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生命科学学院何伟副教授课题组在芽孢杆菌阻控花生镉积累的效应及机理方面取得重要研究进展

花生(Arachis hypogaea)作为重要的粮食(油料)作物,在世界范围内广泛种植。但随着不合理施用化肥、污水灌溉等造成了严重的农田土壤重金属污染。镉(Cadmium)在土壤中的超标率最高,对花生品质造成了不可逆转的危害,另外在食物链中的积累还威胁着人类健康。近来研究表明针对重金属从土壤、根际、植物体内及其他环节的迁移施加多重障碍的原位固定化修复技术更适合于污染农田土壤的安全应用,耐重金属的植物根际促生菌在其中发挥重要作用。微生物细胞可以通过胞外沉淀、表面吸附、生物积累等方式络合金属离子,限制其在土壤中的转移。芽孢杆菌属作为PGPR中的典型代表能够分泌生长素、产铁载体帮助植物生长,另外产胞外多糖特性也赋予其潜在的污染土壤修复潜力。

南京师范大学生命科学学院何伟副教授在“国家自然基金”项目资助下,通过盆栽实验模拟在高镉污染条件下,巨大芽孢杆菌A14接种缓解花生镉胁迫的效果并探究A14接种后在土壤、植物层面发生的系统性变化。研究发现,巨大芽孢杆菌A14具有良好的镉耐受能力,分泌的胞外多糖表面含有多种官能团(-NH2, -OH, -COOH),提供镉离子结合位点;A14接种后,花生根际土壤镉组装形式发生变化,可交换态镉比例下降,有机结合态和残渣态镉比例上升。花生受到A14的作用,根部根瘤数目增多,干物质量积累增加。同时,花生体内抗氧化酶活性提升帮助花生减少氧化应激;镉转运基因(ABCC3, ABCC4, ZIP4)的协同表达抑制了镉从营养器官向种子的转移。研究成果揭示了巨大芽孢杆菌A14凭借良好的镉吸附性能在根际土壤中发挥固镉功能,并通过调节镉转运相关蛋白表达降低镉对花生的生物有效性,最终减少籽粒镉积累。相关结果已发表在Journal of applied microbiology。

总之,利用重金属耐受性微生物治理污染农田土壤,减轻植物毒害已成为当下研究热门,但对于污染地区下的豆科植物关注较少。本研究采用巨大芽孢杆菌A14接种,在盆栽条件下阻控豆科植物花生对镉的吸收,缓解了花生镉毒害,其作为一种创新的方法和补救策略,以成本效益和环保的方式管理污染物,为污染土壤的绿色、可持续修复,粮食作物的安全生产提供了一种有前景的新技术。

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