2种外生菌根真菌的铅耐受性及相关机制

采用液体培养的方法比较2种外生菌根真菌(ECMF)对重金属铅的耐受性和富集能力,并通过研究铅胁迫对其生理生化特征的影响,探讨可能存在的铅耐受性机制。结果表明,2种ECMF对铅都具有一定的耐受性和富集能力,但点柄粘盖牛肝菌的铅耐受性和富集能力明显优于草地马勃,这可能与其菌丝内铅含量较低,可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性较高,以及苹果酸、酒石酸和琥珀酸等有机酸含量较高直接相关。推测2种ECMF的铅耐受性机制可能如下:1)阻止或减少Pb^(2+)进入菌丝内;2)通过可溶性蛋白螯合进入菌丝细胞内的Pb^(2+);3)提高抗氧酶活性以清除铅胁迫产生的活性氧;4)通过分泌小分子有机酸螯合Pb^(2+),尤其是苹果酸、酒石酸和琥珀酸等。本研究可为探讨ECMF的重金属耐受性机制和筛选优良的重金属抗性菌株奠定基础,并为ECMF在重金属污染土壤治理和污染区植被修复中的应用提供理论依据。

两种深色有隔内生真菌的铅耐受性

【目的】比较2种深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)Phialocephala fortinii和Phaeoacremonium mortoniae对重金属铅(Pb2+)的耐受性及富集能力,初步分析相关的重金属铅耐受性机制,为DSE在重金属污染区土壤治理和植被修复中的应用提供理论依据。【方法】采用液体摇瓶培养方法,比较不同Pb2+质量浓度(0(对照),300,600,900,1 200mg/L)胁迫下P.fortinii和P.mortoniae的生长状况,测定其培养液pH值和有机酸质量浓度,以及菌丝内Pb2+含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和还原型谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白含量的变化,分析其可能的Pb耐受性机制。【结果】当Pb2+质量浓度为0～1 200mg/L时,2种DSE均有不同程度的生长,P.fortinii的Pb2+半致死浓度(EC50)(951.5mg/L)显著高于P.mortoniae(431.0mg/L)(P<0.05)。随培养液中Pb2+质量浓度的增加,2种DSE菌丝干质量逐渐减小,而菌丝内的Pb2+含量却逐渐升高,P.fortinii的铅富集量逐渐增加,并在Pb2+质量浓度为1 200mg/L达到最大,而P.mortoniae的铅富集量则是先增加后减少,在Pb2+质量浓度为900mg/L达到最大。当Pb2+质量浓度为300～1 200mg/L时,P.fortinii的菌丝干质量和Pb2+富集量均高于P.mortoniae,而菌丝内的Pb2+含量却低于后者。随培养液中Pb2+质量浓度的升高,P.fortinii菌丝的SOD活性和可溶性蛋白含量均先增加后减少,而GSH和MDA含量则逐渐增加,且以上4个指标均在Pb2+质量浓度为600mg/L时达到最大值;P.mortoniae菌丝内的SOD活性以及GSH、MDA和可溶性蛋白含量均先增加后减少,除SOD活性在Pb2+质量浓度300mg/L达到最大值外,其他指标均在Pb2+质量浓度为600mg/L时达到最大值。2种DSE培养液的pH值均随Pb2+质量浓度的升高而下降,从中只检测到草酸和乙酸2种小分子有机酸;2种DSE在供试的Pb2+质量浓度下均能产生草酸,且草酸质量浓度随培养液中Pb2+质量浓度的增加(>300mg/L后)而极显著增大,在Pb2+质量浓度为1 200mg/L时达到最大值(P<0.01),而2种DSE仅在Pb2+质量浓度较高(600～1 200mg/L)时产生乙酸;在Pb2+质量浓度为600～1 200mg/L时,P.fortinii培养液中草酸和乙酸质量浓度都显著高于P.mortoniae(P<0.05)。【结论】2种DSE对铅都有一定的耐受性和富集能力,其中P.fortinii的耐受性和富集能力明显优于P.mortoniae,SOD活性提高以及GSH、可溶性蛋白和小分子有机酸(草酸和乙酸)的大量积累可能是这2种DSE减轻铅毒害、提高铅耐受性的潜在机制之一。

