隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。與有機(jī)物不同，重金屬本身難以降解，容易在環(huán)境中持續(xù)積累。當(dāng)土壤中重金屬含量高于安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，這種現(xiàn)象就是重金屬污染。污染土壤中的重金屬會(huì)在土壤和植物中進(jìn)一步積累，最終對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。

一、重金屬污染的概述

重金屬因其高密度、強(qiáng)毒性及不易降解等特性，在環(huán)境中具有嚴(yán)重的潛在危害。常見(jiàn)的重金屬污染物包括鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鋅（Zn）和鉻（Cr）等。

這些重金屬可以通過(guò)自然和人為途徑進(jìn)入環(huán)境，并且沉積在土壤、水體或空氣中。一部分重金屬離子會(huì)附著在土壤中的礦物顆粒上，或者通過(guò)化學(xué)反應(yīng)以沉淀的形式被固定在土壤中，另一部分被植物根系吸收，然后運(yùn)輸至植物地上部分，被食植性動(dòng)物食用后積累在動(dòng)物體內(nèi)；在水中，重金屬離子被懸浮顆粒吸附后沉降至水底，被一些生物食用。最終，這些生物不可降解的重金屬都會(huì)進(jìn)入食物網(wǎng)，通過(guò)食物鏈進(jìn)行積累，并在濃度到達(dá)一定范圍后，對(duì)人類以及動(dòng)植物的健康產(chǎn)生有害影響。

二、重金屬污染對(duì)土壤的影響

一旦土壤中重金屬含量增加，超過(guò)其自身承載能力，就會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，進(jìn)而引起農(nóng)作物減產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量降低。重金屬污染對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）重金屬對(duì)土壤微生物量的影響

土壤中，微生物類群主要包括細(xì)菌、真菌、放線菌等，其中以細(xì)菌的種類及數(shù)量最多，其次是放線菌，不過(guò)，具體的組成比例會(huì)因土壤類型及周邊環(huán)境的不同而存在差異。土壤微生物數(shù)量的變化能較敏感地反映土壤環(huán)境質(zhì)量的變化。將外源重金屬添加到土壤中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤中三大類微生物數(shù)量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。嚴(yán)重的重金屬污染能抑制土壤微生物的生長(zhǎng)，降低其生物量，其中細(xì)菌數(shù)量減少最明顯，放線菌次之，最后為真菌。

（2）重金屬對(duì)土壤微生物群落的影響

土壤微生物群落能夠較好地反映土壤穩(wěn)定性及生態(tài)機(jī)制。一般來(lái)說(shuō)，土壤長(zhǎng)期受到重金屬的污染，會(huì)減弱土壤微生物的作用，使得土壤微生物群落數(shù)量明顯減少，部分物種甚至?xí)В罱K導(dǎo)致土壤質(zhì)量降低。例如，隨著5種重金屬（As、Cd、Zn、Pb和Cu）污染程度的增加，土壤中細(xì)菌和真菌群落的多樣性均呈明顯下降趨勢(shì)，其中，重金屬污染對(duì)真菌種群豐富度的影響比細(xì)菌更明顯。重度重金屬污染對(duì)土壤微生物有抑制作用，輕度重金屬污染對(duì)土壤微生物有激活作用。

（3）重金屬對(duì)土壤酶活性的影響

在土壤微生物中，土壤的發(fā)育、肥力形成、轉(zhuǎn)化及凈化等生物化學(xué)代謝過(guò)程幾乎都是在土壤酶的參與下完成的。由此可見(jiàn)，土壤酶是土壤微生物化學(xué)代謝過(guò)程的重要參與者，其活性大小不但反映土壤肥力及代謝進(jìn)程，而且反映土壤重金屬污染程度，因此它是研究重金屬污染土壤微生物特征的重要途徑。土壤酶種類龐雜，其中被廣泛關(guān)注的是包括過(guò)氧化氫酶、脫氫酶、脲酶及堿性磷酸酶等在內(nèi)的與碳、氮、磷循環(huán)相關(guān)的幾種酶。

（4）重金屬對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度的影響

土壤呼吸是指土壤微生物進(jìn)行代謝而產(chǎn)生CO2的過(guò)程。土壤呼吸強(qiáng)度能有效反映土壤微生物的代謝能力和活性，是衡量土壤微生物總活性的重要指標(biāo)之一。以山林土和田園土為研究對(duì)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Cd對(duì)土壤微生物活性有明顯的抑制作用，隨著Cd含量的升高，土壤呼吸強(qiáng)度、土壤酶活性（過(guò)氧化氫酶及脲酶）均呈下降趨勢(shì)。因此，土壤呼吸強(qiáng)度的下降是重金屬脅迫下土壤微生物群落代謝活性減弱的重要體現(xiàn)。

三、重金屬污染對(duì)植物的影響

土壤中的大部分微量元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必需的。對(duì)于不同的重金屬元素，每種植物都有一定的耐受范圍。適宜的濃度有利于促進(jìn)植物的萌發(fā)和生長(zhǎng)，但如果重金屬濃度過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致植物中毒。

（1）重金屬離子對(duì)植物種子萌發(fā)的影響

重金屬對(duì)植物種子萌發(fā)有著促進(jìn)作用和抑制作用。抑制效果隨重金屬離子濃度和脅迫時(shí)間的增加而增加。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用低濃度的重金屬溶液脅迫植物種子時(shí)，可促使種子的萌發(fā)，而當(dāng)使用高濃度重金屬溶液脅迫時(shí)，呈現(xiàn)的是抑制萌發(fā)。用不同濃度的銅離子溶液對(duì)波斯菊種子進(jìn)行脅迫處理，研究發(fā)現(xiàn)，隨著銅離子濃度的增加，波斯菊花種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)先升高后降低；并且根和苗高的抑制作用也增強(qiáng)。

