解磷微生物在重金屬污染原位修復(fù)中的作用及其機(jī)理研究進(jìn)展

林鈺柵,范　縉,蔡邦平,嚴(yán)重玲*

(1.濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(廈門大學(xué)),福建廈門361102;2.廈門市園林植物園，福建廈門361003)

?

解磷微生物在重金屬污染原位修復(fù)中的作用及其機(jī)理研究進(jìn)展

林鈺柵1,范縉1,蔡邦平2,嚴(yán)重玲1*

(1.濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(廈門大學(xué)),福建廈門361102;2.廈門市園林植物園，福建廈門361003)

重金屬污染是我國(guó)目前面臨的最嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一,如何科學(xué)治理已成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)．解磷微生物(phosphate-solubilizing microorganisms,PSMs)作為一類備受關(guān)注的農(nóng)業(yè)有益菌,在長(zhǎng)期重金屬逆境環(huán)境中,不僅進(jìn)化出一系列的耐性和抗性機(jī)制,而且作為可溶性磷酸鹽的潛在供應(yīng)體,產(chǎn)生的磷酸根離子在化學(xué)鈍化修復(fù)或植物修復(fù)重金屬污染土壤中都發(fā)揮著舉足輕重的作用．除此之外,該類功能菌所產(chǎn)生的植物生長(zhǎng)素、1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸脫氨酶、鐵載體、低分子量有機(jī)酸、生物表面活性劑等,可進(jìn)一步強(qiáng)化植物修復(fù)重金屬污染能力．主要綜述了近年來(lái)解磷微生物聯(lián)合化學(xué)鈍化修復(fù)和強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)兩方面研究,以期更好地服務(wù)于原位修復(fù)重金屬污染土壤．

解磷微生物;重金屬污染;原位修復(fù);化學(xué)鈍化;植物修復(fù)

環(huán)境中的重金屬通常不被生物降解,又因其潛伏性、隱蔽性、滯后性等特點(diǎn)可長(zhǎng)期保留在土壤中,影響環(huán)境微生物多樣性和土壤肥力,導(dǎo)致大量農(nóng)業(yè)土壤不再適宜耕作,而且通過地下水污染和食物鏈富集等影響人類健康[1-4]．重金屬污染已成為目前最嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一,如何治理已受到極大關(guān)注,成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)．原位修復(fù)和異位修復(fù)是當(dāng)前土壤重金屬污染治理的兩大途徑,其中原位修復(fù)技術(shù)旨在改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)或是通過其他方式聯(lián)用,如微生物、植物的參與,降低污染土壤中毒性金屬離子的生物有效性、遷移能力或是改變土壤中重金屬的總濃度[5-6]．與異位修復(fù)技術(shù)相比,原位修復(fù)方式(尤其是化學(xué)鈍化修復(fù)和植物修復(fù)技術(shù))因其操作簡(jiǎn)便、成本低、修復(fù)快速且對(duì)環(huán)境破壞性小等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用．

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)磷的需求在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì),磷酸鹽物質(zhì)是植物生長(zhǎng)的主要肥料來(lái)源,也是化學(xué)固定土壤重金屬污染方式的重要鈍化劑．然而,土壤中固有或人為施入的大部分磷酸鹽物質(zhì)擴(kuò)散速度慢、固定能力強(qiáng)等因素,使其生物有效性非常低,在不易被植物所吸收利用的同時(shí)也限制了原位重金屬修復(fù)的效果[7-9]．解磷微生物如Bacillus,Pseudomonas,Rhizobium,Aspergillus和Penicillium等,是一類典型的植物根際促生微生物,通過分泌H+、有機(jī)酸等可將多種難溶性磷酸鹽如Ca3(PO4)2、AlPO4、FePO4、磷礦粉等進(jìn)行溶解,從而釋放出大量的可溶性磷酸根[10-11]．解磷微生物作為可溶性磷酸鹽的潛在供應(yīng)體,產(chǎn)生的磷酸根離子不僅參與植物磷物質(zhì)循環(huán),而且在化學(xué)鈍化或植物修復(fù)重金屬應(yīng)用時(shí)也發(fā)揮著重要的作用．除此之外,該類功能菌基于自身重金屬解毒機(jī)制之外,具有產(chǎn)生植物激素、1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)脫氨酶、鐵載體(siderophores)、低分子量有機(jī)酸(LMWOAs)等功能[3,12-13],所以,解磷微生物的應(yīng)用可進(jìn)一步強(qiáng)化植物修復(fù)重金屬污染的能力．近年來(lái),解磷微生物聯(lián)合化學(xué)鈍化修復(fù)或強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)受到越來(lái)越多研究工作者關(guān)注,為原位修復(fù)重金屬污染土壤提供了新思路,已成為全球生態(tài)修復(fù)工程的前沿領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)．

