克雷伯氏菌对铅镉污染农田水稻生长的影响.pdf

收稿日期:基金项目:福建省科技厅引导性项目()作者简介:张期()男农艺师 研究方向:作物栽培与耕作学:.张期.克雷伯氏菌对铅镉污染农田水稻生长的影响.武夷科学():.克雷伯氏菌对铅镉污染农田水稻生长的影响张 期(沙县区富口镇乡村振兴综合服务中心 福建 三明)摘要:稻田土壤中的铅、镉污染严重影响水稻生长发育及其产量 本研究以克雷伯氏菌作为研究材料接种到不同程度铅镉复合污染稻田土壤中进行水稻全生育期栽培通过比较接种前后水稻生理指标及产量指标以及根际土壤 值的变化分析克雷伯氏菌对稻田水稻铅镉毒害的影响 结果表明无论稻田土壤是否存在铅镉复合污染克雷伯氏菌能够显著提高水稻根际土壤 值、水稻植株生理指标及产量指标且在.的接种比例下效果最好 将克雷伯氏菌按照.的比例接种至稻田土壤时在无铅镉污染的池村村水稻株高、叶绿素 值分别为未接菌对照组的.、.倍各器官干物质重为对照的.倍有效穗数、结实率、千粒重、单株产量分别为未接菌对照组的.、.、.和.倍在存在铅镉复合污染的柳坑村水稻株高、叶绿素 值分别为未接菌对照组的.倍、.倍各器官干物质重为对照的.倍有效穗数、结实率、千粒重、单株产量为对照的.、.、.和.倍 研究表明克雷伯氏菌不仅在普通稻田中显著促进水稻生长、提高稻谷产量还可缓解铅镉复合污染稻田的重金属毒害恢复水稻生长及其产量关键词:水稻 铅镉污染 克雷伯氏菌 稻米产量中图分类号:文献标识码:文章编号:()():()().武夷科学 ():.:./.:(.)引言铅()、镉()是世界卫生组织()划定的一类和二类致癌物质 这 种重金属与砷()、汞()和铬()一起被称为重金属“五毒”()铅、镉广泛分布于自然界的各个角落在地壳所含有的元素中铅、镉元素的含量排位第 和第 平均丰度为.、.(程新伟)由于工业和现代农业的快速发展人为活动向环境排放的铅、镉大幅度上升 年铅、镉的大气排放量增长了 倍(王艳等)铅、镉的重金属污染已成为我国亟需解决的环境问题铅、镉具有细胞毒性可直接影响动物、植物和微生物的细胞活动()土壤中高浓度铅、镉会对植物生长产生负面影响如:抑制植物光合作用和呼吸作用导致植物根系稀疏腐烂、生长发育推迟和产量减少甚至引起植物根系死亡()水稻是世界上超过一半人口的主食富含人体所需的多种维生素和微量元素是人类主要的能量来源()然而由于水稻的生长环境和特性使水稻受铅、镉等重金属的毒害高于其它作物()因此当稻田土壤中存在铅、镉重金属污染时水稻细胞代谢会受到毒害干扰水稻生长及其产量将受到严重的影响目前关于水稻重金属毒害的缓解主要从物理化学修复法、低重金属累积或耐重金属型水稻筛选、栽培调控和生物修复等几个方面展开 在生物修复法中具有植物促生作用的抗重金属微生物对缓解水稻铅、镉毒害具有重要作用拥有成本低、见效快、不影响土壤正常利用、环境友好等特点(张英婷等)()通过 培养基富集、扩大培养硫酸盐还原菌并将其接种至广西河池市镉污染玉米种植区研究玉米种植区的重金属原位生物修复工艺结果发现玉米株高增加了.玉米周长提高了.玉米毛重和净重分别增加.和.()从工业污水污染的土壤中分离出变异赖氨酸杆菌 和恶臭假单胞菌 等 株具有植物促生能力的高铅耐性细菌它们能够有效定殖在农田中在铅胁迫条件下接种、或共接种 和 时能使铅胁迫下萝卜苗的根长分别增加.、.和.叶片面积分别提高.、.和.倍干重分别提高.、.和.