多金属污染土壤中多粘类芽孢杆菌WZ14接种对植物提取效率及根际土壤细菌特性的影响

为解决多金属（Cd、Pb、Cu）复合污染土壤修复难题，研究人员通过接种耐重金属植物促生菌（PGPB）Paenibacillus polymyxa WZ14，探究其对豆科植物（Sophora xanthantha与Robinia pseudoacacia L.）生物量、重金属富集能力及根际微生物群落的影响。结果表明，WZ14显著提升植物生物量（最高增幅108.50%）及重金属积累量（如Cd积累量增加121.31%），并筛选出Sphingomonas等关键生物指示菌。该研究为微生物-植物联合修复技术提供了新思路，发表于《Environmental Research》。

　　

随着工业化和城市化进程加速，土壤重金属污染已成为全球性环境问题，尤其是铅（Pb）、镉（Cd）和铜（Cu）等复合污染，不仅破坏土壤生态平衡，还通过食物链威胁人类健康，引发免疫损伤、癌症等疾病。传统修复技术成本高且易造成二次污染，而植物修复（Phytoremediation）因其经济环保备受关注。然而，超富集植物生长缓慢、生物量低，限制了其应用。豆科植物因其强大的根系和固氮能力成为潜在修复候选，但单一植物修复效率不足。如何通过微生物-植物协同作用提升修复效率，成为研究热点。

中国建筑一局集团科技发展有限公司的研究团队在《Environmental Research》发表论文，首次将分离自矿区的耐重金属菌株Paenibacillus polymyxa WZ14与豆科植物Sophora xanthantha和Robinia pseudoacacia L.结合，系统评估其对复合污染土壤的修复效果。研究发现，WZ14不仅能适应高浓度重金属环境，还可显著提升土壤有机碳、水解氮等养分含量，促进植物生物量增长（最高达108.50%），并大幅增加植物对Cd、Pb、Cu的积累量（如Pb积累量提升164.56%）。通过16S rRNA测序和多元统计分析，团队鉴定出Sphingomonas、Bacillus等关键功能菌群，揭示了微生物-植物-重金属互作机制，为复合污染土壤修复提供了理论依据和技术支持。

研究采用以下关键技术：1）重金属耐受性实验（测定WZ14在Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺溶液中的生长曲线）；2）盆栽实验（分析植物生物量及重金属积累分布）；3）土壤养分测定（有机碳、有效磷等）；4）微生物群落分析（16S rRNA高通量测序结合LEfSe、Mantel test等）。

实验材料
研究选用豆科植物Sophora xanthantha和Robinia pseudoacacia L.种子，以及从山西灵丘县矿区分离的WZ14菌株。

WZ14的耐性生长实验
结果显示，WZ14在Pb²⁺溶液中生长最佳，且在混合重金属环境中仍保持活性，证实其强环境适应性。

植物生长与重金属积累
WZ14接种使Sophora xanthantha的Cd、Pb、Cu总积累量分别增加121.31%、164.56%和110.17%，且Pb、Cu主要富集于根部。Robinia pseudoacacia L.的生物量亦提升61.80%，表明WZ14通过改善根际微环境促进植物生长。

微生物群落变化
16S rRNA分析发现，WZ14改变了根际菌群结构，Sphingomonas、Flavisolibacter等菌属与重金属耐受性显著相关，成为污染修复的生物标志物。

结论与意义
该研究证实WZ14通过“微生物-植物”协同作用提升复合污染修复效率：一方面通过分泌植物激素、改善土壤养分促进植物生长；另一方面调控根际菌群（如Bacillus、Streptomyces）增强重金属固定化。研究首次阐明Paenibacillus polymyxa与豆科植物的联合修复机制，为矿区及工业污染土壤治理提供了可推广的技术方案，同时为微生物辅助植物修复（MPPR）的标准化应用奠定基础。