1　微生物自身修復(fù)重金屬能力

土壤微生物群落是目前已知的生物多樣性最豐富的庫(kù)源,尤其是根際微區(qū)域的微生物,被認(rèn)為是植物的第二基因組,對(duì)植物健康非常重要[14]．然而,重金屬污染嚴(yán)重影響土壤微生物群落,可能改變微生物的群落結(jié)構(gòu),降低特殊功能微生物種群數(shù)量,減少微生物生物量[4]．反之,微生物群落對(duì)重金屬污染反應(yīng)亦非常靈敏,Sandaa等[15]利用DNA關(guān)聯(lián)分析方法研究了不同重金屬濃度水平對(duì)土壤微生物群落的影響,發(fā)現(xiàn)即便是較低的重金屬濃度水平都會(huì)使土壤中細(xì)菌多樣性顯著下降,而且隨著重金屬濃度的升高所造成的傷害增大．

在長(zhǎng)期的重金屬脅迫環(huán)境中,解磷微生物自發(fā)形成一系列的耐性和抗性機(jī)制,表現(xiàn)出耐受重金屬毒性作用,并且通過自身代謝活動(dòng)或非代謝活動(dòng)對(duì)重金屬的移動(dòng)和固定起到重要的作用,如排斥金屬離子遠(yuǎn)離靶位點(diǎn)、將金屬離子排出體外、利用金屬結(jié)合蛋白或其他細(xì)胞組分與金屬離子形成絡(luò)合物、將高危重金屬轉(zhuǎn)化為低毒性物質(zhì)或進(jìn)行甲基化/脫甲基化作用[13,16-17]．微生物耐受重金屬機(jī)制較為復(fù)雜,往往是多種機(jī)制協(xié)同作用的結(jié)果．微生物與重金屬的生物地球化學(xué)過程密切相關(guān),可以通過固定、絡(luò)合或解毒作用改變重金屬的遷移能力和生物有效性[18]．

2　解磷微生物聯(lián)合化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)

重金屬以多種賦存形態(tài)存在于污染土壤中,通常認(rèn)為具有生物有效性和遷移能力強(qiáng)的這部分重金屬遠(yuǎn)比土壤環(huán)境中重金屬總量重要,更容易對(duì)自然環(huán)境和人類健康帶來(lái)直接影響,因此,降低重金屬的生物有效性和遷移性在重金屬污染土壤治理中至關(guān)重要[8,19]．化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)就是在污染土壤中加入各種穩(wěn)定劑,利用它們與重金屬元素之間一系列吸附、絡(luò)合、氧化還原、離子交換和沉淀等作用,形成毒性小、移動(dòng)性差或溶解度低的物質(zhì),從而降低重金屬的生物有效性,減少重金屬向其他環(huán)境單元的遷移性[20-21]．該方法具有修復(fù)周期短、成效快、費(fèi)用低、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì),在治理大面積、中輕度的污染土壤中極具應(yīng)用前景[21]．該修復(fù)方法常用的穩(wěn)定劑包括無(wú)機(jī)穩(wěn)定劑(粉煤灰、無(wú)機(jī)肥、海泡石、含磷物質(zhì)等)、有機(jī)穩(wěn)定劑(農(nóng)家肥、秸稈等)和無(wú)機(jī)-有機(jī)混合穩(wěn)定劑[20,22]．

2.1含磷物質(zhì)鈍化重金屬污染修復(fù)技術(shù)

