏｗｔｈａｎｄｍｅｔａｌｕｐｔａｋｅｏｆａｎｄｂｉｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｂｏｔｈａｍｅｎｄｍｅｍｓ

ｔｏｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅｂｉｏｍａｓｓｏｆｒａｐｅｗｈｅｎｃｏｍｐａｒｅｄｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｈｉｌｅｔｈｅ

ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｇｅｔｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｈｉｃｈｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｗｅｒｅｓｏｍｅｐｏｓｉｔｉｖｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｍｅｎｄｍｅｎｔｓ

ｏｆａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｈｅａｎｄｂｉｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅ

ｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｅｖｅｒｙｐａｒｔｐｌａｎｔ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｂｉｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｍｅｔａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｏｏｔａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆ

ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｔｈｅｔｈｅｓｈｏｏｔｗｉｔｈａｒｅｓｕｌｔｏｆｌｏｗｅｒｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｕｒｔｈｅｒｒｅｄｕｃｅｄｍｅｔａｌ

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ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｓｈｏｏｔ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｒｏｏｔｗａｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｒｅｗｅｒｅｓｔｉｌｌｏｂｖｉｏｕｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｎｄｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄｈａｒｖｅｓｔｏｆｒａｐｅｗｅｒｅｍｕｃｈｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｆｉｒｓｔｈａｒｖｅｓｔ，

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈｐｒｏｍｏｔｉｎｇｒｈｉｚｏｂａｃｔｅｒｉａ：

ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ：ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｐｌａｎｔ；ａｍｅｎｄｍｅｎｔｓ；

论文原创性声明

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学位敝储虢石雪聊虢Ｐ靴２ＤＤ７年。６月易日

学位论文使用授权声明

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微生物联合能源植物修复矿山周边酸性污染土壤的潜力研究

第一章文献综述

１．１研究背景

矿产资源开采为我国工农业生产和社会经济发展提供物质保障的同时也引发了一系列的生态环境问题，危及人类健康及社会、经济的可持续发展（胡振琪等，２００５；２００３年中国国土资源公告；王英辉等，２００７）。其中，开采活动所产生的露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区以及受重金属污染而失去经济利用价值的土地称为矿山废弃地（李永庚，２００４）。据报道，我国因采矿所导致的废弃地到上世纪末约为３００万心（黄铭洪等，２００３），同时这一数字在以４．６７万ｈｍ２／年的速度飞速增长（束文圣等，２００３）；然而目前平均恢复率仅约为１０％＂－＇１２％，其中煤矿类废弃地生态恢复率较高，而金属矿山废弃地恢复率更低（５％以下），这与矿业先进国家的废弃地恢复率（５０％－－－８０％）相差甚远。这一趋势不仅进一步加剧了我国人多地少的矛盾，同时也给矿区及周边居民的生活质量和重要农副产品绿色安全带来隐患（邹哓锦等，２００８；Ｚｈｕａｎｇｅｔａ１．，２００９），因此研究矿山污染的生态恢复就有其必要性、特殊性和紧迫性（王英辉等，２００７；李明顺，２００５）。１．２现存修复技术概述

现行重金属污染土壤的修复技术按学科分类，可分为生物、化学、物理化学修复以及农业工程技术修复等：按场地分类，则可分为原位修复（ｉｎ－－ｓｕｉｔ）和异地修复（ｅｘ－－ｓｕｉｔ）然而就其对重金属污染物质的作用本质而言，无非为固定（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）、去除（ｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）和隔离（ｓｅｐｅｒａｔｉｏｎ），但无论是何种方法，其最终目的都在于最大程度地提高修复效率，减少环境风险。

生态修复是目前矿山污染修复的工作核心和主流思想，是指运用恢复生态学理论将受损生态系统恢复到接近于采矿前的自然状态，或重建成对人类有某种有益用途的状态，或修复成与周围环境（景观）相协调的其它状态。它强调的是一个动态过程，而不单单是过程的结果。生态修复并不意味着在所有场合下都恢复原有

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的生态系统，其关键在于恢复生态系统必要的结构和功能，并使系统能够自我维持（王英辉等，２００７）。在这一理念中，植被复原与生物多样性保护是目标实现的主要途径。