倍 这表明具有植物促生作用的抗重金属细菌在修复重金属污染农业土壤中具有广泛前景福建农林大学课题组前期从云南铅锌矿污染土壤中分离出具有植物促生能力的硫酸盐同化还原菌克雷伯氏菌()发现其能够显著缓解铅、镉污染水培液中苗期水稻受到的毒害显著提高其各项生理指标 但其在铅镉复合污染稻田中对铅镉毒害的缓解作用尚不明确(陈雪霞)据此本研究以福建农林大学前期筛选出具有植物促生能力的克雷伯氏菌作为研究材料通过稻田栽培试验研究不同铅镉复合污染水平下该菌株对水稻生长的影响为其在田间扩大应用提供实践参考 第 期张期:克雷伯氏菌对铅镉污染农田水稻生长的影响 材料与方法.试验样地试验于三明市沙县富口镇池村村(.)种植甬优 杂交水稻)柳坑村(.)种植梦两优华占杂交水稻进行小区稻田水稻全生育期栽培试验其基本理化性质见表 表 土壤基础理化性质 试验地 值全量铅/()全量镉/()全量砷/()全量铬/()柳坑.池村.克雷伯氏菌克雷伯氏菌在接种到稻田土壤前需在含有.(/)甘露醇、.(/)牛肉膏、.(/)、值.的最优培养基于 的恒温摇床中进行 次复壮培养 第三次复壮至.时停止培养菌液于 离心 去除基体溶液加入.超纯水重悬菌体 重复 次后稀释至原体积备土壤接种使用 此时菌液中克雷伯氏菌的数量约为.小区稻田实验设计 年 月于池村村、柳坑村进行小区稻田水稻全生育期栽培试验评价克雷伯氏菌在不同铅镉复合污染程度稻田中对水稻生长的影响 每村均设置 种处理以不接种克雷伯氏菌的小区稻田作为对照()并设置土壤含量.()、.()和.()种不同克雷伯氏菌接种比例处理每个处理 个平行 每块小区稻田长.宽 期间按照水稻正常生产模式进行管理.样品采集与测定.样品采集 水稻进入成熟期时获取整个水稻植株 水稻植株用自来水彻底洗净后用.超纯水润洗 次最后用滤纸吸干置于 冰箱备株高、干物质重、单株产量、千粒重、结实率等产量及生理指标测定使用.稻田土壤及水稻指标测定 于水稻分蘖期、孕穗期、灌浆期、成熟期等生长阶段测定水稻株高准确到 使用便携式叶绿素仪(浙江托普云农科技股份有限公司)测定水稻倒二叶叶绿素 含量 并使用便携式 计(浙江托普云农科技股份有限公司)测定稻田土壤表层下 处的 值 水稻进入成熟期时记录其有效穗数获取整株水稻后于 杀青 烘干至恒重记录其干物质重、单株产量及千粒重.数据处理数据使用 软件进行分析采用单因素方差法()分析处理效果采用最小显著性差异法()确定统计学显著性(.)并使用 软件进行绘图武 夷 科 学 第 卷 结果与分析.接种克雷伯氏菌对田间水稻根际土壤 值的影响接种不同浓度克雷伯氏菌对池村、柳坑水稻根际土壤 值的影响如图 所示 由图 可以看出无论土壤中是否存在铅镉污染随着克雷伯氏菌在稻田土壤中接种浓度的升高根际土壤 值逐渐上升 其中池村普通稻田土壤在克雷伯氏菌接种浓度为.()时根际土壤 值达到最大 但在存在铅镉复合污染的柳坑稻田土壤中当克雷伯氏菌接种浓度为.()时根际土壤 值达到最大 这可能是由于池村稻田铅、镉重金属含量较低土壤微生物群落多样性较为丰富在 处理中土壤中大量的克雷伯氏菌与原生微生物群落进行竞争微生物大量死亡导致 处理根际土壤 值相对 略微下降图 克雷伯氏菌对田间水稻根际土壤 值的影响 .接种克雷伯氏菌对不同铅镉污染稻田中水稻生理指标的影响接种不同浓度克雷伯氏菌对池村、柳坑水稻株高、叶绿素 等生理指标的影响如图 所示 由图 可以看出池村普通稻田水稻株高显著高于存在铅镉复合污染的柳坑 说明稻田土壤铅镉污染物对水稻造成了显著的毒害导致水稻生理指标下降 无论土壤中是否存在铅镉污染随着菌株克雷伯氏菌在稻田土壤中接种浓度的升高池村、柳坑稻田水稻的株高均呈现逐渐升高的趋势 成熟期时池村 处理(.)水稻株高为未接菌对照组的.倍柳坑 处理(.)水稻株高为未接菌对照组的.倍 随着克雷伯氏菌接种浓度的提高池村、柳坑水稻的叶绿素 值也逐渐上升且随着水稻种植时间的延长叶绿素 值上升越明显最高可达池村未接菌对照组的.倍柳坑村未接菌对照组的.