外源菌在植物根际的定殖及在净化污染土壤中的作用

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1、外源菌在植物根际的定殖及在净化污染土壤中的作用外源菌在植物根际的定殖及在净化污染土壤中的作用外源菌在植物根际的定殖及在净化污染土壤中的作用季淼张甲耀*陈玲陈效    摘要:介绍了一种新的生物强化技术,即植物根系与外源高效降解微生物构成的复合降解系统。讨论了在构建这一系统中的外源微生物在根际定殖的机理、机制、方法，以及在净化污染土壤中的作用。指出了目前存在的问题和今后的发展方向。    关键词：外源菌植物根际定殖污染土壤复合降解系统净化        1引言    植物根际是土壤中受植物根系及其生长活动影响的微域环境，由于植物根系分泌物的存在，从而有着特殊

2、的物理和化学性质，同时根际的微生物活动和生物量与无根系的土壤也有很大的区别。微生物在根际区与无根系土壤中的数量差一般为5～20倍，有的高达100倍。这种微生物在数量和活动上的增长，很可能是使根际非生物化合物代谢降解的因素[1]。根系特定的分泌物可以影响植物对土壤介质中养分的吸收，有研究表明，根际环境中由于根系分泌物的作用，致使重金属在根际中的含量和分布出现差异[2]。Cacador[3]发现，不论在哪个采样点的Zn、Pb、Cu，在根际沉积物中的含量都要大于非根际沉积物，而Cr、Ni则出现相反的情况，非根际沉积物中的含量要高一些。根系独特的物理、化学与生物

3、性质，使得根际环境的研究，在促进植物生理功能发挥及其对土壤污染的净化作用方面，有极其重要的作用。    一直以来，对污染土壤的治理多用生物修复方法，但随着工农业发展，污染物的种类越来越多，降解程度越来越难。这向原有的处理设施和技术提出了挑战。生物强化技术（Bioaugmentation）是指在生物处理体系中投加具有特定功能的微生物来改善原有处理体系的处理效果，充分发挥微生物的潜力[4]。利用根际的特殊的理化性质，将经过改造的高效降解微生物定殖于根际，构成一种新型复合净化系统，是目前生物强化技术发展的一个新方向。        2植物根际的根系与微生物构成

4、的复合系统    在根际环境中，植物的根系为根际的微生物提供了生态位和适宜的营养条件，以保证微生物的数目和活性的维持，而微生物的活动还可以修饰和降解土壤中的污染物，有利于根系在土壤中的存活和扩展[5～7]。根系与微生物互惠互利的明显例子，就是固氮菌与豆科植物。有研究表明，有固氮菌的豆科植物，根际微生物的生物量、植物的生物量和根际分泌物都有所增加。利用根际环境的此种特性，可以通过由生物工程方法得到的高效降解菌定殖于植物的根际，此种高效降解菌可以是一种﹑多种或者是菌群[8～10]，从而构建出针对某一种或几种污染物有高效净化作用的植物根系微生物复合系统[11，

5、12]。        3外源微生物在植物根部定殖的研究    外源微生物是通过实验室驯化、修饰,提高其降解能力或带有某种特性后，再施用于污染土壤的细菌、放线菌、真菌等一系列微生物的统称，其相对于土壤的土著微生物而言是外来的微生物。微生物对有机污染物适应性的遗传机制研究表明,微生物为了在污染地区环境中生存,微生物之间可以发生水平基因转移或在细菌的染色体内进行基因重排、突变、复制，以形成能够降解有机污染物的优势菌,从而充分利用污染物作为其生长基质或形成共代谢[13]。然而，由于各种环境条件和生物因子的限制,微生物的自然进化过程相当缓慢,且没有一定的方向。利

6、用基因工程技术从遗传物质着手改造，驯化已有的微生物，得到遗传修饰微生物（GeneticallyModifiedMicroorganisms，GMMs）或基因工程微生物（GeneticallyEngineeredMicroorganisms，GEMs）。常用的技术有:质粒转移、DNA重组、基因诱变和原生质体融合[14]。实际应用中，由于环境因子的复杂性和土著微生物的作用.问题主要集中在高效菌的存活、繁殖，降解活性的保持和生态安全,细菌-植物根系系统和基因工程菌的结合等[15]。    将构建好的高效降解菌定殖于植物的根际,使之能够存活、繁殖，并且生长成为优

7、势菌群，这是基因工程菌应用的关键。根部定殖是一种引入菌株在植物根部（包括外根圈,也包括根面或内根圈）定居繁殖的过程,而不只是简单引入菌株与植物根部被动相遇的过程,而且根部定殖是发生在有土著微生物参与竞争的情况下。现在一般认为，根部定殖是指在有土著微生物存在的情况下,接种到种子或植物无性繁殖体部分，并在根部繁殖及保持其种群的能力[16]。    目前，农业研究中已有将各种有益微生物（如生防菌[11]BCA；根围粗生菌PGPR,YZB)定殖于农作物根部的研究[17]。        3．1根部定殖的机理    关于微生物在植物根部的定殖过程,曾经有人提出一种

8、“双相”模式[18]:    （1）散布相(Dispersalphase)。根尖