从狗牙根中分离的内生细菌通过胞外聚合物介导的镉去除机制缓解植物镉胁迫的功能表征

本研究针对土壤镉(Cd)污染威胁粮食安全和生态健康的问题，从耐镉植物狗牙根(Cynodon dactylon)中分离出20株内生菌，发现Agrobacterium sp. CDR9能通过产生胞外聚合物(EPS)结合Cd2+ ，在72小时内去除64.4%的Cd(20 mg L-1 )，并显著提高谷子(Setaria italica)在5 mM Cd胁迫下的发芽率(38.7% vs 20.7%)，为微生物辅助植物修复提供新策略。

　　

镉(Cd)作为电池、电子产品和采矿工业的重要合金元素，其环境污染已构成全球性健康威胁。世界卫生组织(WHO)规定成人每周安全摄入量为0.4-0.5 mg，但采矿和农业活动导致土壤Cd含量远超自然水平(0.2 mg/kg)。这种重金属通过食物链富集会损伤植物光合作用、诱发动物DNA氧化损伤，并与肾衰竭、骨疾病和癌症密切相关。传统物理化学修复方法成本高昂且易造成二次污染，而植物修复又面临生长缓慢的瓶颈。因此，从耐重金属植物中发掘具有双重功能——既能促进植物生长又能解毒重金属的微生物，成为环境生物技术领域的研究热点。

印度某研究机构的研究团队选择具有"重金属超富集先锋植物"之称的狗牙根(Cynodon dactylon)作为研究对象，这种禾本科植物能在铅锌矿尾矿等极端环境中自然生长。研究人员从其根、茎、叶中分离出42株内生菌，通过系统筛选获得一株高效耐镉菌株Agrobacterium sp. CDR9。该菌株不仅能分泌植物生长素(IAA)、溶解磷酸盐、产生铁载体，还能通过EPS吸附去除64.4%的Cd²⁺
，使谷子在5 mM Cd胁迫下的生物量提高2.6倍。相关成果发表在环境微生物学顶级期刊《Total Environment Microbiology》上。

研究采用表面消毒法分离内生菌，通过NBRIP培养基筛选磷酸盐溶解菌，CAS平板检测铁载体，Salkowski比色法定量IAA。耐镉性测试在含1-5 mM Cd²⁺
的营养琼脂上进行，利用原子吸收光谱测定Cd去除率。通过16S rRNA测序鉴定菌种，FTIR分析EPS官能团，最后在滤纸培养体系中评估菌株对谷子萌发和幼苗生长的促进作用。

从形态学观察可见，20株筛选菌株中14株为革兰氏阳性，6株为阴性。CDR9在透射电镜下呈现典型的短杆状形态。生化特性显示该菌具有蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶活性，能利用柠檬酸盐并还原硝酸盐。定量分析表明其IAA产量达4.6 μg mL^-1
，磷酸盐溶解量19.9 μg mL^-1
，铁载体单位达84%，这些特性为其植物促生功能奠定基础。

耐镉实验发现，CDR9在5 mM Cd²⁺
下仍保持0.306的OD₆₀₀
值。在液体体系中，其对20/40/80 mg L^-1
Cd的去除率分别为64.4%、51.4%和33.3%，显著高于对照菌株CDR4。FTIR光谱揭示其EPS含有丰富的胺基(-NH₂
)和羟基(-OH)，这些官能团通过络合作用固定Cd离子。值得注意的是，Cd处理组的EPS在3200-3600 cm^-1
处出现更宽的O-H伸缩振动峰，表明金属胁迫诱导了多糖类物质的分泌。

在植物试验中，CDR9使谷子在5 mM Cd下的发芽率从20.7%提升至38.7%，幼苗鲜重增加158%。菌株接种还显著缓解了Cd对根伸长的抑制，处理组根长(1.35 cm)是对照组(0.61 cm)的2.2倍。这种保护效应在狗牙根本土植物中更为显著，CDL3菌株使其发芽率达到94%，较对照提高19.3%。

该研究首次报道了Agrobacterium属细菌通过EPS介导的Cd固定机制缓解植物胁迫。与传统根际细菌相比，内生菌CDR9能定殖植物内部组织，直接降低Cd的生物有效性。其产生的IAA和铁载体不仅促进植物生长，还通过调控抗氧化酶系统增强耐逆性。从应用角度看，这类"植物-微生物联合修复系统"特别适合矿区生态重建，既能加速植被恢复，又能减少重金属向食物链迁移。未来研究需在田间验证其稳定性，并解析EPS合成相关基因以指导工程菌构建。这项工作为发展绿色、低成本的土壤修复技术提供了重要菌种资源和理论依据。