倍 结果表明无论稻田是否存在铅镉重金属污染克雷伯氏菌均能够显著提高水稻的生理指标促进水稻的营养生长且对存在铅镉污染的柳坑稻田水稻效果更好(.)第 期张期:克雷伯氏菌对铅镉污染农田水稻生长的影响图 克雷伯氏菌对稻田水稻生理指标的影响 .接种克雷伯氏菌对不同铅镉污染程度稻田成熟期水稻各器官干物质重的影响接种不同浓度克雷伯氏菌对池村、柳坑水稻各组织干物质重的影响如图 所示 由图 可以看出池村水稻各组织干物质重均高于存在铅镉复合污染的柳坑水稻 说明稻田土壤铅镉污染物毒害对水稻造成了显著的毒害抑制了水稻的营养生长导致水稻生物量下降 除池村水稻叶组织外无论土壤中是否存在铅镉污染随着克雷伯氏菌在稻田土壤中接种浓度的升高水稻各组织干物质重均呈现逐渐升高的趋势 其中 处理(.)对各稻田成熟期水稻各组织干物质重的促进作用最高分别为池村未接菌对照组根、茎、鞘、叶的.、.、.和.倍柳坑未接菌对照组根、茎、鞘、叶的.、.、.和.倍表明无论稻田是否存在铅镉重金属污染克雷伯氏菌均能够显著促进水稻的营养生长显著提高水稻器官的生物量(.)且对存在铅镉污染的柳坑稻田水稻生物量的提高效果更好.接种克雷伯氏菌对不同铅镉污染程度稻田成熟期水稻产量指标的影响接种不同浓度克雷伯氏菌对池村、柳坑水稻各产量指标的影响如图 所示 由图 可以看出柳坑种植的水稻有效穗数显著多于池村然而存在铅镉污染的柳坑水稻的结实率、千粒重和单株产量均远低于池村 说明土壤铅镉污染不仅会抑制水稻的营养生长还会显著抑制水稻的生殖生长导致稻米的产量及其品质下降除千粒重指标外无论土壤中是否存在铅镉污染随着克雷伯氏菌在稻田土壤中接种浓度的升高水稻各产量指标均呈现逐渐升高的趋势 其中 处理对各稻田成熟期水稻各产量指标的提高作用最高分别为池村未接菌对照组有效穗数、结实率、千粒重、单株产量的.、.、.和.倍柳坑未接菌对照组有效穗数、结实率、千粒重、单株产量的.、.、.和.倍表明克雷伯氏菌能够显著提高水稻的产量(.)表明无论稻田是否存在武 夷 科 学 第 卷铅镉重金属污染克雷伯氏菌均能够显著提高水稻产量指标且对存在铅镉污染的柳坑稻田水稻的产量提高效果更高图 克雷伯氏菌对不同水稻各组织干物质重的影响 图 克雷伯氏菌对稻田水稻产量指标的影响 第 期张期:克雷伯氏菌对铅镉污染农田水稻生长的影响 结论本研究使用具有植物促生作用的克雷伯氏菌为调控材料以不同铅镉复合污染稻田为供试材料进行水稻全生育期栽培试验 结果发现接种克雷伯氏菌能够显著提高不同铅镉复合污染程度稻田土壤的 值降低土壤中铅、镉的有效性及其生物利用率 无论稻田土壤是否存在铅镉复合污染 克雷伯氏菌均能够显著促进水稻生理指标及其产量指标 且在.的接种比例下效果最好达到成熟期时在无铅镉污染的池村水稻株高、叶绿素 值分别为未接菌对照组的.、.倍各器官干物质重为未接菌对照组的.倍有效穗数、结实率、千粒重、单株产量分别为未接菌对照组的.、.、.和.倍在铅镉复合污染的柳坑水稻株高、叶绿素 值分别为未接菌对照组的.、.倍各器官干物质重为对照的.倍有效穗数、结实率、千粒重、单株产量的.、.、.和.倍 综上所述接种克雷伯氏菌能够显著缓解稻田铅镉复合污染对水稻的毒害促进水稻的生长并提高其产量参考文献陈雪霞.克雷伯氏菌对水稻铅毒害和土壤铅污染的缓解作用研究.福州:福建农林大学.程新伟.土壤铅污染研究进展.地下水():.王艳程轲易鹏等.中国工业过程大气铅排放特征.环境科学学报():.张英婷李紫龙蒋妮娜等.重金属污染土壤修复技术及其研究进展.能源与环境():.().():.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.():.(责任编辑:陈晓雯)武 夷 科 学 第 卷