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根施促生克雷伯菌抑制油菜镉吸收积累的作用机制

文献类型： 中文期刊

作者： 杨皓;王常荣;吴赵清华;田耕;王林;黄永春;薛卫杰;孙约兵

作者机构：

关键词： 克雷伯菌;油菜;镉;铁;氮

期刊名称：农业环境科学学报

ISSN： 1672-2043

年卷期： 2025 年

页码：

收录情况： 北大核心（2023版） ; ; CSCD（2025-2026年度） ; ; 科技核心（2024版） ; ; 农林核心（2024版）

摘要： 为探明克雷伯菌对污染土壤中油菜Cd积累特征的影响，以夏绿2号油菜为材料，利用微生物高通量测序、转录组测序、土壤Cd逐级提取等手段，通过盆栽实验研究了根施克雷伯菌对根际微生物群落结构、土壤理化性质和元素形态、及油菜不同部位中Cd积累量和功能基因表达的调控作用。结果表明，根施克雷伯菌促进了油菜生长，同时显著降低了油菜根部和地上部Cd含量，与对照处理相比最大降幅分别为44.6%和22.5%。根际微环境中，克雷伯菌处理小幅度提高了土壤pH值，并降低了土壤中Cd的生物可利用性。逐级提取结果显示，施菌后可交换态Cd含量降幅可达6.0%，残渣态Cd增幅可达8.0%。同时，菌株处理促进了土壤氮矿化过程，显著提高了土壤酶活性和无机氮含量，其中，土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的活性增幅分别可达19.5%、20.5%、27.7%、42.9%和27.0%，铵态氮和硝态氮和碱解氮的含量增幅分别可达56.7%和39.6%和54.1%。深入分析根际菌群结构发现，菌株处理提高了Verrucomicrobiota、铁循环相关菌门Proteobacteria和氮循环驱动菌Arthrobacter、Massilia和Tychonema＿CCAP＿1459～11B等相对丰度，并降低了Acidobacteriota 和Actinobacteriota等相对丰度，进一步分析油菜根系功能基因表达水平发现，施菌可以降低Cd转运相关Nramp和ZIP家族基因水平，降幅分别为17.6%～20.5%和44.8%～77.4%，同时提高铵态氮转运蛋白和氮代谢相关基因AMT以及glnA和nirA的表达，幅度分别为22.6%～27.8%、57.7%和29.7%～37.7%，从而在抑制Cd吸收转运的同时促进油菜根系无机氮吸收和利用。由此可见，根施克雷伯菌可以通过调控根际菌群驱动的氮、铁等元素循环，增加营养元素氮的生物可利用性，改变铁氧化物形态并提高其对Cd的固持能力，进而降低土壤中Cd的有效性；同时，微生物代谢能够抑制油菜根系Cd转运基因的表达，促进无机氮吸收和代谢相关基因表达，进一步有利于抑制油菜对Cd的吸收与积累并促进油菜的生长，对于Cd污染耕地中油菜的安全生产具有重要意义。

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