ENDOPHYTIC BACTERIA FROM SEEDS OF NICOTIANA TABACUM CAN REDUCE CADMIUM PHYTOTOXICITY

Although endophytic bacteria seem to have a close association with their host plant, little is known about the influence of seed endophytic bacteria on initial plant development and on their interactions with plants under conditions of metal toxicity. In order to further elucidate this close relationship, we isolated endophytic bacteria from surface sterilized Nicotiana tabacum seeds that were collected from plants cultivated on a cadmium-(Cd) and zinc-enriched soil. Many of the isolated strains showed Cd tolerance. Sterilely grown tobacco plants were inoculated with either the endogenous microbial consortium, composed of cultivable and noncultivable strains; single strains; or defined consortia of the most representative cultivable strains. Subsequently, the effects of inoculation of endophytic bacteria on plant development and on metal and nutrient uptake were explored under conditions with and without exposure to Cd. In general, seed endophytes were found to have a positive effect on plant growth, as was illustrated by an increase in biomass production under conditions without Cd. In several cases, inoculation with endophytes resulted in improved biomass production under conditions of Cd stress, as well as in a higher plant Cd concentration and total plant Cd content compared to noninoculated plants. These results demonstrate the beneficial effects of seed endophytes on metal toxicity and accumulation, and suggest practical applications using inoculated seeds as a vector for plant beneficial bacteria.     

Mathematical estimations of hyper-ammonia producing ruminal bacteria and evidence for bacterial antagonism that decreases ruminal ammonia production(1)

Bacteria capable of denitrification are spread among phylogenetically diverse groups. In the present investigation, molecular methods (amplified ribosomal DNA restriction analysis (ARDRA) and partial 16S rDNA gene sequencing) were used to determine the genetic diversity of culturable denitrifying soil bacteria. The purpose of this work was to study the microbial density and diversity of denitrifying communities isolated from two luvisols and a rendosol. The denitrifying bacterial density was significantly higher in the two luvisols (3x10(6) and 4x10(6) bacteria g(-1) dry soil) than in the rendosol (4x10(5) bacteria g(-1) dry soil). Denitrifying isolates from soils were grouped according to the similarity of their restriction patterns into 26 ARDRA types. Interestingly ARDRA analysis suggests that some denitrifying isolates are specific to a soil type while others seem to be geographically widespread. The number of individual isolates found in each ARDRA type appeared to be highly variable between the two sampling dates but some denitrifying types were capable of persisting in soil. The tree obtained from the partial sequences revealed five major branches exhibiting highest identity to the following genera: (i) Burkholderia-Ralstonia, (ii) Pseudomonas, (iii) Xanthomonas-Frateuria, (iv) Bacillus and (v) Streptomyces. Our 16S rDNA-based analysis clearly reveals broad diversity exceeding that previously described in the literature.     

单核细胞增多性李斯特菌氨基肽酶Lmo1711体外表达及其酶活分析

对单核细胞增多性李斯特菌(简称单增李斯特菌)lmo1711基因编码的氨基肽酶进行克隆表达与纯化,并研究该重组蛋白的体外酶学特性。首先通过生物信息学分析预测Lmo1711与氨基肽酶家族成员的亲缘关系及关键活性位点的保守性。利用SWISS-MODEL模拟预测该蛋白的空间结构;构建Lmo1711原核表达载体并转化入E.coli Rosetta中,诱导表达重组目的蛋白,并利用镍离子亲和层析方法纯化目的蛋白;以氨基酸-对硝基苯胺偶联物为底物,Lmo1711通过水解底物N端氨基酸残基产生游离对硝基苯胺单体,405 nm处检测吸光值对该产物进行检测从而分析Lmo1711的酶学特性。在此基础上系统研究Lmo1711对不同氨基酸残基底物的催化特异性,及不同金属离子对该酶活性的影响。经原核表达纯化获得49.3 kDa的重组Lmo1711蛋白,与预测分子量一致;生物信息学分析推测Lmo1711属于M29氨基肽酶家族,且存在保守关键氨基酸活性位点(Glu250、Glu316、His345、Tyr352、His378、Asp380);酶活分析显示,Lmo1711具有较强的氨基肽酶活性,针对不同底物的结合和催化能力差异较大,对亮氨酸残基的亲和程度最高;Lmo1711氨基肽酶活性具有金属离子依赖性,Co~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)等多种金属离子均能显著增强其活性,其中Co~(2+)的激活效应最显著。本试验首次发现并证实,单增李斯特菌Lmo1711属于M29氨基肽酶家族成员,具有较强的催化活性,且对金属离子具有不同程度的依赖性。     