（2）重金屬對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

Cd，As，Pb等重金屬是植物生長(zhǎng)的非必需元素，毒性大，可破壞植物生化活性。重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)，會(huì)與植物細(xì)胞核發(fā)生協(xié)同作用，改變?nèi)~綠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少葉綠素生成，抑制光合作用相關(guān)酶的活性，進(jìn)而抑制植物的光合作用，使植株表現(xiàn)為矮小、葉枯黃。一定濃度的重金屬元素，會(huì)影響植物對(duì)必需元素的吸收并產(chǎn)生拮抗作用，濃度高時(shí)可直接導(dǎo)致植物死亡。

（3）重金屬對(duì)植物細(xì)胞膜透性的影響

植物細(xì)胞膜是防止細(xì)胞外物質(zhì)自由進(jìn)入細(xì)胞的天然屏障，同時(shí)也為植物生理生化反應(yīng)提供了穩(wěn)定的環(huán)境。植物細(xì)胞膜最重要的特性即選擇透過(guò)性，有選擇地調(diào)節(jié)、控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運(yùn)輸和交換。當(dāng)植物受到重金屬脅迫時(shí)，細(xì)胞膜的選擇性機(jī)能受損，透性增加，影響植物葉片細(xì)胞質(zhì)膜的組成。植物失去了保護(hù)屏障，離子和有機(jī)物滲出細(xì)胞膜外，有害物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，從而影響了細(xì)胞內(nèi)酶及代謝反應(yīng)。通常通過(guò)測(cè)定植物細(xì)胞膜外滲透液電導(dǎo)度和鉀離子含量來(lái)研究重金屬對(duì)細(xì)胞膜的傷害程度。

（4）重金屬對(duì)植物游離脯氨酸的影響

游離脯氨酸是植物體內(nèi)水溶性最大的氨基酸，其疏水端與蛋白質(zhì)結(jié)合，親水端與水分子結(jié)合。蛋白質(zhì)利用其較強(qiáng)的水合能力束縛水分子，防止植物體在滲透脅迫條件下脫水變性。當(dāng)植物細(xì)胞含水量很低時(shí)，游離脯氨酸能提供足夠水分，保證植物細(xì)胞正常的生理活動(dòng)。植物處于逆境脅迫時(shí)，游離脯氨酸含量顯著增加。因此，游離脯氨酸含量對(duì)植物所處環(huán)境具有一定指示作用。重金屬脅迫致使植物體水分缺失，通過(guò)產(chǎn)生一定量的脯氨酸來(lái)調(diào)節(jié)植物細(xì)胞水分平衡，降低植物細(xì)胞受損程度。

（5）重金屬對(duì)植物保護(hù)酶系統(tǒng)的影響

重金屬脅迫使植物產(chǎn)生大量自由基，自由基過(guò)多可破壞植物細(xì)胞膜。SOD，POD，CAT是植物重要的抗氧化酶，可清除過(guò)量的自由基。SOD可將O2-轉(zhuǎn)化為H2O2，CAT與POD可將H2O2轉(zhuǎn)化為H2O和O2。3種酶協(xié)同作用，可使植物免受自由基損害。重金屬濃度低時(shí)，保護(hù)酶活性在活性氧自由基誘導(dǎo)下上升；而隨著脅迫程度增加，SOD，POD，CAT活性降低，最終使植物細(xì)胞受到迫害。Cu，F(xiàn)e，Cd均通過(guò)增加植物自由基對(duì)植物造成毒害，Cu能力最強(qiáng)，Cd最弱。因Cu直接參加植物生理反應(yīng)使植物自由基增加，Cd則是通過(guò)降低清除H2O2的酶活性導(dǎo)致H2O2積累，破壞植物保護(hù)酶系統(tǒng)，影響植物對(duì)重金屬的抗性。

四、土壤重金屬的植物與微生物修復(fù)機(jī)制

（1）植物對(duì)重金屬的修復(fù)機(jī)制

• 植物揮發(fā)是利用某些植物特殊的根系對(duì)所處位置土壤中的重金屬進(jìn)行吸收或者是植物的根莖產(chǎn)生的物質(zhì)與重金屬反應(yīng)，使其升華為氣態(tài)，揮發(fā)到空氣中，從而起到土壤重金屬的凈化。

• 植物固著的原理是某些植物在土壤中的部分，可以通過(guò)本身吸收養(yǎng)分過(guò)程中或者分泌某些物質(zhì)與土壤中的重金屬進(jìn)行反應(yīng)，使重金屬?gòu)姆肿幼兂稍由踔粮邇r(jià)態(tài)離子，從而固著在植物上，隨著植物的土壤下部分被清除，土壤或地下水中的重金屬含量也會(huì)下降，達(dá)到將土壤中重金屬分離的目的。

• 植物提取與植物固著有著類似的原理，通過(guò)某些特定植物的種植，重金屬通過(guò)植物的根系吸收，源源不斷轉(zhuǎn)移到植物的地上部分，隨著植物地上部分的清除，相應(yīng)土壤中的重金屬含量會(huì)隨著下降。

（2）微生物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)機(jī)制

微生物廣泛存在于土壤中，其對(duì)重金屬土壤的修復(fù)凈化同樣起著不可或缺的作用。首先，有的微生物在存活過(guò)程中，會(huì)吸收土壤中的重金屬，從而降低重金屬含量，起到保護(hù)植物的作用。其次，微生物在自身生長(zhǎng)過(guò)程中，產(chǎn)生的某些物質(zhì)，可以作為植物吸收重金屬的催化劑，如有機(jī)酸和養(yǎng)分。

