利用尾矿根际细菌联合体促进砷汞胁迫下玉米生长的研究

本研究针对重金属污染土壤中农作物生长受限的问题，研究人员通过从矿山尾矿中分离出具有植物促生特性的根际细菌（PGPR），包括Pseudomonas sp. TL36、Staphylococcus sp. TL49、Gottfriedia sp. TL52和Bacillus sp. TL80，评估其在砷（As）和汞（Hg）胁迫下的耐受性及促生特性（如IAA产生、溶磷作用等），并构建两种细菌联合体（TL36+TL80和TL49+TL52）进行玉米接种实验。结果表明，联合体1（TL36+TL80）能显著促进玉米生长，尤其在多次接种时效果更佳，而砷胁迫下促生作用虽受抑制但仍优于联合体2。该研究为重金属污染土壤的生物修复提供了新策略，论文发表于《Current Microbiology》。

　　

重金属污染是现代农业面临的严峻挑战，尤其是矿山尾矿中的砷（As）和汞（Hg）通过土壤-作物系统累积，威胁粮食安全和人类健康。传统物理化学修复方法成本高且破坏土壤生态，而植物-微生物联合修复（phytoremediation）因其环境友好性成为研究热点。然而，重金属胁迫下微生物促生特性（PGPR traits）的稳定性及联合接种策略的优化仍是未解难题。

墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México）生态技术与可持续性研究所的研究团队从Tlalpujahua矿山尾矿玉米根际分离出4株细菌：Pseudomonas sp. TL36、Staphylococcus sp. TL49、Gottfriedia sp. TL52和Bacillus sp. TL80，通过分子鉴定（16S rDNA测序）和耐受性实验发现，这些菌株对砷（Na₂HAsO₄和NaAsO₂）表现中度耐受，但对汞（HgCl₂）高度敏感。进一步分析其促生特性显示，砷胁迫下IAA（吲哚-3-乙酸）产量显著提升（如TL52在75 mg L^-1 Na₂HAsO₄下产量达125.24 μg L^-1），而汞则完全抑制该特性。基于兼容性实验构建的两种联合体（TL36+TL80和TL49+TL52）在玉米接种实验中表明，联合体1通过多次接种可显著提升株高和生物量（P<0.05），而联合体2效果不显著。该研究为重金属污染农田的微生物-植物协同修复提供了实证依据，论文发表于《Current Microbiology》。

关键技术方法包括：1）重金属耐受性测定（LB培养基中添加不同浓度As/Hg）；2）促生特性分析（IAA产量测定、CAS琼脂法检测铁载体、Pikovskaya培养基评估溶磷能力）；3）挥发性有机物（VOCs）SPME-GC-MS鉴定；4）温室实验（玉米品种Puma在含As/Hg的灭菌土壤中接种细菌联合体，评估生长参数）。

研究结果

分子鉴定与耐受性

16S rDNA测序显示TL36与Pseudomonas putida相似度97.46%，TL80与Bacillus thuringiensis相似度97.49%。砷耐受实验中，1000 mg L^-1 NaAsO₂对TL36抑制率仅23.38%，而100 mg L^-1 HgCl₂对所有菌株抑制率>85%。

促生特性

TL52在砷胁迫下IAA产量较对照提升266%，而汞完全抑制所有菌株的IAA合成。TL36的铁载体产生能力最强（对照17.37 mm），但HgCl₂（72 mg L^-1）使其降至3 mm。

挥发性有机物

4株菌共有的VOCs包括2-丁酮（2-butanone）和二甲基二硫醚（dimethyl disulfide），其中甲基硫代乙酸酯（methyl thiolacetate）在TL36中占比40.6%，可能参与促生信号传导。

植物实验

联合体1（TL36+TL80）多次接种使玉米株高增加35%（无重金属胁迫），而150 mg kg^-1 Na₂HAsO₄下仍保持促生效果；联合体2（TL49+TL52）仅轻微提升叶绿素含量。

结论与意义

该研究首次揭示Gottfriedia sp. TL52在砷胁迫下的高效IAA生产能力，并证实Pseudomonas与Bacillus联合接种的协同效应。尽管汞强烈抑制微生物活性，但砷耐受菌株的促生特性保留为污染土壤修复提供了可能。未来需通过田间试验验证联合体对重金属吸收/转化的影响，并优化接种频率以平衡成本与效益。研究为发展"微生物辅助植物修复（microbe-assisted phytoremediation）"技术奠定了理论基础。