重金属抗性植物生长促进细菌作为减少金属在植物组织中积累的替代策略

在当今时代,重金属对水、土壤和空气的污染正在迅速增加。工业化和技术进步释放出大量重金属(镉、铬、铅)和类金属(砷、锑),对生态系统造成严重破坏。由于这些金属的毒性作用,它们是对环境中所有生命形式的主要威胁。此外,重金属不能在化学和生物上降解,也不能简单地从环境中去除。它们只能转化为毒性较小的物种。与许多其他污染物(即有机污染物)不同,重金属的毒性作用持续时间更长。大多数金属在低浓度下是有毒的。重金属的形态及其生物利用度决定了金属对生物体的生理和毒性作用。这些金属通过生长在重金属污染土壤上的植物转移到食物链中,土壤是重金属积累的主要场所。

图1所示。重金属抗性植物生长促进菌减少植物体内重金属积累的一些作用机制B,接种植株。

采用常规的物理和化学方法进行修复不具有成本效益,而且会产生大量的化学废物。此外,使用这些方法对低金属浓度(小于100 mg/L)无效,并且对金属结合特性不具有特异性。因此,有必要寻找一种环保有效的方法来回收被重金属污染的环境。众所周知,利用有益微生物,包括细菌,是修复重金属污染环境的一种有效的替代物理和化学技术。大多数重金属破坏微生物细胞膜,但从重金属污染土壤中分离出来的细菌或生长在重金属污染土壤上的植物对重金属具有抗性,并通过各种染色体、转座子和质粒介导的抗性系统适应了这些金属。抗重金属细菌具有多种金属隔离机制,具有较大的金属生物吸附能力。由于它们对各种环境条件的弹性,对各种重金属的抗性,无处不在,大小和在受控条件下生长的能力,细菌已被用作生物吸附剂。细菌的细胞结构可以捕获重金属离子,并随后将其吸收到细胞壁的结合位点上。由于细菌具有高的表面体积比和许多潜在的活性化学吸附位点,如细胞壁上的磷壁酸,它们表现出优异的吸附能力。由于这些能力,细菌已被有效地用作去除和回收重金属的生物吸附剂。

将生物可利用的重金属转化为惰性物质是减少植物对重金属吸收的关键步骤。植物相关细菌通过改变土壤中生物可利用形态到非生物可利用形态的物种形态,保护植物免受过量金属的植物毒性。土壤中金属的低生物有效性降低了植物对金属的吸收。这些细菌还可以通过生物积累、生物吸收、沉淀、生物转化(通过甲基化、去甲基化、挥发、络合物形成、氧化或还原)、络合和碱化等过程降低金属在土壤中的生物有效性,从而减少植物对金属的吸收或向地上植物部位的转运(图1)。这些细菌可以通过产生吲哚-3-乙酸(IAA)、1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶、铁载体、有机酸、外聚合物和抗氧化酶等植物激素、磷酸盐增溶、诱导重金属抗性基因和促进植物必需营养元素的吸收等不同机制帮助植物耐受重金属毒性胁迫。

哈桑Etesami
伊朗德黑兰大学农业与自然资源学院土壤系

出版

细菌介导的重金属胁迫缓解和植物组织中重金属积累的减少:机制和未来展望。
Etesami H
Ecotoxicol Environ saf2018年1月

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