大量研究表明含磷物質(zhì)是有效、低成本的重金屬污染土壤原位修復(fù)劑,磷酸鹽通過表面吸附、離子置換、溶解-沉淀作用等機(jī)制改變重金屬的物理化學(xué)性質(zhì),降低其生物有效性和遷移性,從而降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[23]．美國(guó)環(huán)境保護(hù)署認(rèn)為磷酸鹽是修復(fù)土壤重金屬鉛污染的最好方法,磷酸鹽與土壤溶液中的鉛元素形成溶度積常數(shù)很小的鉛-磷酸鹽復(fù)合物,如Pb5(PO4)3Cl、Pb5(PO4)3OH和Pb5(PO4)3F等[24]．除此之外,磷酸根離子還可與30多種金屬元素形成溶度積常數(shù)非常小的金屬-磷酸鹽沉淀[25]．這些金屬-磷酸鹽復(fù)合物在相當(dāng)廣的pH范圍內(nèi)都是低溶解性的[26],所以磷酸鹽是修復(fù)重金屬污染土壤的有效途徑,其修復(fù)效果在實(shí)驗(yàn)室和野外現(xiàn)場(chǎng)條件下都得到很好的驗(yàn)證．Cao等[27]利用含磷材料修復(fù)2種不同的Pb、Cu、Zn復(fù)合污染土壤后,與對(duì)照處理相比,所有含磷材料處理都顯著降低了土壤中具有水溶性、植物可利用和生物有效性Pb的比例,并推測(cè)是由于難溶性的鉛-磷酸鹽復(fù)合物形成導(dǎo)致的,同時(shí),也可能是因?yàn)橥寥赖V物質(zhì)的吸附作用使得土壤中水溶性Cu和Zn含量也顯著降低．此外,在野外鉛污染土壤所進(jìn)行的磷酸鹽修復(fù)嘗試也證實(shí)磷酸、磷酸二氫鈣、磷礦粉都可對(duì)金屬鉛進(jìn)行有效的固定[28-29]．

用于修復(fù)重金屬污染土壤的含磷物質(zhì)按溶解性大致可分為3類:水溶性磷酸鹽、中度溶解性磷酸鹽和難溶性磷酸鹽[9,30](詳見表1)．已有研究結(jié)果表明,不同磷酸鹽物質(zhì)由于其溶解能力差異,可能會(huì)影響其在重金屬和類重金屬污染土壤中的修復(fù)效果．Ma等[31]研究認(rèn)為,磷酸鹽物質(zhì)固定重金屬的能力隨著磷酸鹽溶解度提高而增強(qiáng)．有研究者利用磷酸鹽物質(zhì)修復(fù)位于弗羅里達(dá)的一個(gè)重金屬污染點(diǎn),為期1年的試驗(yàn)結(jié)果表明,單獨(dú)施用磷酸或是與其他含磷材料結(jié)合使用后都表現(xiàn)出了良好的修復(fù)效果[32]．但磷酸屬于酸性物質(zhì),通常會(huì)降低土壤pH,而且無(wú)法避免的是,所施加的大部分可溶性磷酸根離子可能與Ca2+、Fe3+、Al3+等離子形成難溶磷酸鹽復(fù)合物,因?yàn)橥寥廊芤褐须x子之間相互競(jìng)爭(zhēng),所以需要額外大量的磷酸根離子才能使得鉛離子得以固定[9,33]．過量的溶解性磷酸鹽人為施入自然環(huán)境后,可能引起土壤pH的顯著變化,土壤中As、Se、Cr等金屬元素浸出,或大量的可溶性磷酸根向地表或地下水體遷移,會(huì)造成富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題[9,19,24,34]．

表1　重金屬污染土壤化學(xué)鈍化修復(fù)的常用含磷物質(zhì)

Tab.1　Common phosphorus-containing materials used in chemical immobilization of metalliferous soils

溶解性代表物質(zhì)簡(jiǎn)稱化學(xué)式logKsp化學(xué)修復(fù)效果水溶性磷酸PAH3PO4修復(fù)快速,但亦快速淋溶,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大(如土壤酸化;Se、As等元素浸出;水體富營(yíng)養(yǎng)化等)磷酸氫二銨DAP(NH4)2HPO4中度溶解性磷酸二氫鈣MCPCa(H2PO4)2·2H2O-1.14與水溶性含磷物質(zhì)相比,土壤中保留時(shí)間更長(zhǎng)磷酸氫鈣DCPCaHPO4-6.66磷酸三鈣TCPCa3(PO4)2-24.00難溶性羥磷灰石HACa5(PO4)3OH-55.90低成本,長(zhǎng)期修復(fù)最佳選擇,但低溶解度是限制修復(fù)效果關(guān)鍵因素磷礦粉PRCa5(PO4)3A*-57.00

注：Ksp表示溶度積常數(shù),logKsp來(lái)源于文獻(xiàn)[23,30]．*：A=OH,F.