１．３植物修复技术分析

植物修复是生态修复体系中最重要的技术之一，是指利用某些植物与土壤微生物之间的联合作用将污染物转化为一种无害的形态。事实上，任何能够在污染环境中生存的植物都以其特定的耐受和代谢方式无时无刻不在进行着植被修复，但往往这个过程需要很长时间，这是由于开采活动的干扰往往超过了开采前生态系统恢复力的承受限度，若任由采矿废弃地依靠自然演替（ｎａｔｕｒａｌｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ）恢复，可能需要１００＂－－＇１０００ａ（Ｂｒａｄｓｈａｗ，１９９７），尤其是诸如金属矿开采后形成的废弃地（如尾矿库），其表面形成极端的生态环境：表土层破坏、土壤贫瘠、重金属含量过高，极端ｐＨ值及生物种类减少等，致使自然条件下植物几乎无法定居，因此人工协助恢复在绝大多数情况下是十分必要的，而我们所讲的“植物修复”则正是研究如何人工强化这一自然净化过程，缩短修复年限的技术，其精髓就在与传统的物理、化学等修复技术相比，因其治理效果的永久性、治理过程的原位前景看好，但是真正推广起来仍有很多问题需要解决。其中关键的技术问题在于以及修复产物的有效处置。

如上所述，生态系统的自我维持是矿山生态修复的终极目标，而植被修复是

于通过辅以某项或某几项强化措施将植物、土壤、微生物三者高效、有机地结合起来以最大程度的提高植物的修复效率，强化土壤的自净作用，加速自然循环。该技术以植物耐受或超积累某种或某些污染物的理论为基础（唐世荣，２００６），性、治理成本的低廉性、环境美学的兼容性、后期处理的简易性等特点而具有极好的环境效益及市场前景（孙健等，２００７），因而近年来倍受人们的关注。尽管如何建立高效的修复体系（包括适宜植物的筛选以及各种强化措施的有效结合）１．４植物．微生物体系在矿山废弃地修复中的重要性实现这～目标的主要途径。在陆地生态系统中，根际是土壤．植物生态系统物质交

微生物联合能源植物修复矿山周边酸性污染土壤的潜力研究

换的活跃界面，植物是第一生产者，土壤微生物是有机质的分解者。植物将光合产物以根系分泌物和植物残体形式释放到土壤，供给土壤微生物碳源和能源；而微生物则将有机养分转化成无机养分，以利于植物吸收利用，因此植物．微生物的相互作用维系或主宰了陆地生态系统的生态功能（陆雅海等，２００６），而植物修复实际上就是以植物为主体、以微生物为辅助的环境修复过程。这一过程能够有效进行的前提条件即植物能够适应污染环境而存活，这一方面要依靠植物自身的抗（耐）性，另一方面利用根际环境微生物类群与植物根系的相互作用具有重要的意义。

在矿山废弃地的修复实践中，无论是何种具体的修复方式，只要其以生态修复为终极目标，植被修复则是其重建生态系统所不可或缺的途径，而植物一微生物系统的研究则是有效进行植被修复的理论基础和前提条件。基于此，越来越多的学者将目光锁定于植物根际和微生物相互作用的研究，希望为人工调控根际微环境以及利用有益微生物提供理论依据，这些研究主要集中在以下几个方面：

１）根际分泌物的原位收集、鉴定技术；

２）原位测定微生物群落结构和功能及微生物代谢产物鉴定技术；

３）根际分泌物与根际微生物相互作用机制研究；

４）植物与根际微生物相互作用基质研究；

５）植物与根际微生物代谢物相互作用机制研究；

６）植物／微生物对环境毒害的耐受和解毒机制研究：

７）植物根际．微生物体系修复环境污染技术研究。

基于本论文的主要研究目的——借助于有益微生物强化植物修复金属矿山废弃地，将从以下几个方面进一步了解各方向的研究进展，以寻求更好的切入点和开展研究工作的理论基础和技术指导：

１）微生物与重金属相互作用机制研究进展；

２）根际有益微生物促生机制研究进展；３）微生物强化植物修复重金属污染土壤的研究进展。

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１．５微生物与重金属相互作用机制研究进展

１．５．１微生物对重金属毒害的耐受、解毒机制

某些重金属是微生物不同生长期的必需微量元素，当处于痕量水平时可有效促进微生物的生长，且菌体会通过各种生理代谢机制维持所需重金属在体内的动态平衡（Ｃｌａｕｄｉａｅｔａ１．，２０００；ＨａｏｅｔａＬ，１９９９）；然而当重金属含量超过一定浓度时就会对微生物产生毒性，甚至会杀死菌体，如破坏细胞膜、使蛋白质变性、使ＤＮＡ链断裂、抑制ｒｎＲＮＡ翻译、抑制细胞分裂、抑制酶活性及破坏基因等（刘爱民，２００５）。

