多粘類芽孢桿菌對油菜中鍶富集和轉移的影響

姜曉燕，李奕奉，閆冬，何映雪，丁庫克，*

（1. 中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所，北京 100088；2. 北 京市朝陽區疾病預防控制中心，北京 100021）

放射性核素鍶和銫為典型的人工放射性核素之一，它們為長壽命核素，其半衰期較長，如鍶的物理半衰期為29.1年，因此，其能夠長期對土壤、植物、水體等生態環境造成一定影響。隨著核科學技術的迅猛發展以及較大范圍使用核能核技術，難免會造成一些核泄漏事件的意外發生，一旦發生會導致生態環境中的鍶含量呈現越來越高的趨勢[1-3]，通過在環境中長期累積，導致鍶等放射性核素污染物從環境中清除非常不容易，這些核素經長期累積，可能通過食物鏈進入到人體，就會對人體造成一定傷害，因此，從食品安全評估方面探討典型放射性核素鍶在蔬菜中的富集和轉移特征具有實際意義。目前利用植物吸附、富集重金屬以及放射性核素特性，成為修復重金屬污染土壤的重要手段之一[4]。但是，由于植物本身需要維持正常生長，對于放射性核素脅迫作用下的植物耐受性具有一定限制。導致植物修復技術不能大規模使用，所以，研究能夠增強植物修復能力和耐受能力的措施尤為必要。目前，較多的研究主要集中在植物對于鍶的富集、轉移以及鍶對植物生理生化狀態的影響[5-9]，而對于微生物與植物聯合作用的研究相對較少。土壤中鍶本底值較高[5]，而且土壤的理化性質對于鍶的吸收轉移會產生影響[4]，本實驗采用水培方式培育油菜，是為了避免土壤中很多因素對實驗的不必要干擾。研究油菜對穩定性鍶-88的富集和轉移情況以及根際促生菌——多粘類芽孢桿菌(Paenibacillus p olymyxa)對該過程的影響。

1 材料與方法

1.1 主要試劑和材料

SrCl2· 6H2O(白色粉末)，優級純試劑，購自國藥集團化學試劑有限公司。實驗所用水培營養液為改良的霍格蘭氏(Hoagland)培養液[10](以下簡稱培養液)，在實驗的幼苗期用50%濃度的培養液，培養2周后換成66%濃度的培養液。采用育苗海綿培養油菜，普通市售大塊海綿剪成1 cm3小塊，中間有貫穿縫隙的海綿，縫隙用于放置種子，在育苗階段保持海綿濕潤；普通市售塑料盤加上海綿作為育苗盤，苗在此發芽生長，海綿起到固定作用保證苗不倒；培養用箱容量3 L，購置尺寸為28 cm×20 cm×8 cm塑料盒作為培養箱，用于盛裝培養液，塑料盒外邊膠布纏繞，目的是避光；泡沫板購自農貿市場，為28 cm×20 cm×1 cm用于固定育苗海綿。

1.2 實驗蔬菜和菌株

選擇葉類蔬菜油菜(Brassica rapa)作為研究對象，其植物分類屬于十字花科蕓薹屬。選擇多粘類芽孢桿菌，為可濕性粉劑，劑型為10 cfu/g，凈質量為60 g。該菌屬于根際促生菌類。

1.3 植物培養

1.3.1 育苗 在培養箱里育苗，維持溫度為25 ℃。將油菜種子放在育苗海綿深度約3 mm的縫隙中，培育初期用蒸餾水，到真葉長出后換成33%濃度的培養液。

1.3.2 栽培 選取長勢均勻、生長2周后的油菜苗，移栽到裝有培養液的塑料培養箱中，放置于培養室的培養架中，生長溫度為22 ℃，光照周期為10 h。培養室共有3個光照培養架，每個光照培養架共3層，每層頂部有6個LED燈管，總照度在其正下方為5 000 lx。

1.4 實驗分組

實驗分5組，設置4個不同Sr2+濃度處理組和1個對照組(不加菌不加鍶只有培養液)。按照土壤中的鍶本底值平均為162.33 mg/kg[1]，約為1.84 mmol/kg，因而，將鍶濃度設為實驗1～4組分別為1、2、3和4 mmol/L Sr組，即添加穩定核素88Sr的化合物SrCl2·6H2O，以 SrCl2· 6H2O為母液；同時加鍶加菌，根據多粘類芽孢桿菌的推薦濃度0.333 g/L作為接菌濃度，即溶解1 g多粘類芽孢桿菌到每個培養箱中。分別稀釋成不同濃度鍶+菌處理后與培養液混合，實驗中每隔2 d更換1次培養液，培養4周，在7、14、21 d后對油菜根部及莖葉不同部位的鍶含量進行檢測，計算油菜對鍶的轉移系數(transportation f actor，TF)和富集率(concentration r atio，CR)。公式如下：