（3）不同植物對(duì)土壤重金屬的修復(fù)作用差異

不同植物對(duì)不同種類重金屬的修復(fù)作用存在差異。研究發(fā)現(xiàn)，莧菜、狗尾草和紫薇可作為鎘高富集植物來(lái)凈化土壤，紫花苜蓿、芒萁、蟛蜞菊、臭牡丹、馬尾松、木姜子、臭椿、枳、鳳尾蕨可作為修復(fù)鎘先行植物。車前、紫花苜蓿、蘆葦、銀合歡、爬山虎、野薔薇、云南黃馨、臭椿和紫穗槐對(duì)重金屬鋅的富集能力較強(qiáng)。夏至草、芒萁對(duì)重金屬鉛的富集系數(shù)較高，為鉛超富集植物；除此之外，紅豆草、蘆葦、銀合歡、臭椿、梭梭、馬桑、臭牡丹、馬尾松、木姜子、茉莉花、金葉女貞、黃刺玫和美洲黑楊對(duì)鉛的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)。蜈蚣草可作為修復(fù)砷污染的先行植物，對(duì)砷的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)的還有芒萁、臭牡丹、馬尾松和木姜子。旋刺花、大花紫薇、紅豆草、爬墻虎和梭梭對(duì)重金屬銅有一定的富集潛力。

五、文獻(xiàn)分享

促進(jìn)植物生長(zhǎng)內(nèi)生菌的單獨(dú)和聯(lián)合接種提高蓖麻對(duì)銅/鎘污染土壤的修復(fù)

期刊名稱：Journal of Hazardous Materials

影響因子：12.2

DOI：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138750

1.研究?jī)?nèi)容

農(nóng)田土壤中的重金屬會(huì)直接影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)安全問(wèn)題，進(jìn)而威脅人類健康。近年來(lái)，許多研究提出使用對(duì)重金屬具有良好耐受性和積累能力的高生物量經(jīng)濟(jì)作物來(lái)修復(fù)受污染的土壤。蓖麻（Ricinus communis L.）因其高積累能力而具有修復(fù)重金屬污染土壤的潛力。本研究使用了四種內(nèi)生菌株（TR16、TR18、TR21和YS3），以研究它們單獨(dú)和聯(lián)合接種對(duì)蓖麻吸收銅/鎘以及兩種土壤（堿性S1，酸性S2）根際理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，蓖麻對(duì)銅/鎘的吸收量在內(nèi)生菌株聯(lián)合接種處理中最高。接種處理顯著提高了根際土壤中蔗糖酶、酸性和堿性磷酸酶的活性。草酸和可溶性有機(jī)碳（DOC）含量顯著增加，提高了土壤中銅/鎘的生物有效性。菌株TR18、TR21和YS3可成功定殖于根際土壤中。內(nèi)生菌接種增加了參與土壤養(yǎng)分循環(huán)的細(xì)菌的相對(duì)豐度，且效果各異。根據(jù)轉(zhuǎn)錄組分析表明，苯丙烷生物合成、谷胱甘肽代謝、半胱氨酸和蛋氨酸代謝以及抗氧化酶活性在增強(qiáng)蓖麻對(duì)重金屬的耐受性方面發(fā)揮重要作用。TR21接種可提高植物對(duì)銅/鎘的抗性。

本研究的主要內(nèi)容如下：（1）研究?jī)?nèi)生菌單獨(dú)和聯(lián)合接種對(duì)兩種土壤（堿性S1，酸性S2）中蓖麻積累銅/鎘的影響；（2）評(píng)估內(nèi)生菌接種對(duì)土壤根際環(huán)境及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響和調(diào)控作用；（3）利用轉(zhuǎn)錄組分析揭示內(nèi)生菌接種提高蓖麻對(duì)重金屬耐受性的可能分子機(jī)制。

2.研究結(jié)果

（1）兩種污染土壤中蓖麻的生物量

內(nèi)生菌單獨(dú)和混合接種（H1：混合接種菌株TR16、TR18、TR21和YS3；H2：混合接種菌株TR16、TR18和TR21）對(duì)兩種土壤中蓖麻生長(zhǎng)的影響（圖1）。蓖麻能夠在堿性（S1）和酸性（S2）重金屬污染土壤中良好生長(zhǎng)。每種接種處理均顯著促進(jìn)了蓖麻的生長(zhǎng)，并增加了其根生物量、地上生物量和蒴果產(chǎn)量。在S1土壤中，單獨(dú)和混合接種使蓖麻根、莖和蒴果的干重分別增加了18.1%-37.3%、17.3%-27.3%和10.6%-25.9%。其中，與菌株TR16、TR18和TR21的單獨(dú)接種處理相比，這三種內(nèi)生菌的混合接種（H2處理）促進(jìn)更高的根和莖生物量，蓖麻的地上生物量在H2處理下最高。在S2土壤中，菌株TR16、TR18、TR21和YS3的單獨(dú)和混合接種使蓖麻根、莖和蒴果的干重分別增加了24.0%-43.8%、24.4%-42.5%和7.3%-21.0%。其中，H1處理的蓖麻地上生物量最高。

圖1. 內(nèi)生菌接種對(duì)S1（堿性）和S2（酸性）土壤中蓖麻生長(zhǎng)的影響。相同顏色條形上的不同字母表示處理間存在顯著差異（p<0.05；Duncan）。CK：未接種處理；TR16：接種菌株TR16；TR18：接種菌株TR18；TR21：接種菌株TR21；YS3：接種菌株YS3；H1：混合接種菌株TR16、TR18、TR21和YS3；H2：混合接種菌株TR16、TR18和TR21。