超积累植物伴矿景天镉耐受基因SpMT2的分离及功能鉴定

超积累植物由于其对重金属具有地上部超积累以及超耐受等特性,不仅是研究植物离子转运及毒性耐受的理想模式,而且在植物修复的发展和应用中具有不可替代的作用。伴矿景天是近年在我国境内发现的一种景天科镉(Cd)/锌(Zn)超积累植物。为鉴定其富集和耐受Cd的关键基因,笔者构建了其酵母表达cDNA文库,利用酵母的遗传互补系统筛选到一个极大提高了酵母抗Cd能力的基因SpMT2。SpMT2属于富含半胱氨酸(Cys)的金属硫蛋白(Metallothionein)家族。亚细胞定位表明SpMT2表达于酵母细胞质中,并特异地提高酵母对Cd的抗性。进一步研究发现SpMT2的表达显著降低了酵母液泡中Cd含量,但酵母吸收的总Cd含量无显著变化。推测抗性增加是由于SpMT2在酵母细胞质中通过螯合Cd从而降低Cd对酵母的毒害。qRT-PCR分析表明SpMT2在伴矿景天的根和地上部都高丰度表达,且不受Cd诱导变化。鉴于SpMT2也定位于植物细胞质中,结合上述结果,推测SpMT2可能在伴矿景天细胞质中螯合Cd,在降低Cd毒害的同时可能还保持Cd在细胞质中的流动性,从而在Cd长途转运过程中也发挥重要作用。     

污泥中重金属的生物淋滤

生物淋滤法(Bioleaching)是指利用自然界中一些微生物(硫细菌)的直接作用或其代谢产物的间接作用,产生氧化、还原、络合、吸附或溶解反应,将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其他金属)分离浸提出来的技术.在生物淋滤中,嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)和嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,A.f)被用作有效的淋滤载体[1].这种嗜酸性的化能自养型细菌以大气中的CO2为碳源,以无机物铁或硫为能源来维持生长,不需要提供外来的碳源和电子供体.另外,由于pH值很低,抑制了其他细菌的生长,所以在实际的操作过程中不需要严格的无菌条件.氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌去除重金属适宜于污水处理厂的开放系统,采用土著嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f)和氧化硫硫杆菌(A.f)进行重金属去除.也就是说,处理什么地方的污泥,就在什么地方分离A.f和A.t,这样分离的微生物在生物淋滤过程中能发挥较好的作用.这也是微生物在自然界生长繁殖的特点之一. 本期介绍了王聪、宋存江等[2]从剩余活性污泥中分离得到两株土著硫杆菌,对两株菌进行了分类鉴定,确定二者分别为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌杆(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)和嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,A.t),将二者的单菌和混合菌分别接种于剩余活性污泥中,进行了为期9 d的生物淋滤,对淋滤过程中的pH变化、氧化还原电位(ORP)以及重金属含量进行了检测.结果表明,生物淋滤9 d的混合菌对于As、Cr、Cu、Ni和Zn的去除效果最好,去除率分别达到了96.09%、93.47%、98.32%、97.88%和98.60%.混合菌生物淋滤对于Cd和Pb的去除率在第6天之后迅速下降,但是A.t单菌淋滤保持较高的去除率,此结果为进一步的应用打下了良好的基础.     

铜、铅、镉、锌、汞和银离子复合污染对水螅的急性毒性效应

以水螅(Hydrasp)为例,通过单因子静态急性毒性试验方法和等毒性溶液法,分别研究Hg2 、Cu2 、Cd2 、Ag 、Zn2 和Pb2 对其单一和复合毒性效应。单一实验结果表明,它们对水螅毒性大小顺序为Hg2 >Cu2 >Cd2 >Ag >Zn2 >Pb2 。复合毒性实验表明,Zn2 与Cu2 、Hg2 、Pb2 、Ag ;Pb2 与Cu2 ;Hg2 与Ag ;Pb2 与Ag 这些组合对水螅联合急性毒性总体上表现出拮抗作用,Cd2 与Cu2 、Hg2 、Pb2 、Ag 组合总体上则是协同作用,Zn2 与Cd2 、Pb2与Hg2 、Cu2 与Hg2 ,Ag 在不同的浓度水平组合下明显表现出不同的毒性效应。     

