J. Hazard. Mater.丨植物促生内生菌通过调节植物体内平衡提升龙葵中镉的积累

研究背景：

随着工业化的推进，重金属污染形势日益严峻，正在加剧公共安全和健康问题。其中，镉作为一种对生物体无用的重金属元素，因其毒性强、不可降解又无处不在，成为最麻烦的污染物之一。由于镉污染，全球每年大规模粮食减产和巨大的经济损失令人发指。更重要的是，随着人口的不断增长将要求进一步提高全球农业产量，而镉污染土壤的存在无疑会抑制这一进程。因此，必须大力修复和改善被镉污染的土壤。

生物修复是一种有效、低碳、环保的修复措施。其中，利用微生物结合高蓄积植物修复镉污染的土壤，因其相对较高的生物修复效率近年来受到研究人员的高度赞扬。相关微生物可以通过增加植物生物量和促进植物对镉的吸收两种主要途径来提高植物修复效率。多数研究表明，添加微生物可以促进植物对镉的吸收累积，而不会对高蓄积器的生长造成负面影响。因此，探索微生物在促进高蓄积植物镉积累的同时对高蓄积植物离子稳态和光合系统的作用模式具有重要意义。

研究内容：

本研究分离镉高蓄积植物龙葵的可培养内生菌，筛选具有耐镉能力的内生菌，并从中得到一株具有5种促生特性的内生菌E3，研究接种内生菌E3后对龙葵的生长、镉积累量、光合系统、营养元素吸收的影响，金属转运基因的转录表达谱，龙葵内生细菌群落结构的影响，龙葵内生菌的定殖及假单胞菌属的变异以及不同变量之间的关系。

结果表明，接种内生菌E3后显著提高了龙葵对镉的吸收效率（40.26%）；营养元素含量和易位因子表明，内生菌可能通过影响龙葵中镁和铁的摄取和转运来调节镉积累；基因转录表达谱进一步揭示了SnMGT、SnIRT1和SnIRT2等是参与调控龙葵内生菌对元素吸收的关键基因；元素稳态的变化并没有对植物生长产生负面影响；内生菌接种可通过加强光合作用以及在龙葵植株内募集特定细菌来促进植物生长；PICRUSt2分析和生化表征共同表明，内生菌调节龙葵叶片淀粉降解以维持光合平衡。

研究结论：

本研究从龙葵各器官筛选出一批植物促生内生菌，发现属于假单胞菌属的菌株E3具有良好的应用潜力。盆栽实验表明，菌株E3可以成功定殖在龙葵根系内，可有效提高植物对镉的吸收效率。 具体来说，菌株E3通过调节转录水平上铁和镁的摄取和转运来影响龙葵镉的积累，同时通过调节叶片淀粉酶活性来维持光合系统平衡。此外，菌株E3对植物内细菌群落多样性的影响不显著，但可以召集Pseudonocardiaceae, Halomonas等特定细菌，这是菌株E3促进龙葵镉吸收可能存在的原因。本研究从菌株E3对龙葵内环境稳态的影响的角度阐述了该菌株的调控机制，为更好地理解植物促生内生菌增强镉高蓄积植物提供了新的见解。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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