尽管如此，长期生活在重金属胁迫环境中的微生物对重金属毒害形成了一定的耐性和抗性，某些微生物甚至可以通过自身独特的解毒机制对重金属存在产生积极、直接反应，即通过运输、结合与转化等方式把抑制其正常生长繁殖的有毒重金属浓度降低、毒性减弱并对重金属毒性产生抗性的生理代谢过程（陈新才，２００６）。

具体而言，微生物主要是通过阻避作用、结合钝化作用、代谢转化作用、遗传变异、排出作用及其它解毒作用和逆境响应基因表达等表现出抗性以减少毒物和逆境对生物的伤害。不同的物种和个体对毒物和逆境的抗性也不同，其抗性愈强的生物受环境污染的伤害也愈小（刘爱民，２００５）。由于重金属的用途日益广泛，用量日益增加，因此，提高重金属的有效开采与副矿利用率显得尤其重要，同时由于重金属所具有的毒害性，进入环境中的重金属会导致生态系统的严重破坏，因此研究微生物的重金属生物抗性以利于其在环境修复中的应用具有深远的意义（陈新才，２００６），而这方面的研究工作在国内进行得还很少，且主要集中于重金属废水的治理中，在国外主要集中于生化作用与基因水平的机理研究（Ｆｒａｎｋｅｅｌａ１．，２００１）。

土壤微生物对重金属的耐性和适应性是常见现象，因此在重金属污染区往往存在大量耐受微生物群体，这些群体的增加主要是由于有毒重金属致使敏感性群体死亡的结果。抗性微生物在污染环境中繁衍通常是由与基因改变、生理适应或已具抗性种对敏感种的取代（刘爱民，２００５）。此外，土壤微生物是土壤的活性有机胶体，种类繁多、数量庞大，比表面大、代谢活动旺盛，在重金属污染物的土

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壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用（腾应等，２００７），因此如何利用微生物对重金属毒性的抗性，实现重金属趋利避害，已是重金属微生物治理与应用领域的研究热点；然而，不同于重金属废水的微生物处理，由于至今仍没有一种经济有效的从土壤中回收富集了重金属的微生物的技术，大大限制了微生物在重金属污染土壤中的应用（张士晋，２００６），因此尽管微生物修复引起极大重视，但大多数技术仍局限在科研和实验室水平，少有微生物重金属修复的实例报道ｆ周东美等，２００４）。

１．５．２微生物对土壤中重金属的作用机制

土壤是重金属离子的源和汇，重金属在土壤中的活性和生物有效性受到多种因素的限制，特别是各种有机胶体、无机矿物以及有机无机复合体对重金属离子的吸附、固定、络合、溶解、氧化还原等等（郭学军等，２００２）。它们决定着重金属在土壤中固．液相之间的分配以及重金属向地表水和地下水的迁移（ＰａｕｌａｎｄＣｌａｒｋ，１９９０）。

由于土壤微生物对重金属毒害具有耐性和适应性，因此在重金属污染区往往富集了大量耐受微生物群体，对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的（腾应等，２００７）。具体而言，微生物对土壤中重金属活性的影响主要体现在以下３个方面：１）生物吸附和富集作用；２）溶解作用；３）氧化还原作用。

１．５．２．１微生物对重金属的生物吸附和富集

土壤微生物本身及其代谢产物都能吸附和转化重金属。微生物对重金属的生物积累主要包括胞外络合、胞外沉淀及胞内积累等３种形式，其作用方式有以下几种：１）金属磷酸盐、金属硫化物沉淀；２）细菌胞外多聚体；３）金属硫蛋白、植物螯合肽和其它金属结合蛋白；４）铁载体；５）真菌来源物质对金属的去除；６）衍生、诱导或分泌的微生物产物与金属去除等（腾应等，２００７）。微生物在其生长过程中与土壤环境因素相互作用释放出许多代谢产物，这些代谢产物能与重金属发生反应从而吸附、固定重金属。有关微生物吸附富集重金属离子的机制已有很多报道。细菌细胞吸附重金属离子的成分主要是肽聚糖、脂多糖、磷壁酸

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和胞外多糖等（Ｂｅｖｅｒｉｄｇｅ，１９７８，１９８９；Ｂｅｖｅｒｉｄｇｅ

