Effects of elevated CO2 and endophytic bacterium on photosynthetic characteristics and cadmium accumulation in Sedum alfredii
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.131
一、研究背景
重金属污染土壤，超富集植物的应用是植物提取技术中，低成本，环境友好的。
目前，已经鉴定了> 700种超富集植物，然而，由于其生物量小和/或生长速度慢，大多数超积累植物不适合于田间植物提取应用。东南景天最初在中国南方铅/锌矿区发现的景天科植物是第一个鉴定出的非十字花科Zn / Cd超富集植物。该物种具有重金属运输的高效率和对重金属的强抗性。基于微生物/植物生物素的技术，以进一步优化植物提取效率。
CO2浓度的增加对植物生理和生长具有深远的影响。例如，有充分证据表明植物生长对CO2（eCO2）浓度升高有积极响应，光合速率，水和养分利用效率和生物量产量增加。但关于超富集植物的研究与eCO2条件下的叶绿素荧光参数，光合速率和重金属积累的关系知之甚少。
用生长促进内生菌（PGPE）接种植物也被认为是生物强化提高植物提取效率的方法。内生微生物在根，茎或其他内部植物组织中定殖，并且可以具有改变植物生长的效果。这些可以通过例如产生植物激素（吲哚-3-乙酸，IAA）的产生，乙烯抑制剂（ACCD），增加N、P等植物营养元素的生物利用度。尽管内生菌在植物修复中有显着应用，但只有少数研究针对超富集植物内生菌诱导的生理反应，对eCO2和内生细菌对超积累植物光合特性和镉积累的综合影响知之甚少。
二、研究结果
菌在eCO2具有与aCO2相似的定殖模式，但在eCO2的根组织中观察到更多gfp标
记的 SaMR12 ，表明eCO2可以改善SaMR12的定殖。SaMR12和eCO2均促进了S. alfredii的生长，在SaMR12和eCO2之间观察到显着的正相互作用。通过接种SaMR12或eCO2显着促进了S.alfredii枝条中的镉积累，并且在两者交互作用中Cd积累量增加更加明显。
在eCO2下，S.alfredii的经光合速率显着增加，此外，在eCO2×ES联合处理中观察到更大的增量，表明提高CO2浓度个接种内生菌对光合速率存在强烈的正相互作用，同时暗呼吸减小，说明碳损失减少和光合效率提高。同时，eCO2×ES相互作用导致S.alfredii中叶绿素含量较高。
SaMR12或eCO2处理下Mg2 + -ATPase活性的改善与Ca2 + -ATPase活性相似，此外，在eCO2和SaMR12之间也观察到强烈的正相互作用。通过aCO2×ES，eCO2和eCO2×ES处理，SaHMA2在叶中的表达显着上调（图5c）。 通过aCO2×ES，eCO2和eCO2×ES显着诱导了SaCAX2基因在S. alfredii根和叶中的表达，但是，处理间没有显着差异。eCO2×ES相互作用明显改善了SaCAX2的表达，因此提出在S.alfredii的Cd液泡储存中起作用。
三、结论
1.提高CO2浓度提高了SaMR12的定植量；
2.提高CO2浓度和接种SaMR12的交互作用显著促进了东南景天根系和地上部生物量的
生长。可能与光合作用C同化量的提高以及光能利用效率提高有关。
3.提高CO2浓度和接种SaMR12的交互作用显著促进了地上部与根系Cd吸收，可能与重
金属转运相关的基因的表达提高有关。
4.提高CO2浓度和接种SaMR12的交互作用对东南景天提取Cd污染效率有巨大的潜力。