TF=鍶在植物地上器官中的含量(mg/kg)/鍶在植物根中的含量(mg/kg)

CR=鍶在植物器官中的含量(mg/kg)/鍶在土壤(或水體)中的含量(mg/kg)

Tf表示了鍶在植株體內的轉移情況。轉移系數越大，轉運鍶的能力越強；CR表示鍶在土壤(或水體)-植株系統中遷移的難易程度。

1.5 多粘類芽孢桿菌對油菜根部和莖葉部鍶含量影響的檢測

采用電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES，德國Spectro Arcos)檢測鍶含量。將油菜從培養箱中完整取出，用去離子水沖洗樣品表面，將植物根與莖葉分離，做好標記。樣品首先進行前處理：80 ℃烘干至恒重；粉碎后稱取0.20 g，于聚四氟乙烯罐中，加入 2 mL HNO3和1 mL H2O2，靜置3 h以上，在165 ℃下消解4 h后，冷卻、超純水定容至10 mL，再取1 mL稀釋10倍后上機檢測。

1.6 統計學方法

實驗數據均以表示，采用SPSS 19.0統計軟件進行單因素方差分析，檢驗水準為α=0.05。

2 結果

2.1 多粘類芽孢桿菌對油菜組織中88Sr含量的影響

見表1。與對照組相比，多粘類芽孢桿菌存在時，油菜根部和莖葉中鍶含量隨著培養液中鍶濃度的升高和作用時間增加而增加(P＜0.05)(油菜根部在1 mmol/L Sr+菌作用21 d時除外)，油菜莖葉中的88Sr含量大于油菜根部(P＜0.05)。

表1 多粘類芽孢桿菌和不同濃度Sr作用下油菜根部和莖葉中的Sr含量(，n=3，mg/kg)

表1 多粘類芽孢桿菌和不同濃度Sr作用下油菜根部和莖葉中的Sr含量(，n=3，mg/kg)

與對照組(不加鍶不加菌組)相比，*P＜0.05.

莖葉7 d 14 d 21 d 7 d 14 d 21 d對照組 92.42±14.11 31.95±0.78 78.65±4.91 38.21±7.06 58.49±3.99 64.67±4.29 1 mmol/L Sr+菌 2 789.47±510.82* 1 925.21±119.47* 1 347.39±395.34 15 504.29±44.82* 16 265.62±1 228.60* 21 661.45±2 381.27*2 mmol/L Sr+菌 5 010.92±634.37* 3 112.97±222.28* 5 127.91±1 582.52* 29 799.94±1 065.48*28 892.50±1 645.91* 35 743.40±3 278.04*3 mmol/L Sr+菌 5 556.03±662.40* 4 815.83±368.03* 4 465.31±570.43* 40 460.61±988.12* 34 143.33±2 918.30* 27 425.29±14 024.15*4 mmol/L Sr+菌 8 440.73±1 478.73*4 999.58±70.99* 5 995.94±806.88* 49 224.83±4 340.69*42 143.88±2 118.06* 45 839.47±2 121.88*組別 根

2.2 多粘類芽孢桿菌對油菜轉移系數的影響

見表2。在多粘類芽孢桿菌存在下，與對照組相比，油菜4個實驗組對88Sr的轉移系數均增加(P＜0.05)，且轉移系數隨著培養時間的增加而增加，均在21 d達到最高。

表2 多粘類芽孢桿菌對油菜轉移系數的影響(-x±s，n=3)

2.3 多粘類芽孢桿菌對油菜富集率的影響

見表3。油菜吸附的88Sr主要富集在莖葉部，莖葉部大于根部；與對照組相比，其富集率均降低，差異均具有統計學意義(P＜0.05)，4個實驗組間差別無統計學意義(P＜0.05)。

表3 多粘類芽孢桿菌對油菜富集率的影響(，n=3)

表3 多粘類芽孢桿菌對油菜富集率的影響(，n=3)

與對照組(不加鍶不加菌組)相比，*P＜0.05.