Ｋｏｖａｌ，１９８１；Ｌａｎｇｌｅｙ

ＤｏｙｌｅａｎｄＭｕｒｒａｙ，１９８０；ＢｅｖｅｒｉｄｇｅａｎｄａｎｄＢｅｖｅｒｉｄｇｅ，１９９９；ＢｅｖｅｒｉｄｇｅａｎｄＳｃｈｕｌｔｚｅ—ｌａｍ，１９９５；ａｎｄＭａｔｔｈｅｗｓ．１９８０）；某些微生物还能代谢产生柠檬酸、草酸等物质，这些代谢产物能够与重金属产生螫合或形成草酸盐等沉淀，从而降低土壤溶液中重金属的移动性和可生物利用性（常学秀等，２００３）。此外，微生物吸附重金属还与很多物理和化学因素有关，如ｐＨ、温度、金属离子浓度和共存离子等（陈新才，２００６）。

微生物这一吸附、固定能力可用于减轻土壤重金属污染毒害作用，减少植物对重金属的吸收。环境中重金属的加入对微生物种类、活性产生影响的同时，微生物也能够通过自身生命活动积极改变环境中重金属的存在状态使之沉淀、吸附，从而减少植物的吸收（Ｚｏｕｂｏｕｌｉｓ

１．５．２．２微生物对重金属的溶解ｅｔａ１．，２００４）。

微生物对重金属的溶解主要是通过各种代谢活动直接或间接地进行。土壤微生物的代谢活动能产生多种低分子量的有机酸，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸等，这些酸性成分可有效促进土壤中重金属的溶解，有利于重金属的植物吸收，可用于微生物强化植物修复重金属的研究（Ｓｉｅｇｅｌ，１９８６）。

１．５．２．３微生物对重金属的氧化还原

重金属污染土壤中存在一些特殊微生物类群，它们对有毒重金属离子不仅具有抗性，同时可以改变重金属的氧化还原状态，使重金属化合价发生变化，改变重金属的稳定性（腾应等，２００７）。Ｓｉｌｖｅｒ等指出（陈玉成，２００３），在细菌作用下氧化还原是最有希望的有毒废物生物修复系统。Ｂｌａｋｅ等人发现一株能将有毒Ｃｒ６＋转化为无毒、稳定的Ｃ，的同时通过改变Ｈ９２＋、ａｂ２＋、Ｃｄ２＋等有毒离子的价态以降低其毒性和迁移性的假单胞菌；此外，研究表明微生物还原Ｈ９２＋所产生的Ｈｇｏ是大气中Ｈｇ的一个重要来源。

１．５．２．４微生物修复重金属污染土壤的局限性

由于我们不可能将微生物群体迁移出土壤，因此尽管微生物对于修复重金属污染土壤中的汞等挥发性金属具有一定效果，但对于大部分重金属只能改变其形态，而不能对其进行彻底去除，因此单独使用微生物对于重金属污染土壤的修复

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是不彻底的，不能够从根本上解决这一问题（张士晋，２００６）。

１．６根际有益微生物促生机制研究进展

植物根际（ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ）是指生物、化学或物理性质受到根系影响的紧密环绕植物根的区域（陈晓斌等，２０００）。这一概念首先于１９０４年由德国微生物学家ＬｏｒｅｎｚＨｉｌｔｎｅｒ提出用于描述豆科植物根系与细菌的特殊关系。研究表明，植物根际微生物多而活跃，构成了根际特有的、包括细菌、真菌、原生动物等类群的微生物区，其中以细菌为主（胡江春等，２００４）。根据其对植物的作用，根际细菌可分为有益（２％～５％），有害（８％＇－－－１５％）和中性（８０％－－－９０％）－－类（陈晓斌等，２０００）。

根际植物促生菌（Ｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈｐｒｏｍｏｔｉｎｇｒｈｉｚｏｂａｃｔｅｒｉａ，简称ＰＧＰＲ）是指能

ｅｔａ１．，够通过分泌有益物质从而直接或间接促进植物生长的一类细菌（Ｓｃｈｉｐｐｅｒ

１９８７）。自１９７８年Ｂｕｒｒ和Ｓｃｈｒｏｔｈ在马铃薯上率先报道ＰＧＰＲ以来，大量研究事实证明ＰＧＰＲ广泛存在于多种植物（Ｏ’Ｓｕｌｌｉｖａｎｅｔａ１．，１９９２），据不完全统计，国内外已发现包括荧光假单胞菌、芽胞杆菌、根瘤菌、沙雷氏属等２０多个种属的根际微生物具有防病促生的潜能，其中最多的是假单胞菌属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、次为芽胞杆菌属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、农杆菌属（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、埃文氏菌属（Ｅｒｉｗｉｎｉａ）、黄杆菌属（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、巴斯德氏菌属（Ｐａｓｔｅｕｒｉａ）、沙雷氏菌（Ｓｅｌｌｒｍｉａ）、肠杆菌（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）等等（胡江春等，２００４），对ＰＧＰＲ的研究也日益成为国际上的热门课题。尽管目前关于ＰＧＰＲ促生作用机制众说纷纭，但一般认为可分为直接和间接两种方式（Ｇｌｉｃｋｅｔａ１．，１９９９）。直接的促生作用是指ＰＧＰＲｆ毙合成某些化合物（如生长激素）或溶解营养物质直接作用于植物本身促进植物生长；间接的促生作用是指ＰＧＰＲ通过分泌某些物质诱导植物产生系统抗性（ｉｎｄｕｃｅｄｓｙｓｔｅｍｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＩＳＲ），提高植物整体的抗病能力以促进植物生长（黄晓东，２００２）。１．６．１直接促生作用机制