越來(lái)越多研究指出,難溶性磷酸鹽類才是長(zhǎng)期重金屬污染持續(xù)治理的最佳選擇,磷礦粉和磷灰石是其中最常用的種類[23,35]．Cao等[32]設(shè)計(jì)3組不同磷酸鹽固定劑去修復(fù)多種重金屬污染土壤,磷酸和磷礦粉結(jié)合使用與單純磷酸處理相比,對(duì)土壤pH影響小,而且可溶性磷含量低．Mignardi等[36]利用合成羥磷灰石和天然磷礦粉固定Cd、Cu、Pb、Zn污染土壤,都能通過表面吸附或是溶解-沉淀機(jī)制來(lái)有效地降低水溶性重金屬,與可溶性磷酸鹽相比,難溶性磷酸鹽極小影響到土壤酸度,同時(shí)降低富營(yíng)養(yǎng)化的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)．

2.2解磷微生物聯(lián)合含磷物質(zhì)修復(fù)技術(shù)

與易溶解磷酸鹽材料相比,利用磷灰石和磷礦粉修復(fù)重金屬污染具有對(duì)環(huán)境pH影響小和造成富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)勢(shì)[23],而且我國(guó)磷礦資源位居世界第二,具有儲(chǔ)量大、成本低、運(yùn)輸安全便捷的優(yōu)勢(shì),更有利于我國(guó)農(nóng)業(yè)開展中大面積與中低程度重金屬污染問題治理[21]．溶解-沉淀機(jī)制是磷酸鹽固定重金屬的主要機(jī)制,金屬和磷酸鹽首先溶解到土壤溶液中是兩者發(fā)生反應(yīng)的基礎(chǔ)[23]．已有研究總結(jié)出含磷物質(zhì)中磷酸根和污染土壤中鉛的溶解性是重金屬得以有效固定的關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)因素[30,34]．然而,磷礦粉具有低溶解度,羥基磷灰石溶解性僅次于磷礦粉，化學(xué)固定效率常因這類難溶性磷酸鹽的低溶解度而受到限制[19]．若直接利用磷礦物材料將難以供應(yīng)重金屬-磷酸鹽沉淀所需的有效磷含量．

Gupta等[37]從印度重金屬礦區(qū)中分離出62株真菌和253株細(xì)菌,其中12株真菌和19株細(xì)菌具有不同程度的磷酸鈣溶解能力,尤其是解磷真菌Penicilliumsp.21和Penicilliumsp.2對(duì)磷酸鈣和磷礦石的溶解能力最強(qiáng)．Guo等[38]也從Pb、Cd、Cu、Zn多種重金屬污染水稻土中篩選出一株具有多種重金屬抗性的解磷細(xì)菌．為了解解磷微生物對(duì)多種難溶性磷酸鹽的溶解作用是否可以增強(qiáng)含磷材料固定重金屬的效果，Park等[8]從多種土壤中分離出18株解磷細(xì)菌,在磷礦粉含量分別為200和800 mg/kg條件下,利用從中篩選出的2株解磷細(xì)菌Pantoeasp.和Enterobactersp.對(duì)重金屬鉛污染土壤進(jìn)行修復(fù),研究結(jié)果表明具有溶磷、促進(jìn)植物生長(zhǎng)和固定鉛的解磷細(xì)菌在重金屬污染土壤修復(fù)方面有很好的應(yīng)用潛力．通過進(jìn)一步研究E.cloacae在溶解磷礦粉的同時(shí)對(duì)鉛元素固定能力的影響,并借助X射線衍射分析方法,闡述了重金屬鉛的固定主要是磷氯鉛礦的形成導(dǎo)致的,可溶性磷酸二氫鉀雖具有較高的重金屬固定效率,但其提高了土壤中鉛和磷的淋溶量,使得污染土壤具有更高的鉛移動(dòng)性和富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn),解磷細(xì)菌與磷礦粉的聯(lián)合使用不僅可以很好地實(shí)現(xiàn)重金屬鉛的固定,而且可以取代可溶性磷酸鹽的使用,避免金屬鉛元素大量淋溶和富營(yíng)養(yǎng)化等問題的產(chǎn)生[9,34]．此外,一株分離自高天然本底輻射場(chǎng)地的解磷菌——不動(dòng)桿菌屬YU-SS-SB-29,可以通過有機(jī)酸分泌活動(dòng)釋放出可溶性磷酸根離子來(lái)調(diào)節(jié)鈾-磷酸鹽復(fù)合物的生物沉淀作用,該修復(fù)方式不僅僅有利于降低修復(fù)成本,而且在低濃度鈾污染地區(qū)也同樣適用[39]．目前,關(guān)于解磷微生物聯(lián)合含磷材料在重金屬污染土壤的固定修復(fù)研究報(bào)道甚少,仍需進(jìn)一步研究．