（2）兩種污染土壤中蓖麻的銅/鎘含量和積累

如圖2A-D所示，S2土壤中蓖麻根的銅含量顯著高于S1土壤，莖的銅含量也表現(xiàn)出類似趨勢(shì)。與未接種處理相比，接種處理在不同程度上提高了蓖麻根的銅濃度（圖2A和B）。在S1中，TR16、TR21、YS3、H1和H2處理顯著提高了蓖麻根的銅含量，增加了36.3%-58.5%。在S2中，TR21、H1和H2處理顯著提高了根的銅含量，增加了20.2%-29.3%。此外，在兩種土壤中，H2處理下的根銅含量最高。在S1中，TR18、TR21、YS3、H1和H2處理下，莖的銅含量顯著增加了10.7%-30.9%。在S2中，H1接種使莖的銅含量顯著增加了6.4%。內(nèi)生菌的單獨(dú)和混合接種有效促進(jìn)了兩種土壤中蓖麻組織對(duì)銅的積累，S2中的總銅吸收量明顯高于S1。對(duì)于S1，與CK處理相比，蓖麻根和莖的銅積累分別顯著增加了40.3%-108.8%和33.2%-67.1%。與CK處理的527μg/株相比，H1和H2處理下蓖麻的總銅吸收量分別達(dá)到918μg/株和984μg/株。此外，與TR16、TR18和TR21的單獨(dú)接種處理相比，聯(lián)合接種處理（H2）對(duì)增強(qiáng)蓖麻中銅積累的效果更為顯著。對(duì)于S2，在接種處理下，蓖麻根和莖中的銅積累分別增加了47.0%-58.7%和19.5%-51.4%。盡管在這些接種處理之間，蓖麻根中銅的總積累量沒(méi)有顯著差異，但H1處理的蓖麻地上部分銅積累量最高（622μg/株）。

蓖麻組織中的鎘含量和積累情況見(jiàn)圖2E-H。在S1中，蓖麻根和莖的鎘含量在六種接種處理下分別增加了7.6%-35.3%和5.2%-17.1%。在S2中，H1和H2處理顯著增加了蓖麻根的鎘含量，分別增加了26.5%和32.0%，而TR21和YS3處理也在一定程度上增加了根的鎘含量，但差異不顯著。TR16、H1和H2處理分別增加了蓖麻莖的鎘含量14.5%、19.7%和3.3%。與四種內(nèi)生菌單獨(dú)接種相比，兩種混合接種處理（H1和H2）在增加根鎘含量方面效果更為顯著，且在H2處理下觀察到最高的根鎘含量。

與CK處理相比，在S1土壤中，接種處理使蓖麻根和莖的鎘積累分別增加了28.4%-72.4%和27.5%-46.6%。在H2處理下，鎘的總吸收量達(dá)到40.7μg/株，地上部分鎘積累量也最高，為31.1μg/株。在S2土壤中，蓖麻根和莖的鎘積累分別增加了14.6%-63.9%和22.8%-72.3%。在H1和H2處理下，蓖麻對(duì)鎘的總吸收量高于四種單獨(dú)接種處理，分別為57.1μg/株和49.6μg/株。在H1處理下，觀察到最大的莖鎘吸收量，為38.0μg/株。

圖2. 內(nèi)生菌接種對(duì)蓖麻中銅/鎘濃度和積累的影響。S1土壤中蓖麻的銅濃度(A)和積累(C)；S2土壤中蓖麻的銅濃度(B)和積累(D)；S1土壤中蓖麻的鎘濃度(E)和積累(G)；S2土壤中蓖麻的鎘濃度(F)和積累(H)。相同顏色條形上的不同字母表示處理間存在顯著差異（p<0.05；Duncan）。CK：未接種處理；TR16：接種菌株TR16；TR18：接種菌株TR18；TR21：接種菌株TR21；YS3：接種菌株YS3；H1：混合接種菌株TR16、TR18、TR21和YS3；H2：混合接種菌株TR16、TR18和TR21。

（3）兩種污染土壤中土壤酶活性、有機(jī)酸和DOC含量

如表1所示，內(nèi)生菌的接種對(duì)土壤脲酶活性（Ure）影響較小，但顯著影響了兩種土壤中蔗糖酶（Suc）、酸性磷酸酶（ACP）和堿性磷酸酶（ALP）的活性。與CK相比，S1土壤中Suc、ACP和ALP的活性分別顯著提高了33.7%-51.6%、37.4%-54.1%和15.1%-24.7%。S2土壤中這些酶的活性分別提高了45.9%-77.3%、11.2%-33.3%和33.9%-56.5%。此外，與四種單獨(dú)接種處理相比，兩種混合接種處理（H1和H2）在S1土壤中ALP活性更高，在S2土壤中ACP活性更高。

草酸存在于兩種土壤中，與其他有機(jī)酸相比含量最高，且其在S1中的含量顯著高于S2。在接種處理下，根際土壤中的草酸和醋酸含量基本保持不變。在S1中，除YS3接種外，其他五種處理下的草酸含量比CK處理顯著增加了32.2%-79.7%。在S2中，除H1處理外，其他處理下的草酸含量增加了14.9%-58.5%。菌株TR21接種得到了最大的含量，分別為596mg/kg（S1）和233mg/kg（S2）。此外，與未接種處理相比，S1中接種處理下的乳酸含量增加了11.4%-27.8%。與未種植土壤（S1：42.3mg/kg；S2：42.9mg/kg）相比，種植蓖麻顯著增加了土壤DOC含量，內(nèi)生菌的接種進(jìn)一步增加了土壤DOC含量。然而，單獨(dú)接種和混合接種處理之間的土壤DOC含量沒(méi)有顯著差異。與未接種土壤相比，接種處理在S1土壤中增加了17.0%-23.6%的土壤DOC含量，在S2土壤中增加了11.1%-30.3%。

表1. 內(nèi)生菌接種對(duì)蓖麻根際土壤中酶活性、有機(jī)酸和土壤DOC含量的影響。同一列中的不同字母表示處理間存在顯著差異（p<0.05；Duncan）。