１．６．１．１产生植物激素

这是植物促生菌对植物最常见的影响方式。ＰＯＰＩ通过在根际分泌具有促生特性的植物激素（生长素、赤霉素、细胞分裂素等）可有效增加根系的浓度、长

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度和表面积从而促进植物吸收土壤中更多的水分和养分，同时对植物体内其他生命活动进行调控（Ｓｈａｆｉｑｅｌ口，．，１９９９；Ｃｒｏｕｃｈｅｔａ１．，１９９２）。

ＩＡＡ（ｉｎｄｏｌｅ．３．ａｃｅｔｉｃａｃｉｄ）是植物体内最为普遍的生长素类物质，Ｖｅｓｓｅｙ（２００３）和黄晓东（２００２）等人的研究均表明，接种具有产ＩＡＡ能力的菌株可有效增强植物的生根能力；Ａｓｇｈａｒ（２００２，２００４）等人则发现ＰＧＰＲ分泌的以Ｌ．色氨酸为前体物的生长激素与供试植物稻谷产量增加量呈正相关，进一步研究则再次证实接种ＰＧＰＲｊ盘生的生长激素与供试植物油菜的产量及油含量也呈正相关。

１．６．１．２调节植物乙烯

乙烯的正常生理功能是协助打破种子休眠、促进植物成熟和衰老。植物一生大部分生长发育阶段只需很低水平的乙烯，只是在接近成熟和衰老阶段才大量产生乙烯。种子萌发后，乙烯的过量产生将抑制根的伸长，导致植物发育受阻或死亡（梁建根等，２００８）。最近研究发现，一些植物促生菌具有分泌ＡＣＣ脱氨酶的能力，这种酶能够将乙烯的前体物ＡＣＣ作为氮源代谢分解为０ｃ．丁酮酸和氨，从而大大减少植物有害乙烯的产生，促进植物生长发育（Ｊａｃｏｂｓｏｎｅｔａ１．１９９４，Ｓｈａｈｅｔａ１．１９９７，Ｇｌｉｃｋｅｔａ１．１９９８，Ｓｈａｈｅｔａ１．１９９８）。为了进一步解释ＡＣＣ脱氨酶如何降低乙烯水平以促进植物生长，Ｇｌｉｃｋ（１９９８）等人建立了以下模型，见图１．１。此模型的基本假设包括以下几个过程：

１）具有ＡＣＣ脱氨酶活性的ＰＧＰＲ将处于生长期的植物根系或种子代谢分泌的色氨酸或小分子有机物质合成为植物生长激素ＩＡＡ：

２）新合成的ＩＡＡ被植物吸收后与植物内源ＩＡＡ共同作用，一部分用于促进细胞分裂或根系发育，另一部分用于促进ＡＣＣ合成酶的活性，将Ｓ．腺苷甲硫氨酸转化为ＡＣＣ。Ｓ．腺苷甲硫氨酸在诸如甲基化作用或多聚胺合成这样的细胞反应中发挥着巨大的作用，因此少量的Ｓ．腺苷甲硫氨酸转化为ＡＣＣ并不会影响细胞中趋于稳定的Ｓ．腺苷甲硫氨酸水平；

３）大量的ＡＣＣ随着根系或种子中的一些小分子物质排出后被菌株吸收，并在ＡＣＣ脱氨酶作用下水解为Ｑ．丁酮酸和氨，从而降低植物体夕ＦＡＣＣ浓度。为了保持植物细胞内＊ＦＡＣＣ浓度平衡，更多的ＡＣＣ被排出体外。ＡＣＣ脱胺酶活性菌的存在导致植物产生超出其需求水平的ＡＣＣ，能够以ＡＣＣ作为唯一氮源的ＡＣＣ脱氨酶活性菌在这样的环境中可以有效增加菌群数量以形成良性的分泌．分解循环。植物体Ｉ为ＡＣＣ含量的降低将带来乙烯浓度降低，从