3　解磷微生物強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

化學(xué)鈍化與解磷微生物聯(lián)合修復(fù)的治理方法僅僅改變了重金屬污染物在土壤中的賦存形式,并不能減少重金屬總量,而且穩(wěn)定劑的使用對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物群落帶來(lái)一定的負(fù)面效應(yīng)．與之相比,植物修復(fù)則是更被公眾認(rèn)可的環(huán)境友好型、生態(tài)可持續(xù)的修復(fù)方式[2],具有良好的應(yīng)用前景．

3.1解磷微生物與植物聯(lián)合修復(fù)應(yīng)用

眾所周知,植物修復(fù)效率取決于植物生物量大小以及植物體內(nèi)重金屬濃度．一些重金屬超累積植物具有富集重金屬能力,可在較高重金屬污染水平的土壤中正常生長(zhǎng)和發(fā)育,但這些植物普遍存在著生長(zhǎng)緩慢、植株小、根系擴(kuò)張深度有限、修復(fù)周期長(zhǎng)等不足,嚴(yán)重影響植物修復(fù)效率[13,40-42]．已有研究利用化學(xué)螯合劑(如乙二胺四乙酸(EDTA)、羥基乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)、乙二胺二鄰羥苯基乙酸(EDDHA)等)來(lái)提高重金屬有效態(tài)含量,增強(qiáng)植物修復(fù)效果,但人工螯合劑的添加易帶來(lái)二次污染,甚至影響植物的正常生長(zhǎng),反而降低重金屬修復(fù)效果[43-44]．此外,土壤重金屬污染一般為多元素復(fù)合污染,而大部分重金屬超累積植物如蜈蚣草、龍葵等通常只能忍耐一種或少數(shù)幾種重金屬[45],限制了植物修復(fù)方式的應(yīng)用范圍．所以,為了提高修復(fù)效率,植物除了產(chǎn)生更高的地上生物量之外,還應(yīng)能夠耐受多種金屬離子,具有更強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力和實(shí)用性．

最近研究證實(shí),在重金屬污染環(huán)境中,植物生長(zhǎng)狀況和修復(fù)效率可因植物根際微生物的參與得到改善[5,46],利用植物和微生物的協(xié)同作用優(yōu)化傳統(tǒng)植物修復(fù)方式,具有更好的應(yīng)用前景．所以,植物根際微生物被越來(lái)越多的研究者關(guān)注,尤其是關(guān)于解磷微生物-植物-污染土壤三者之間的相互關(guān)系．研究表明解磷微生物協(xié)助植物修復(fù)方式克服了單純依靠植物修復(fù)的多種不足,促進(jìn)植物生長(zhǎng)的同時(shí)也改變了土壤環(huán)境中重金屬元素的生物有效性,強(qiáng)化植物提取/植物固定過程．Braud等[47]從銅污染沉積物中篩選出有助于植物修復(fù)重金屬污染的微生物,尤其是菌株P(guān)seudomonasputida．Dharni等[48]從皮革污泥中篩選出具有溶磷、吲哚乙酸(indole acetic acid,IAA)和鐵載體產(chǎn)生能力的菌株P(guān).monteiliiPsF84和P.plecoglossicidaPsF610,兩者都對(duì)天竺葵的干質(zhì)量、精油產(chǎn)量、葉綠素有促進(jìn)作用,結(jié)合掃描電子顯微鏡方法發(fā)現(xiàn)Cr的積累導(dǎo)致了維管束的破壞,使得Cr被隔離在植物根系中．Jeong等[49]利用解磷細(xì)菌Bacillusaryabhattai和B.megaterium混合菌種接種芥菜后,由于更多可溶性磷的供給,促進(jìn)了芥菜生長(zhǎng),并且通過土壤中Cd生物有效性的提高,也顯著促進(jìn)了芥菜對(duì)重金屬Cd的植物修復(fù)效率,證實(shí)了解磷細(xì)菌與植物聯(lián)用技術(shù)有利于強(qiáng)化植物修復(fù)效果．