莖葉7 d 14 d 21 d 7 d 14 d 21 d對照組 0.71±0.11 0.16±0.082 1.21±0.075 0.29±0.05 0.30±0.015 0.50±0.033 1 mmol/L Sr+菌 0.02±0.01* 0.02±0.001* 0.03±0.008* 0.11±0.05* 0.18±0.01* 0.24±0.05*2 mmol/L Sr+菌 0.03±0.003* 0.02±0.001* 0.06±0.018* 0.17±0.006* 0.16±0.009* 0.20±0.018*3 mmol/L Sr+菌 0.02±0.004* 0.02±0.001* 0.04±0.008* 0.17±0.004* 0.14±0.012* 0.12±0.006*4 mmol/L Sr+菌 0.02±0.004* 0.01±0.0 004* 0.03±0.005* 0.14±0.012* 0.08±0.039* 0.13±0.006*組別 根

3 討論

多粘類芽孢桿菌屬于根際促生菌，是一種產芽孢的革蘭氏陽性細菌，以前屬于芽孢桿菌屬，在1993年將其命名為類芽孢桿菌屬[11]，它是從芽孢桿菌屬中獨立出來。多粘類芽孢桿菌具有植物防病和植物促生作用，因對人畜安全、對環境無污染等優點而受到重視，美國環保署將其列為可在商業上應用的微生物之一[12]。 有研究表明[13]在油菜上施用多粘類芽孢桿菌后，對蔬菜的株高、株質量、維生素C含量均無不良影響，而且對油菜中硝酸鹽的累積均有明顯降低作用，濃度越高效果越明顯。本研究中利用水培方式培育油菜，探索多粘類芽孢桿菌對油菜轉移和富集鍶的影響。從油菜的轉移系數來看，隨著88Sr濃度的升高，油菜各實驗組與對照組相比對88Sr的轉移系數增加(P＜0.05)，說明多粘類芽孢桿菌與88Sr聯合作用能夠促使轉移系數增加。多粘類芽孢桿菌對于鍶富集率的影響結果表明，在多粘類芽孢桿菌存在的情況下，油菜吸附的88Sr主要富集在莖葉部，與對照組相比，其富集率均降低(P＜0.05)，說明多粘類芽孢桿菌可降低油菜根和莖葉部分對88S r的富集率，促進88Sr從根到莖葉的轉移。因此，可考慮進行多葉植物修復污染土壤的研究。隨著作用時間增加，油菜對88Sr的轉移系數也增加，在21 d達到最高，為今后研究提供時間點的確定提供了依據。基于以上結果，可考慮利用多粘類芽孢桿菌促進油菜對88Sr轉移這一特性，進一步研究植物和微生物聯合修復污染土壤的方法和技術。

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《癌變·畸變·突變》第七屆編委會第1次會議紀要

2017年12月6日，《癌變·畸變·突變》第七屆編委會第1次會議在上海召開。雜志常務副主編石剛剛教授主持，副主編曹佳教授、郝衛東教授、浦躍樸教授、張天寶教授等56位編委參加了會議。

石剛剛教授作了簡短的開場發言，感謝第六屆全體編委的辛勤勞動，歡迎并祝賀新一屆編委的成立，并代表雜志承辦單位汕頭大學醫學院表示對《癌變·畸變·突變》雜志將一如既往地給予全力支持。編輯部進行了工作匯報，介紹了雜志的現狀，在按期、較好地完成各期編輯、出版任務的同時, 繼續以熱忱服務的意識建立與審稿專家、作者和讀者的關系。然后介紹了編委換屆工作的情況，在原有編委62人（其中6名外籍編委）的基礎上，退出12人，增加49人?，F第七屆編委99人（含7位外籍編委），規模已較為合理，符合雜志發展的需要。通過換屆，編委的年齡結構更為合理，學科覆蓋和地區分布進一步擴大。在工作設想中，編輯部提到要利用學會的學術交流會宣傳雜志，努力爭取優質稿源，組織會議稿件。

接著是自由討論環節，編委們各抒己見，獻計獻策，為雜志的發展提供了許多切實可行的方案。明確了今后雜志要辦好專家述評專欄，圍繞當前國際上最新最熱點問題，找權威專家寫一些述評，并在內容方向更貼近老百姓生活，更關心學會的人和事，辦成有溫度的學術期刊。中國環境誘變劑學會理事長曹佳教授進行了總結，肯定了編委會召開的積極意義，提到目前國內中文學術期刊面臨的困境和雜志發展的瓶頸，并勉勵編委們和編輯部在今后的工作中克服困難、互相促進，充分利用現代通信手段，增進編委之間的交流溝通，辦出嚴謹和活躍的雜志，提出學會將和汕頭大學醫學院作更緊密配合，為雜志的進一步發展打開新的局面。