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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 |
| Inhibitory effects of root-applied growth-promoting Klebsiella sp. on cadmium uptake and accumulation in Brassica chinensis L. |
| 投稿时间：2025-01-11 修订日期：2025-03-27 |
| DOI： |
| 中文关键词: 克雷伯菌 油菜 镉 铁 氮 |
| 英文关键词: Klebsiella sp. Brassica chinensis L. Cadmium Iron Nitrogen |
| 基金项目: |
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| 中文摘要: |
| 【目的】为探明克雷伯菌对污染土壤中油菜镉积累特征的影响，【方法】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，通过盆栽试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、以及油菜不同器官中Cd积累量和功能基因表达的调控作用。【结果】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、硝态氮和碱解氮的含量增幅分别可达56.7%、39.6%、54.1%。深入分析根际菌群结构发现，菌株处理提高了Verrucomicrobiota、铁还原相关菌门Proteobacteria、Firmicutes、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，施菌可以降低镉转运相关Nramp、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。【结论】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镉的固持能力，进而降低土壤中镉的有效性；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，对于镉污染耕地中油菜的安全生产具有重要意义。 |
| 英文摘要: |
| 目前对于该菌株修复耕地重金属污染方面的研究仍较为缺乏，本文通过通过研究该菌株对Cd胁迫下油菜土壤的理化性质、Cd形态和含量、土壤酶活、土壤微生物群落结构及根系转录组变化，探明克雷伯菌影响根际元素形态和生物可利用性的作用机理，明晰施加菌株调控油菜营养元素和重金属Cd吸收积累的作用机制，为镉污染耕地油菜安全生产提供数据支持 |
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