3.2解磷微生物強(qiáng)化植物修復(fù)的主要機(jī)制

目前關(guān)于解磷微生物協(xié)同植物修復(fù)方式的研究不斷增多．總的來(lái)說(shuō),解磷微生物主要通過以下2種方式參與根際修復(fù)進(jìn)而強(qiáng)化植物治理效果:1) 通過提高根際區(qū)域金屬離子的運(yùn)轉(zhuǎn)能力(植物提取)或降低金屬遷移能力(植物固定)來(lái)直接促進(jìn)植物重金屬修復(fù)效果;2) 通過微生物分泌植物生長(zhǎng)素、解磷、固氮作用等促進(jìn)大量或微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán),提高病蟲害防御能力,增加植物生物量,從而間接促進(jìn)植物清除或截留更多污染物[3,42,50]．以下將對(duì)解磷微生物如何強(qiáng)化植物修復(fù)重金屬污染土壤的主要機(jī)制(圖1)進(jìn)行詳細(xì)地闡述．

3.2.1促生作用

圖1　解磷微生物強(qiáng)化植物修復(fù)重金屬污染土壤的主要機(jī)制Fig.1Main mechanisms of phosphate-solubilizing microorganisms enhance the effectiveness of phytoremediation in heavy metal contaminated soils

重金屬污染通常會(huì)干擾植物根系對(duì)P、N、K、Mg、Ca、Fe、Zn等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收,影響植物體正常代謝活動(dòng),抑制植物生長(zhǎng)[3,51]．然而,解磷微生物可通過直接或間接作用提高植物在重金屬污染逆境中生長(zhǎng)的能力：一方面,微生物產(chǎn)生抗生素、氰化氫(HCN)、鐵載體等增強(qiáng)植物抗病蟲害能力,間接促進(jìn)植物在重金屬污染環(huán)境中的生長(zhǎng)[13,52];另一方面,解磷微生物通過溶解低溶解度磷源,提高供根系吸收的生物有效磷,從而促進(jìn)磷元素循環(huán)[11]．具有解磷能力的菌株BacillussubtilisSJ-101作為菌劑施入土壤后,顯著增加了Ni污染土壤中芥菜的生物量[53]．Ghosh等[54]從生長(zhǎng)在鈾尾礦的重金屬耐受植物狹葉香蒲根面中分離出3株鐵氧化微生物,通過接種處理后發(fā)現(xiàn),在所有的菌株促生特性中,溶磷能力是增加植物生物量最重要的因素．在Cd污染環(huán)境中,內(nèi)生真菌PenicilliumjanthinellumLK5接種野生型和脫落酸缺陷突變體的兩種番茄植物后,與無(wú)接種菌株處理相比,有菌株LK5參與的植物生長(zhǎng)、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度都顯著增加,而且,具有溶磷能力的菌株使得植物根系中具有更高的P含量[55]．除了影響植物對(duì)磷元素吸收之外,Badu等[56]通過解磷真菌與叢枝菌根真菌混合接種印度實(shí)竹后,與對(duì)照處理的植物相比,接種處理的植物莖中P、K、Ca、Mg元素明顯增加．同時(shí),解磷微生物分泌的植物激素如IAA,細(xì)胞分裂素(cytokinin,CK)和赤霉素(gibberellin acid,GA)等也在植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮著重要作用．目前IAA是其中被研究最多也是與植物生理活性最相關(guān)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,其通過影響細(xì)胞代謝過程中的生理變化,刺激根系生長(zhǎng)和擴(kuò)大根表面積,改變植物根系形態(tài)建成,促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)元素吸收能力和對(duì)高重金屬濃度的適應(yīng)能力,提高植物重金屬修復(fù)效果[46,57-58]．從冶金廠污染土壤中分離出的21株As耐受菌都具備IAA產(chǎn)生能力,其中的17株同時(shí)可以溶解難溶性磷酸鹽,在As污染土壤中,將所篩選的菌株進(jìn)行接種處理后都顯著提高了玉米根系長(zhǎng)度,因此,具有多種促生生物學(xué)特性的As耐受菌株可以在As污染土壤中加強(qiáng)植物的修復(fù)效果[59]．Pereira等[60]基于菌株IAA產(chǎn)生能力大小,進(jìn)而探討Zn、Cd污染土壤中所挑選的10株內(nèi)生菌接種玉米后對(duì)植物幼苗生長(zhǎng)的影響,研究結(jié)果顯示植物根系和生物量都有所增加．利用菌株Agrobacteriumtumefaciens的突變體接種試驗(yàn)結(jié)果顯示,在重金屬污染環(huán)境中,菌株產(chǎn)生IAA的能力比其重金屬抗性能力在植物生長(zhǎng)中發(fā)揮著更重要的作用[61]．

