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内生细菌与植物结合,修复被金属污染的土壤

作者:Arun Lahiri Majumder & Anindita Seal

广州美格生物在微生物研究领域有着丰富的经验。咨询热线:18027152056


如何修复被重金属污染的土壤?

清除土壤中的金属污染特别困难,而且去除成本极高。利用植物及其相关微生物来修复被污染的土壤,称为植物修复。

植物及其相关微生物参与复杂的相互作用,形成这些微生物的群落结构以及植物与环境的相互作用。

内生真菌是在植物内界中无症状地存在的微生物。内生真菌的特性取决于寄主植物存活的土壤因子。

从在污染的生境中存活的植物中分离出的内生微生物通常包含有用的解毒相关的异源生物。

据报道,从金属污染生境中生长的植物中分离出的内生真菌,寄存有基因组或质粒编码方法来解毒金属,并有助于宿主植物的金属耐受性和积累特性。

来自金属植物伴矿景天、与无色杆菌piechaudii相关的内生真菌表现出对根中不同金属吸收的增加。

内生菌以类似于动物肠道菌群的方式在宿主体内发挥植物生长促进作用。

近年来的研究表明,内生菌除了天然寄主外,对远缘植物属也有有益的作用。

这非常重要的,内生植物可以用来传输它们的属性,以替代植物的农业价值,也涉及植物修复的植物。

例如,从贫铀铀矿中分离到的水烛Typha angustifolia固氮内生菌提高了水稻的氮代谢。

在印度东部(西孟加拉邦)和孟加拉广泛分布的地区,地下水砷污染是重大健康危害。

土壤中的砷含量随地下水的不断灌溉或人类活动的增加而增加,在食物作物中积累,最终进入食物链。

我们研究了用微生物辅助植物修复,在恒河西孟加拉邦高度污染的地区,清理含砷土壤的可能性。

抗性细菌从兰塔纳西孟加拉邦纳迪娅的一个被污染的地点收集到的抗性微生物中被分离出来,并被应用于该地区丰富的多年生杂草龙葵,以作为植物修复的目的。

从污染生境中生长的植物中分离出的内生微生物具有特殊的性质,有助于宿主对污染物的解毒。

利用来自污染场地的五色梅Lantana camara 和做为中介、砷收集器的植物-龙葵Solanum nigrum的耐砷内生微生物,探索用微生物辅助植物修复净化印度冈塔-雅鲁藏布江三角洲砷污染土壤的可能性。

来自五色梅的内生菌作为替代宿主,定植在龙葵中。

微生物作为一个共生体,除了增加砷的生物积累和根到茎的运输外,最有效地改善了植物的生长。

特别是在砷驱使下,在联合处理的植物中观察到较好的磷酸盐营养、光合性能和谷胱甘肽水平升高。

该联合体维持了植物中ROS的高水平,而没有任何有害作用,同时在砷处理的植物的茎和根中促进了明显的抗氧化防御机制。

增加的联合体介导的砷(V)向砷(III)转化似乎是砷脱毒/置换的关键步骤。

四种水通道蛋白受内生菌和/或砷的差异调节。

最有趣的发现是根尖内的MRP转运蛋白被砷+内生菌强烈上调,这表明在植物内修复过程中,砷的解毒/积累模式发生了重大的改变。

结果表明,内生真菌处理对砷的解毒/积累模式有较大的改变,提高了砷的植物修复率。

微生物辅助植物修复的成功既取决于植物,也取决于所关注的微生物。因此,双方都需要谨慎选择,以获得有效的结果。

从一个砷污染场地收集的植物中分离出的内生真菌可以与一个蓄能器植物一起使用,以提高其作为植物修复能力。

联合体,而不是单个微生物,有效地增强了植物的生长、受严格控制的植物的类金属属性从根到芽的运输。

作为一个植物模型,龙葵Solanum nigrum被发现适合于去除在许多人口密集地区的土壤中存在的低浓度的砷。

该联合体改善了植物体内的磷营养和增强活性氧ROS /氧化防御,间接影响植物在胁迫下的适应性。

同时观察到砷(V)-砷(III)转化率的增加,对长距离运输和解毒有直接的影响。

SnMRP2, 一个来自龙葵Solanum nigrum的MRP基因,以砷依赖的方式,应对内生菌处理,被针对性上调。

金属超积累植物通常生长缓慢。

它们在领域中的使用也受到它们对特定地理区域的适应的限制。

这项工作表明,一个合适的植物模型,作为替代宿主,连同适当的内生植物,在清洁土壤中,可以扩大内生植物辅助植物修复技术的应用,而没有这些限制。

20180508-1.jpg

五色梅内生菌定植龙葵内球,促进植物生长。

一周大的龙葵幼苗用LacZ标记的内生真菌进行感染,用100μg/ml X-GAL染色。

20180508-2.jpg五色梅内生真菌组合增强龙葵的ROS产生和抗氧化防御。


参考文献

An Endophytic Bacterial Consortium modulates multiple strategies to improve Arsenic Phytoremediation Efficacy in Solanum nigrum

Gairik Mukherjee, Chinmay Saha, Nabanita Naskar, Abhishek Mukherjee, Arghya Mukherjee, Susanta Lahiri, Arun Lahiri Majumder & Anindita Seal


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