CK：未接種處理；TR16：接種菌株TR16；TR18：接種菌株TR18；TR21：接種菌株TR21；YS3：接種菌株YS3；H1：混合接種菌株TR16、TR18、TR21和YS3；H2：混合接種菌株TR16、TR18和TR21。

（4）內(nèi)生菌接種對(duì)根際土壤pH和Cu/Cd有效性的影響

如表2所示，內(nèi)生菌的接種對(duì)土壤pH影響較小，但有效Cu和Cd含量發(fā)生了不同程度的變化。在S1中，與CK處理相比，不同接種處理下土壤DTPA（二乙烯三胺五乙酸）可提取Cu含量增加，而HOAc（乙酸）可提取Cu含量不同程度降低。土壤DTPA可提取Cd含量變化不大，但HOAc可提取Cd在接種處理下增加了4.1%-19.7%。在TR21、YS3、H1和H2處理下，HOAc可提取Cd顯著增加。與單獨(dú)接種處理相比，H1和H2處理對(duì)HOAc可提取Cd的增強(qiáng)作用更為顯著。在S2土壤中，與CK處理相比，六種接種處理降低了CaCl 2 可提取Cu含量，但HOAc可提取Cu增加了1.8%-3.3%。在H1和H2處理下，CaCl 2 可提取Cd含量分別降低了9.9%和10.2%，但在單獨(dú)接種處理下增加了5.0%-13.8%。HOAc可提取Cd含量顯著增加了12.2%-35.3%，其中H2處理的增加量最高。

表2. 內(nèi)生菌接種對(duì)根際土壤pH和銅/鎘生物有效性的影響。同一列中的不同字母表示處理間存在顯著差異（p<0.05；Duncan）。

CK：未接種處理；TR16：接種菌株TR16；TR18：接種菌株TR18；TR21：接種菌株TR21；YS3：接種菌株YS3；H1：混合接種菌株TR16、TR18、TR21和YS3；H2：混合接種菌株TR16、TR18和TR21。

（5）根際微生物組的多樣性和組成

①根際微生物組的組成

六種接種處理對(duì)蓖麻根際細(xì)菌的多樣性和豐度沒(méi)有顯著影響，但誘導(dǎo)了細(xì)菌群落組成的差異。此外，兩種土壤中蓖麻的根際細(xì)菌群落組成存在差異?；陂T水平（圖3A），發(fā)現(xiàn)變形菌門（Proteoba cteria ）、酸桿菌門（ Acidobacteriota ）、綠彎菌門（ Chloroflexi ）和放線菌門（ Actinobacteria ）是兩種土壤中蓖麻根際土壤中存在的優(yōu)勢(shì)門。S2中酸桿菌門的相對(duì)豐度顯著高于S1。此外，芽單胞菌門（ Gemmatimonadota ）、疣微菌門（ Verrucomicrobiota ）、擬桿菌門（ Bacteroidota ）、硝螺旋菌門（ Nitrospirota ）和黏細(xì)菌門（ Myxococcota ）也是S1土壤中的優(yōu)勢(shì)門。六種接種處理顯著增加了 Bdellovibrionota 的相對(duì)豐度，其在S1中從0.24%增加到0.29%-0.87%，在S2中從0.10%增加到0.11%-0.16%。此外，H1處理還顯著增加了兩種土壤中 Myxococcota 的相對(duì)豐度。在科水平（圖3B），黃單胞菌科（ Xanthomonadaceae ）、伯克霍爾德菌科（ Burkholderiaceae ）和鞘氨醇單胞菌科（ Sphingomonadaceae ）是兩種土壤中前三大優(yōu)勢(shì)科，但它們的豐度差異顯著。六種接種處理增加了兩種土壤中鞘氨醇單胞菌科的相對(duì)豐度，從CK處理的17.4%增加到18.5%-22.9%（S2）和從6.9%增加到7.2%-8.3%（S1）。此外，S1中腸桿菌科（ E nterobacteriaceae ）的相對(duì)豐度在TR18、TR21、YS3、H1和H2接種下從0.076%（CK）增加到0.49%-2.5%，S2中從0.063%（CK）增加到0.12%-3.5%。

為了進(jìn)一步分析內(nèi)生菌接種的影響，使用熱圖顯示屬水平上細(xì)菌群落的分布（圖3C和D）。結(jié)果表明，六種接種處理改變了屬水平上細(xì)菌群落的分布。在S1土壤中， Bdellovibrio 、 P henylobacteria 、 Gaiella 和 Nordella 的相對(duì)豐度在六種接種處理下不同程度地提高。YS3接種增加了 Ralstonia 和 Herbaspirillum 的相對(duì)豐度。除了YS3處理外，其他五種接種處理下 Rhizophorhapis 、 Sphingomonas 、 Novosphingobium 和 IIumatobacter 的相對(duì)豐度也有所不同。此外，TR21處理下 steroidobacteria 的相對(duì)豐度增加，TR21和H2處理下 Cupriavidus 、 Bradyrhizobium 和 Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium 的相對(duì)豐度也比CK有所增加。TR18處理下 Candidatus_Solibacte r 的相對(duì)豐度增加。除了TR18外，其他接種處理下 Mesorhizobium 和 Micromonospora 的相對(duì)豐度也明顯增加。

在S2中，與CK處理相比，六種接種處理下 Sphingomonas 、 Occalataibacter 、 Candidatus_Koribacter 、 Phytohabitans 和 Amycolatopsis 的相對(duì)豐度有所不同。除了YS3處理外，其他處理下 Bradyrhizobium 、E daphobacter 和 Komagataeibacter 也有所增加。TR16處理顯著增加了 Bryobacte r 、 Candidatus_Solitobacter 、 Actinospica 、 Roseisolibacter 、 Devonia 、 Phyllobacterium 、 Tumebacillus 等的相對(duì)豐度。TR18處理下 B acillus 的相對(duì)豐度、TR21處理下 Phenylobacterium 的相對(duì)豐度以及H1處理下 Mesorhizobium 的相對(duì)豐度也顯著增加。