二球悬铃木不同器官对空气中Cu、Ni、Pb和Zn的累积作用

以交通繁忙区(污染点)和相对清洁区(对照点)道路两侧的二球悬铃木〔Platanus acerifolia ( Ait.) Willd.〕为研究对象,测定了不同器官(包括主干、老树皮、2年生枝条、1年生枝条、腋芽、叶片和果实)中Cu、Ni、Pb和Zn的含量,并对污染点二球悬铃木各器官中4种重金属元素的累积量和污染指数及二者的分布比例进行分析。结果表明：二球悬铃木体内重金属元素的含量因样点、器官及元素的不同而呈现不同的变化规律,污染点4种重金属元素的累积量及其分布比例、污染指数及其分布比例则因器官和元素的不同而有明显差异。总体上看,污染点各器官的Cu、Ni、Pb和Zn的含量均高于对照点且差异显著(P<0.05);4种重金属元素相比较,均以Zn含量最高,Cu含量次之,而Ni和Pb含量则较低;在不同器官中同一重金属元素的含量也有明显差异,其中,Cu、Ni和Zn含量均在腋芽中最高,Pb含量在2年生枝条中最高。4种重金属元素的累积量及其分布比例均在叶片中最高,在老树皮中次之,在1年生枝条、2年生枝条和腋芽中均较低;而4种重金属元素的污染指数及其分布比例则在老树皮中最高,在叶片中次之。研究结果显示：二球悬铃木各器官对空气中的重金属元素均有一定的吸滞能力,并且叶片和老树皮的吸滞能力明显优于其他器官。     

高等植物金属抗性中有机酸的作用及其机理

植物的金属抗性可通过避性和耐性途径获得。具有螯合能力的有机酸在植物的金属外部排斥(避性)机制和内部耐受(耐性)机制中均具有重要作用。在金属的外部排斥过程中,植物根系分泌有机酸,与金属离子形成稳定的复合体,降低土壤金属的移动性,达到体外解毒的目的。超积累型植物的内部耐受机制主要体现在,有机酸可与金属元素发生螯合作用,将离子态的金属转变成低毒或无毒的螯合态,从而降低细胞内金属离子的毒害效应。有机酸的种类受植物种类、金属类型等因素的影响。     

水生生物对重金属吸收和积累研究进展

综述了国内外在水生生物对重金属吸收和积累研究方面的最新进展。着重阐述了重金属毒性影响因素和鱼类对重金属吸收和积累机理方面的研究现状和趋势。     

两种农作体系施肥对土壤质量的影响

不同农作体系施肥措施差异引起的土壤环境质量变化 ,会进一步影响该体系的生产力并对大气和水体环境产生潜在影响。选取中国北方两种重要的集约化种植体系 (大棚蔬菜和小麦 -玉米轮作体系 ) ,研究了经过长期施肥后 ,0～ 30 cm土壤有机质、全氮、微量元素与重金属的差异以及 0～ 90 cm土壤剖面的硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾、p H和电导率的变化。结果表明 ,大棚菜地氮、磷、钾化肥投入量达 N 2 82 3、P 92 8和 K 92 5 kg/(hm2 · a) ,分别为小麦 -玉米轮作农田的 4 .7、10 .1和 2 3.4倍。大棚菜地还施用了大量的有机肥。菜地土壤养分大量积累 ,尤其是硝态氮和速效磷 ,0～ 90 cm土层二者分别达 1389.8kg N/hm2和 132 1.1kg P/hm2 ,为农田的 5 .6和 8.4倍。速效钾和铵态氮累积量分别为 1817.3kg K/hm2 和 10 0 .4 kg N/hm2 ,为农田的2 .2倍和 1.8倍。同时 ,大棚菜地土壤中的养分还存在严重的淋溶现象。大棚菜地有机质、全氮和有效铁、锰、铜、锌含量分别为农田的 1.3、1.4、1.2、1.3、1.3和 1.4倍。镉含量为农田的 3.8倍。镉与土壤速效磷含量呈显著正相关 ,可见 ,磷肥的大量投入是镉在土壤中累积的主要原因。大棚菜地各层土壤 p H均明显低于农田相应土层 p H,而 0～ 30 cm和 30～ 6 0 cm土层的电导率则