小麦苗期铅耐受性的全基因组关联分析

【目的】随着工业化的推进,重金属尤其是铅对耕地的污染已成为世界性问题。小麦作为主要粮食作物,其健康生产对保障粮食安全意义重大,筛选铅耐受性强和铅低积累小麦品种、挖掘相关调控基因或 QTL 区间,为耐铅种质创新和揭示小麦铅耐受性遗传机制奠定基础。【方法】采用 140 mg·kg^(-1)的硝酸铅溶液对 102 份小麦品种(系)进行苗期胁迫试验,以 3 个重复下的最大根长、根生物量和生长速率的耐铅系数的加权隶属函数值(D 值)来评价小麦对铅的耐受性。结合小麦 660K SNP芯片的 335 438 个高质量 SNP 标记对小麦铅耐受性进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),挖掘铅耐受性候选基因。【结果】小麦品种(系)之间的铅耐受性表现出丰富的变异,变异系数为 44.8%-46.2%,相关系数介于0.87-0.97(P<0.001);铅耐受性强的品种呈现出铅低积累特性。基因分型结果显示 SNP 多态性信息含量(polymorphic information content,PIC)为 0.28-0.32,群体结构分析将供试材料分为 7 个亚群;2 种 GWAS 分析方法共检测到 20 个与小麦铅耐受性显著关联的 SNP(P≤0.001)和 8 个候选区间,分别分布在 1B、2A、2D、3A、3B、5A 和 7A 染色体上,单个位点可解释 15.33%-19.75%的表型变异,其中 10 个位点和 8 个候选区间在 2 个及以上环境被检测到。分析稳定检测的显著关联位点及区间的候选基因,发现其功能主要与跨膜运输、蛋白修饰以及氧化应激反应有关,包括 7 个与转运蛋白相关基因(TraesCS1B02G433800、TraesCS7A02G118800、TraesCS7A02G117900 等)、2 个与泛素化与去泛素化相关的候选基因(TraesCS2A02G550900 和 TraesCS7A02G477300)、3 个跨膜蛋白基因(TraesCS2D02G570500、TraesCS3B02G039900 和TraesCS3B02G466000)和 1 个过氧化物酶相关的候选基因(TraesCS7A02G474200)。【结论】筛选出铅耐受性强的种质材料 7份,检测到与小麦铅耐受性显著关联的 20 个 SNP 位点及 8 个候选区间,筛选出 13 个与小麦铅耐受性相关的候选基因。

津田弯孢C12铅耐受性研究

【目的】测定津田弯孢C12(Curvularia tsudae C12)对重金属铅的耐受性,并分析相关的理化机制,为该菌在重金属环境污染治理中的应用提供理论基础,并丰富真菌重金属抗性机制理论。【方法】采用固、液两种培养方法,分别检测不同Pb^2+质量浓度(0,200,400,800,1 200,1 600,2 000 mg/L)胁迫下津田弯孢C12的生长状况,并依据菌丝体干质量计算铅对该菌的半效应浓度(EC50),明确该菌对铅的耐受性;测定不同Pb^2+质量浓度胁迫下津田弯孢C12培养液的pH值和有机酸含量、菌丝体中的谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)含量,初步分析津田弯孢C12可能的铅耐受性机制。【结果】津田弯孢C12在所测Pb^2+质量浓度下均能生长,但相同Pb^2+质量浓度下液体培养的菌丝体干质量和EC50(990.8 mg/L)均显著高于固体培养(P<0.05);铅胁迫下(200~2 000 mg/L),津田弯孢C12菌落直径、菌丝体干质量和培养液pH值均显著(P<0.05)低于不加铅(0 mg/L)的对照,而培养液中4种有机酸含量和有机酸总量及菌丝体内GSH含量均高于不加铅的对照,且草酸和柠檬酸含量显著(P<0.05)高于酒石酸和苹果酸。随培养基中Pb^2+质量浓度的增加,菌落直径和菌丝体干质量呈逐渐降低的趋势;草酸含量先升高后稳定,在Pb^2+质量浓度800~2 000 mg/L时达到最大;酒石酸、苹果酸、柠檬酸的含量和有机酸总量都呈先升高后降低并趋于平稳,在Pb^2+质量浓度400~800 mg/L时达到最大值;培养液pH则呈先降低后升高并稳定的趋势,Pb^2+质量浓度为800 mg/L时培养液pH值最低;菌丝体内GSH含量逐渐上升,低Pb^2+质量浓度(200~1 200 mg/L)下显著低于(P<0.05)高Pb^2+质量浓度(1 600~2 000 mg/L),而MDA含量则是先增加后降低再升高,但各个Pb^2+质量浓度下均无显著变化(P>0.05)。【结论】津田弯孢C12对重金属铅具有较高的耐受性,其在液体振荡培养条件下的生长状况和铅耐受性均明显优于固体培养,改变形态以增加吸附表面积、分泌黑色素、积累GSH和有机酸,尤其是草酸和柠檬酸,可能是该菌减轻重金属铅毒害、具有较高铅耐受性的潜在机制。

3种蔬菜种子萌发与胚根生长对铅胁迫的耐受性

为了比较大白菜、黄瓜和萝卜种子发芽过程中对重金属铅的耐受性,研究了不同浓度铅溶液胁迫对3种蔬菜种子萌发和胚根生长的影响。结果表明,不同浓度的铅处理对大白菜种子的萌发没有显著影响,但对黄瓜、萝卜种子的萌发有显著影响,尤其对3种蔬菜种子的胚根生长有显著的抑制作用,胚根变短、变小,甚至畸形、褐化坏死。进一步的光学显微镜分析结果表明,根尖生长锥随着铅胁迫浓度的增加而变短、变粗、畸形,根尖细胞变短、变小。通过比较胚根生长的抑制指数,3种蔬菜种子对铅胁迫的耐受性依次为萝卜>黄瓜>大白菜。

铅高耐受性细菌的筛选及其吸附去除水中铅的初步研究

铅污染会对人体和环境带来巨大危害,我国将其列为优先控制的第一类污染物。研究人员从铅锌冶炼厂冶炼废渣堆放场地周边土壤中分离筛选得到一株细菌Pb-S1,经鉴定为鞘氨醇杆菌,该菌具有良好的铅耐受性,并具有高效稳定的Pb2+去除和吸附性能,在含铅废水的处理中具有良好的应用前景。