圖3. 內(nèi)生菌接種對(duì)蓖麻根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。(A)門水平的相對(duì)豐度；(B)科水平的相對(duì)豐度；(C)和(D)分別為S1和S2中屬水平的細(xì)菌群落組成。CK：未接種處理；TR16：接種菌株TR16；TR18：接種菌株TR18；TR21：接種菌株TR21；YS3：接種菌株YS3；H1：混合接種菌株TR16、TR18、TR21和YS3；H2：混合接種菌株TR16、TR18和TR21。

②根際微生物組的β多樣性及其與環(huán)境因子的相關(guān)性

與CK處理相比，TR16接種并未影響細(xì)菌群落組成。在S1土壤中，TR18、TR21、YS3和H2處理下的群落組成與CK相比顯示出差異，PCoA分析解釋了52.7%的差異（圖4A）。Adonis分析顯示TR21和CK處理之間存在顯著差異。兩種混合接種處理（H1和H2）的群落組成也與TR16、TR18、TR21和YS3的單獨(dú)接種處理存在不同程度的差異。在S2土壤中，其他五種接種處理的細(xì)菌群落組成明顯與CK處理分離，PCoA分析解釋了58.1%的變異（圖4B）。Adonis分析顯示TR18、TR21和H1處理下的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與CK處理存在顯著差異。Mantel檢驗(yàn)分析（圖4C、E）顯示，草酸、蔗糖酶、堿性磷酸酶（ALP）、土壤DOC和HOAc-Cd對(duì)S1土壤中根際細(xì)菌群落組成有顯著影響，而HOAc-Cd、HOAc-Cu和ALP對(duì)S2土壤中細(xì)菌群落組成有顯著影響。

Spearman相關(guān)性分析（圖4D、F）顯示，腸桿菌科（Enterobacteriaceae）與兩種土壤中的草酸含量（p<0.01）、有效銅、HOAc-Cd、酸性磷酸酶（ACP）和ALP顯著正相關(guān)。此外，腸桿菌科與S1土壤DOC含量顯著正相關(guān)。鞘氨醇單胞菌科（Sphingomonadacea）的相對(duì)豐度與S2土壤中的ACP和DOC顯著正相關(guān)（p<0.05），與S1土壤中的草酸顯著正相關(guān)（p<0.05）。Koribacteraceae與S2土壤中的pH（p<0.05）、蔗糖酶（p<0.01）、ACP（p<0.01）和DOC（p<0.05）存在顯著或極顯著正相關(guān)。Bdellovibriaceae與S1土壤中的Avail-Cu（p<0.001）、草酸（p<0.001）、ACP（p<0.05）和ALP（p<0.05）呈顯著或極顯著正相關(guān)。因此，研究表明內(nèi)生菌接種可以通過(guò)影響土壤pH、重金屬有效性、DOC、酶活性以及根際土壤中草酸等根系分泌物的分泌來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)菌群落組成。

圖4. 環(huán)境因子與微生物群落組成的關(guān)聯(lián)性分析。(A)和(B)分別為S1和S2中微生物群落組成的PCoA分析；(C)和(E)分別為S1和S2中微生物群落與環(huán)境因子的Mantel檢驗(yàn)；(D)和(F)分別為S1和S2中屬水平細(xì)菌相對(duì)豐度與環(huán)境因子的Spearman相關(guān)性分析。Avail-Cu/Cd表示S1中的DTPA可提取量和S2中的CaCl2可提取量。?、**和***分別表示p<0.05、p<0.01和p<0.001。CK：未接種處理；TR16：接種菌株TR16；TR18：接種菌株TR18；TR21：接種菌株TR21；YS3：接種菌株YS3；H1：混合接種菌株TR16、TR18、TR21和YS3；H2：混合接種菌株TR16、TR18和TR21。

（6）蓖麻根的轉(zhuǎn)錄組分析

在S1條件下，YXTR21-vs-YXCK比較中獲得了296個(gè)差異表達(dá)基因（DEGs），其中蓖麻根中有193個(gè)上調(diào)基因和103個(gè)下調(diào)基因。在S2條件下，DYTR21-vs-DYCK比較中獲得了671個(gè)DEGs，包括243個(gè)顯著上調(diào)基因和428個(gè)下調(diào)基因。在DYTR21-vs-YXTR21比較中發(fā)現(xiàn)了4671個(gè)DEGs（2085個(gè)上調(diào)基因和2586個(gè)下調(diào)基因），在DYCK-vs-YXCK比較中發(fā)現(xiàn)了3869個(gè)DEGs（1942個(gè)上調(diào)基因和1927個(gè)下調(diào)基因）。

①銅/鎘脅迫下與谷胱甘肽、半胱氨酸和蛋氨酸代謝相關(guān)的基因

比較了兩種土壤中蓖麻根中與抗氧化活性和谷胱甘肽代謝相關(guān)的DEGs的表達(dá)情況（圖5A）。結(jié)果表明，與S1土壤中的蓖麻根相比，S2土壤中蓖麻根中與谷胱甘肽代謝相關(guān)的谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶（GST）編碼基因大多顯著上調(diào)。此外，與抗氧化酶活性相關(guān)的大多數(shù)基因表達(dá)也上調(diào)，包括過(guò)氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）。鑒于半胱氨酸（Cys）不僅是谷胱甘肽和植物螯合素合成的主要前體，也是金屬硫蛋白（MT）的主要成分，因此分析了半胱氨酸和蛋氨酸代謝途徑。研究發(fā)現(xiàn)，在DYTR21-vs-YXTR21和DYCK-vs-YXCK比較組中，參與Cys生物合成的5個(gè)DEGs顯著上調(diào)，包括絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（SAT2，EC 2.3.1.30）、ATP硫化酶（ATPS，EC 2.7.7.4）和半胱氨酸合成酶（CS，EC 2.5.1.47）。此外，在這兩個(gè)比較組中，編碼S-腺苷蛋氨酸合成酶（SAMS，EC 2.5.1.6）的三個(gè)基因上調(diào)。金屬硫蛋白富含半胱氨酸（Cys），其巰基與重金屬離子的結(jié)合是植物降低重金屬毒性的重要機(jī)制。在DYTR21-vs-YXTR21和DYCK-vs-YXCK比較組中，編碼金屬硫蛋白2型（MTL2）的基因顯著上調(diào)，表明兩種土壤中重金屬脅迫的程度顯著影響了MTL2的表達(dá)。

