高海拔芽孢杆菌（Bacillus altitudinis）在生物修复方面的机制研究及其对受污染土壤中种植的水稻的影响

《Archives of Microbiology》：Mechanistic insights of bioremediation potential of Bacillus altitudinis and its impact on rice grown under contaminated soil

铬和镉污染环境下，Bacillus altitudinis IHBT-705菌株耐受30 mM Cr和10 mM Cd，通过生物富集（Cr 96%效率，Cd 95%效率）和重金属转运蛋白及铁载体协同作用实现修复，水稻实验表明其促进根系发育（Cr下根长增45%，Cd下增65%）和增强抗氧化能力，为可持续农业修复提供新策略

　　

摘要

铬（Cr）和镉（Cd）的污染对环境、植物和人类健康构成了严重威胁。在绿色修复策略中，由促进植物生长的根际细菌（PGPR）介导的生物修复方法为传统的化学和物理方法提供了一种环保的替代方案。尽管Bacillus属菌种的生物修复潜力已广为人知，但本研究探讨了PGPR菌株Bacillus altitudinis（IHBT-705）对抗Cr和Cd毒性的生物修复机制。实验结果表明，该菌株能够耐受30 mM的Cr和10 mM的Cd，并保持其促进植物生长的关键特性。在12至72小时的时间范围内，其对15 mM Cr的最大生物累积效率达到了96%，对5 mM Cd的最大生物累积效率达到了95%。透射电子显微镜观察发现，Cr和Cd以电子密集颗粒的形式积聚在细胞质中。表达分析证实了重金属转运蛋白和铁载体在Cr和Cd吸收中的作用。通过水稻幼苗的盆栽实验进一步验证了IHBT-705的生物修复效果：接种IHBT-705后，重金属积累减少，植物生长得到改善，在Cr胁迫下，株高、根长和总根数分别增加了57%、45%和76%；在Cd胁迫下，这些指标分别增加了86%、65%和57%。此外，IHBT-705还提高了叶绿素含量、抗氧化酶活性以及钾、铁、镁、锰、钙和锌等营养元素的含量。总体而言，本研究通过综合分子分析合理评估了IHBT-705的生物修复潜力，并证实了其功能作用，使其成为可持续修复受Cr和Cd污染的农业生态系统的一个有前景的候选菌株。

图形摘要

铬（Cr）和镉（Cd）的污染对环境、植物和人类健康构成了严重威胁。在绿色修复策略中，由促进植物生长的根际细菌（PGPR）介导的生物修复方法为传统的化学和物理方法提供了一种环保的替代方案。尽管Bacillus属菌种的生物修复潜力已广为人知，但本研究探讨了PGPR菌株Bacillus altitudinis（IHBT-705）对抗Cr和Cd毒性的生物修复机制。实验结果表明，该菌株能够耐受30 mM的Cr和10 mM的Cd，并保持其促进植物生长的关键特性。在12至72小时的时间范围内，其对15 mM Cr的最大生物累积效率达到了96%，对5 mM Cd的最大生物累积效率达到了95%。透射电子显微镜观察发现，Cr和Cd以电子密集颗粒的形式积聚在细胞质中。表达分析证实了重金属转运蛋白和铁载体在Cr和Cd吸收中的作用。通过水稻幼苗的盆栽实验进一步验证了IHBT-705的生物修复效果：接种IHBT-705后，重金属积累减少，植物生长得到改善，在Cr胁迫下，株高、根长和总根数分别增加了57%、45%和76%；在Cd胁迫下，这些指标分别增加了86%、65%和57%。此外，IHBT-705还提高了叶绿素含量、抗氧化酶活性以及钾、铁、镁、锰、钙和锌等营养元素的含量。总体而言，本研究通过综合分子分析合理评估了IHBT-705的生物修复潜力，并证实了其功能作用，使其成为可持续修复受Cr和Cd污染的农业生态系统的一个有前景的候选菌株。

图形摘要