来自箬竹的根内生菌在铅 - 锌污染条件下的辅助植物修复中表现出不同的模式

《Journal of Environmental Management》:Root endophytic bacteria from Indocalamus decorus exhibit contrasting patterns in assisted phytoremediation under Pb–Zn contamination

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月28日 来源:Journal of Environmental Management 9.2

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   摘要铅锌尾矿区的重金属污染带来了严重的环境风险。微生物辅助植物修复是一种前景广阔的环境友好型策略,然而耐性箬竹 Indocalamus decorus 的根内生细菌资源在很大程度上仍未被探索。我们从在尾矿区定植近三年的 I. decorus 中恢复了可培养的根内生细菌,筛选了

  

摘要

铅锌尾矿区的重金属污染带来了严重的环境风险。微生物辅助植物修复是一种前景广阔的环境友好型策略,然而耐性箬竹 Indocalamus decorus 的根内生细菌资源在很大程度上仍未被探索。我们从在尾矿区定植近三年的 I. decorus 中恢复了可培养的根内生细菌,筛选了具有铅耐受性和促进植物生长(PGP)相关性状的分离物,并在受控盆栽实验中比较了选定的分离物。在 73 株分离物中,28 株耐受 300–1000 mg L?1 的 Pb,18 株表现出多种 PGP 相关特征谱。通过顺序 RSR 筛选和定量测定,选定了四株暂定归为 Streptomyces shaanxiensis (RA12)、Chryseobacterium gleum (RB32)、Pseudomonas canavaninivorans (RB14) 和 Klebsiella sp. (RB31) 的分离物。与非接种对照组相比,接种增加了生物量并改变了与胁迫相关和根际营养指标,其中 RB14 和 RA12 显示出更强的生长相关响应。铅的分配在分离物之间存在差异:RB14 产生最高的根 Pb 浓度(对照组的 1.75 倍)和较低的转移系数 (TF = 0.22),而 RB32 产生最高的 TF (0.79) 和相对较高的茎 Pb 浓度。锌的响应不太一致;RB14 降低了根 Zn 浓度,而其他分离物通常增加了 Zn 的吸收。主成分分析得出的得分区分了生长和胁迫、金属分配以及综合多变量响应,但排名特定于所选指标集。这些结果确定了在受控条件下对植物性能和 Pb–Zn 分配具有不同影响的可培养内生分离物。在实际尾矿基质中进行验证之前,需要验证其环境应用。

引言

铅 (Pb) 是一种高毒性重金属,已造成广泛的全球土壤污染,威胁生态安全和人类健康 (Ali et al., 2022; Collin et al., 2022)。铅锌尾矿区作为典型的废弃采矿土地,具有高重金属浓度、营养贫乏和土壤退化的特征,这阻碍了植被恢复并导致生态退化 (Rani et al., 2024)。虽然物理化学方法可以快速降低 Pb 的生物有效性,但其效用往往因高成本和二次土壤干扰而抵消。植物修复虽然环境友好,但受限于超富集植物固有的生物量低和生长缓慢 (Dhiman et al., 2016)。相比之下,微生物辅助植物修复因其生态合理性、成本效益和持续的修复性能而越来越受到研究 (Chandwani et al., 2023; Li et al., 2024a)。
细菌,包括放线菌,是植物微生态系统的关键组成部分,定殖于根际和植物内部组织。内生细菌与宿主建立共生关系,促进植物生长和胁迫耐受性,从而提高植物修复效率 (Li et al., 2012; Olenska et al., 2020; Bender et al., 2025)。与源自土壤的分离物相比,来源于遭受慢性重金属胁迫植物的内生菌可能具有有用的胁迫适应性状、缩短筛选时间和提高定殖能力 (Doty, 2008; Wu et al., 2019)。此外,其宿主来源可能有利于宿主兼容性和弹性的共生生态位,潜在地通过其他微生物改善持久性 (Franco-Franklin et al., 2021)。在微生物辅助植物修复中,耐受植物作为中心平台:它们通过根系封存重金属,通过根分泌物调节根际微环境,并将有益微生物招募到互利网络中,可能共同影响胁迫韧性和修复性能 (Li et al., 2023)。
Indocalamus decorus 是一种多年生常绿竹类,具有发达的根系、快速的生物量积累和显著的胁迫耐受性。与超富集植物相比,该物种在重金属修复方面具有独特的优势:快速污染物稳定 (Bian et al., 2020)、旺盛的无性繁殖 (Lima et al., 2012)、有效的地面覆盖 (Kumar et al., 2021) 和极低的维护要求。我们之前的工作表明,I. decorus 对退化的采矿基质表现出高适应性,其地上生物量一旦富集金属,易于收获和处置,使其成为潜在的土壤修复竹类候选者 (Yang et al., 2022; Miao et al., 2026)。我们进一步评估了螯合剂改良和修剪作为强化策略,取得了有希望的结果 (Yang et al., 2022, 2025)。然而,挑战依然存在:早期再生缓慢、成本高和相关生态风险——最值得注意的是在修复初期实现快速林分恢复的未解难题。
之前对 Pb–Zn 尾矿区 I. decorus 的群落分析显示根际和内生细菌群落发生变化,包括 Streptomyces、Pseudomonas 和 Bacillus 的富集(未发表数据)。目前尚不清楚尾矿区定植的 I. decorus 中哪些可培养根内生菌结合了高铅耐受性和多种 PGP 相关性状,以及选定的分离物如何影响宿主生长和 Pb–Zn 分配。因此,我们结合了基于培养的恢复、顺序铅耐受性和 PGP 筛选,以及植物生长、胁迫相关响应、根际特性和金属分配的盆栽规模评估。此工作流程旨在识别不同的分离物相关响应特征,以便后续在实际 Pb–Zn 尾矿基质中进行验证。