②銅/鎘脅迫下參與木質(zhì)素生物合成的基因

苯丙烷生物合成途徑對(duì)于植物次生代謝物的合成至關(guān)重要，在調(diào)節(jié)植物對(duì)各種非生物脅迫的響應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在DYTR21-vs-YXTR21和DYCK-vs-YXCK比較組中，分別有52個(gè)（45個(gè)上調(diào)）和58個(gè)（53個(gè)上調(diào)）DEGs富集在苯丙烷生物合成途徑中（圖5B）。這些上調(diào)的DEGs是生物合成途徑中的關(guān)鍵酶基因，包括肉桂酸4-羥化酶（C4H，EC 1.14.14.91）、4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL，EC 6.2.1.12）、肉桂酰輔酶A還原酶（CCR，EC 1.2.1.44）、肉桂醇脫氫酶（CAD，EC 1.1.1.195）、羥基肉桂酰轉(zhuǎn)移酶（HCT，EC 2.3.1.133）、對(duì)香豆酰莽草酸3'-羥化酶（C3'H，EC 1.141496）、咖啡酸3-O-甲基轉(zhuǎn)移酶（COMT，EC 2.1.1.68）和過(guò)氧化物酶（POD，EC 1.11.1.7）。4CL還可以間接影響黃酮類生物合成途徑。漆酶（LAC，EC 1.10.3.2）是銅離子結(jié)合蛋白家族的成員，也可以催化木質(zhì)素單體的聚合。在DYTR21-vs-YXTR21和DYCK-vs-YXCK中，分別有3個(gè)（2個(gè)上調(diào)）和8個(gè)（7個(gè)上調(diào)）與漆酶（LAC）相關(guān)的DEGs。

圖5. 銅/鎘脅迫下涉及氮、硫、谷胱甘肽、半胱氨酸和蛋氨酸代謝（A）以及苯丙烷代謝途徑（B）的基因。YXTR21：S1土壤中接種TR21菌株；DYTR21：S2土壤中接種TR21菌株；YXCK：S1土壤中未接種；DYCK：S2土壤中未接種。

③TR21接種后蓖麻根中相關(guān)基因的響應(yīng)

結(jié)合KEGG和GO富集分析（圖6），發(fā)現(xiàn)苯丙烷生物合成途徑是YXTR21-vs-YXCK比較中顯著富集的途徑之一。該途徑包括14個(gè)DEGs，其中11個(gè)上調(diào)，3個(gè)下調(diào)，上調(diào)基因涉及CAD、4CL、CCoAOMT、HCT和POD等酶。此外，編碼漆酶（LAC）的七個(gè)基因顯著上調(diào)。在植物次生代謝產(chǎn)物生物合成途徑中，有六個(gè)顯著上調(diào)的基因，包括兩個(gè)編碼脫氫奎酸脫水酶/莽草酸脫氫酶（DHQ/SDH，EC 4.2.1.10和EC1.1.1.2）的基因，以及兩個(gè)編碼β-葡萄糖苷酶（BGLU，EC 3.2.1.21）的基因。對(duì)于脂肪酸生物合成，四個(gè)上調(diào)的DEGs有助于長(zhǎng)鏈脂肪酰輔酶A的合成。隨后，長(zhǎng)鏈脂肪酰輔酶A在β-酮酰輔酶A合成酶6（KCS6）的催化下轉(zhuǎn)化為超長(zhǎng)鏈脂肪酸輔酶A（VLCFA-CoA）。

在S2土壤中，TR21接種后蓖麻根中與莽草酸途徑相關(guān)的基因DHQ/SDH和莽草酸激酶2（PISKL2）的表達(dá)量與未接種相比上調(diào)。參與木質(zhì)素和軟木脂生物合成的幾個(gè)基因也上調(diào)，包括木質(zhì)素合成中的CAD和POD5，以及軟木脂合成中的脂肪酰輔酶A還原酶3（FARL3）和細(xì)胞色素P450 94A2（CYP94A2）。此外，編碼生化功能酶黃酮醇合成酶/黃烷酮3-羥化酶（F3H/FLS）的基因上調(diào)，該酶在黃酮類生物合成中起關(guān)鍵作用。此外，TR21接種誘導(dǎo)了氮代謝中硝酸還原酶（NIR）和高親和力硝酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2.5（NRT2.5）的上調(diào)。TR21接種增加了SAMS2和兩個(gè)GST基因的表達(dá)。

與未接種相比，TR21接種在一定程度上調(diào)節(jié)了蓖麻根中銅和鎘的螯合與運(yùn)輸（圖6B）。在S1下，根中有五個(gè)與金屬螯合物運(yùn)輸相關(guān)的基因上調(diào)，包括金屬耐受蛋白9（MTP9）、寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（OPT4）、可能的金屬-煙酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白YSL6、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G家族成員1（ABCG1）和多藥耐藥蛋白1（PDRL1）。增強(qiáng)的基因是液泡陽(yáng)離子/質(zhì)子交換蛋白3（CAX3），其主要作用于Ca2+的運(yùn)輸。在S2下，編碼ABCI6的基因上調(diào)。此外，鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白5（ZIP5）在S1土壤中蓖麻根的表達(dá)上調(diào)，但在S2土壤中下調(diào)，該基因介導(dǎo)植物細(xì)胞中鋅和鎘的運(yùn)輸。