部分片段

植物材料与样品处理

从在铅锌尾矿区生长近三年(2022 年 1 月种植)的耐性 I. decorus 个体中分离根内生细菌。该地点位于四川省汉源县宝通矿业 (29°22′N, 102°40′E, 951.9 m)。土壤呈弱碱性 (pH 7.34 ± 0.26),主要受 Pb (1285.42 ± 73.16 mg kg?1) 和 Zn (1045.83 ± 52.08 mg kg?1) 污染。土壤有机质 (SOM) 为 7.54 ± 0.43 g kg?1,有效氮 (AN) 为 8.75 ± 1.12 mg kg?1,

可培养根内生细菌的分离与铅耐受性评估

通过结合两种分离方法和五种培养基,从 I. decorus 根系中恢复了 73 株内生细菌菌株,包括 32 株推定放线菌。在补充有 500 mg L?1 Pb 的 LBA 或 GMA 平板上进行初步铅耐受性筛选显示,46 株菌株 (63.01%) 表现出生长,表明具有实质性的铅耐受性 (图 2A)。值得注意的是,RB33、RB12、RB24 和 RB35 在铅暴露下显示出相对较大的菌落直径和较高的相对生长率,表明具有更大的

可培养内生细菌的多样性与增强的铅耐受性

重金属耐受性是细菌在受污染栖息地中持久存在和潜在用于生物修复的前提 (Ma et al., 2020; Shahzad et al., 2025)。由于基于培养的恢复对培养基成分和培养条件敏感,结合两种分离方法和五种培养基扩大了从尾矿区定植的 I. decorus 根系中获得的培养部分。恢复的 73 株分离物,包括 43.8% 的推定放线菌,超过了数量

结论

从在 Pb-Zn 尾矿区持久存在的 I. decorus 根系中,恢复了 73 株可培养内生细菌;28 株表现出高铅耐受性,18 株具有多种 PGP 性状。综合筛选确定了四株分离物,分别归为 RA12 (Streptomyces shaanxiensis)、RB32 (Chryseobacterium gleum)、RB14 (Pseudomonas canavaninivorans) 和 RB31 (Klebsiella sp.)。在盆栽试验中,所有四种接种处理均增加了生物量,并与胁迫相关和根际

贡献作者声明

Zhen Miao: 写作 – 初稿,可视化,方法学,形式分析,概念化。 Guo Chen: 可视化,调查,形式分析。 Mingyan Jiang: 写作 – 审查与编辑,项目管理,方法学,资金获取,概念化。 Kexin Wang: 调查,形式分析。 Dengcong Tang: 调查,形式分析。 Yi Ke: 可视化,形式分析。 Luxi Jiang: 调查。 Ruoqi Cheng: 调查。 Zhenghua Luo: 写作 – 审查与

竞争利益声明

作者声明,他们没有已知的竞争经济利益或个人关系,这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了 四川省科技计划 (资助编号 2025ZNSFSC0251) 和 成都国家植物园体系建设项目 资助 (资助编号 202611KY0005)。
Zhen Miao|Guo Chen|Mingyan Jiang|Kexin Wang|Dengcong Tang|Yi Ke|Luxi Jiang|Ruoqi Cheng|Zhenghua Luo
四川农业大学风景园林学院,中国四川成都,611130
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