圖6. TR21接種誘導(dǎo)的蓖麻根中的差異表達(dá)基因（DEGs）。(A)S1條件下苯丙烷生物合成和脂肪酸生物合成的相關(guān)基因；(B)S2條件下氮代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶的相關(guān)基因。YXTR21：S1土壤中接種TR21菌株；DYTR21：S2土壤中接種TR21菌株；YXCK：S1土壤中未接種；DYCK：S2土壤中未接種。

3.研究小結(jié)

蓖麻（ Ricinus communis L.）具有生物量大和經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的特點(diǎn)，在修復(fù)重金屬污染農(nóng)田土壤方面具有巨大潛力。內(nèi)生菌的單獨(dú)和聯(lián)合接種可以有效改善兩種測(cè)試土壤中蓖麻的生長(zhǎng)和銅/鎘積累。內(nèi)生菌接種增加了酶活性、有機(jī)酸和土壤DOC含量，有利于根際土壤中植物和微生物的生長(zhǎng)。此外，土壤pH、重金屬有效性、DOC、酶活性和草酸是影響蓖麻根際土壤細(xì)菌群落組成的主要因素。參與養(yǎng)分循環(huán)的細(xì)菌的相對(duì)豐度在不同程度上增加。金屬硫蛋白、苯丙烷生物合成、谷胱甘肽代謝、半胱氨酸和蛋氨酸代謝以及抗氧化酶活性相關(guān)基因上調(diào)，增強(qiáng)了蓖麻對(duì)銅/鎘的耐受性。TR21接種影響了根細(xì)胞壁的形成，與重金屬螯合物相關(guān)的幾個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)上調(diào)，從而提高了蓖麻對(duì)銅/鎘的耐受性。本研究表明了外源接種內(nèi)生菌對(duì)蓖麻根際環(huán)境的影響，并揭示了內(nèi)生菌增強(qiáng)蓖麻重金屬耐受性的可能分子機(jī)制，為更好地利用蓖麻修復(fù)重金屬污染土壤提供了新的見(jiàn)解。

圖7.外源接種內(nèi)生菌對(duì)蓖麻根際環(huán)境影響和重金屬耐受性機(jī)制。

1.檢測(cè)指標(biāo)

2.合作流程

更多檢測(cè)信息，可致電18071427213或直接掃碼添加微信咨詢?cè)斍椤?/p>

電話：18071427213/027-65316557

郵箱：[email protected]

地址：武漢市東湖高新區(qū)光谷三路光谷生物城C1凱瑞百谷C401

參考文獻(xiàn)：

[1] Qian Li,Qingling Fu,Md.Shoffikul Islam,et al.Individual and combined inoculation of plant growth-promoting endophytic bacteria enhance Ricinus communis L. to remediate Cu/Cd polluted soil[J]. Journal of Hazardous Materials 494 (2025) 138750.

[2] 王賽怡,王逸君,趙亞洲,等.土壤重金屬污染及其植物修復(fù)研究進(jìn)展[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào), 2023, 13(2):5.DOI:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2021-0169.

[3] 葛坤,王培軍,邵海林,等.重金屬脅迫對(duì)植物生理生化的影響及其抗性機(jī)理研究[J].山西林業(yè)科技, 2021, 050(003):43-46.DOI:10.3969/j.issn.1007-726X.2021.03.014.

[4] 高詩(shī)倩,馬廣翔,馬濤,等.植物修復(fù)土壤重金屬污染技術(shù)研究進(jìn)展[J].科技風(fēng), 2021(11):2.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202111086.

圖片來(lái)源：知網(wǎng)

春末限定，檢測(cè)低至4.5折起

想要檢測(cè)的老師們，千萬(wàn)不要錯(cuò)過(guò)了吖~！

活動(dòng)時(shí)間：2026年4月15日-6月30日

詳情如下↓↓

武漢普奈斯檢測(cè)技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“普奈斯檢測(cè)”）是一家具有CMA資質(zhì)的研究型第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，主要服務(wù)項(xiàng)目包括靶向代謝物檢測(cè)、動(dòng)植物理化檢測(cè)、土壤檢測(cè)、水體檢測(cè)、組學(xué)檢測(cè)等。 公司專注于生物及環(huán)境樣品科研檢測(cè)服務(wù)，致力于為客戶提供公正、準(zhǔn)確、高效的檢驗(yàn)檢測(cè)服務(wù)。 普奈斯檢測(cè)擁有專業(yè)化的實(shí)驗(yàn)室和 服務(wù)團(tuán)隊(duì)，目前已與眾多高校、科研院所以及企/事業(yè)單位等有深度合作，承接超過(guò)二十多萬(wàn)份樣本的檢測(cè)業(yè)務(wù)量，已發(fā)表 Science/NP/MP/NC/PBJ/JIPB/SBB/HR/PBT/JHM/ICP/CEJ 等多篇客戶文章，合作客戶遍及全國(guó)2000+高校/科研院所、企/事業(yè)單位。 歡迎各位老師咨詢!

?（一）植物檢測(cè)指標(biāo)

1、理化檢測(cè)指標(biāo)

2、色譜/質(zhì)譜檢測(cè)指標(biāo)

?（二）土壤檢測(cè)指標(biāo)

1、土壤理化檢測(cè)指標(biāo)

2、靶向代謝物檢測(cè)指標(biāo)

3、暴露組學(xué)系列產(chǎn)品

4、土壤CMA檢測(cè)指標(biāo)

（實(shí)驗(yàn)室部分拍攝）