3.2.2產(chǎn)鐵載體功能

鐵作為植物生命體必需元素之一,雖然在土壤中的含量豐富,但通常以難溶解形式存在,不易被植物或微生物所利用．有些微生物可以在低可利用鐵含量的環(huán)境中分泌一類低分子量鐵螯合物——鐵載體[13,62-63]．鐵-鐵載體復(fù)合物通常是單子葉或是雙子葉植物鐵元素的重要來(lái)源,可以避免生長(zhǎng)在重金屬污染環(huán)境的植物經(jīng)常出現(xiàn)的鐵缺乏癥狀,避免植物因葉綠體發(fā)育、葉綠素合成功能受損而抑制正常生長(zhǎng),有益于植物在重金屬污染逆境中的正常生長(zhǎng)發(fā)育[64-65]．具有產(chǎn)鐵載體能力的StreptomycesacidiscabiesE13菌株可以通過加強(qiáng)鐵元素的結(jié)合能力從而促進(jìn)Ni污染土壤中豇豆的生長(zhǎng),減弱Ni對(duì)其的毒害作用[64]．

具有產(chǎn)鐵載體功能的菌株因其對(duì)鐵元素的高親和力,故更多關(guān)注的是其對(duì)植物生長(zhǎng)促進(jìn)作用以及植物病蟲害防御方面．但近來(lái)相關(guān)研究表明,微生物所產(chǎn)生的鐵載體可與多種金屬離子如Al3+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+、Ni2+、Pb2+等形成穩(wěn)定的可溶態(tài)金屬——鐵載體螯合物,有助于提高重金屬的生物活性,促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收和累積[13,63,66]．具有重金屬耐受能力的解磷細(xì)菌Enterobactersp.NBRIK28菌株及其鐵載體過表達(dá)突變菌株NBRIK28 SD1分別接種重金屬富集植物芥菜后,都能促進(jìn)植物生物量的提高以及其對(duì)重金屬Ni、Zn、Cr的植物提取能力,且鐵載體過表達(dá)突變體對(duì)植物重金屬提取能力的促進(jìn)效果優(yōu)于野生型菌株[67]．Guo等[68]研究發(fā)現(xiàn)具有分泌鐵載體能力的解磷細(xì)菌接種黑麥草后,可以促進(jìn)Fe、Mg元素的吸收,并且可以增加土壤中生物有效性Cd的含量,提高黑麥草植物提取能力;但同樣菌株接種大豆后,只增加大豆對(duì)Fe的吸收能力,而植物體內(nèi)Mg和Cd的含量卻顯著下降．目前具有產(chǎn)鐵載體能力的微生物強(qiáng)化植物重金屬修復(fù)的研究仍處于初步階段,鐵載體產(chǎn)生菌如何影響植物獲取重金屬的確切機(jī)制仍不清楚．

3.2.3產(chǎn)生ACC脫氨酶

重金屬污染土壤的植物修復(fù)效率很大程度上取決于植物根系系統(tǒng),而重金屬污染通常誘導(dǎo)作為植物防御信號(hào)分子之一的“逆境乙烯”含量顯著上升,過量的乙烯抑制了莖和根系生長(zhǎng)．解磷微生物可產(chǎn)生ACC脫氨酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase,ACCD)來(lái)應(yīng)對(duì)這種生理危機(jī),這類微生物所產(chǎn)生的ACCD可將作為植物乙烯合成前體的ACC水解為α-酮丁酸和氨,從而降低了植物組織內(nèi)乙烯的合成量,減弱植物根系生長(zhǎng)受損程度,促進(jìn)金屬污染土壤中植物根系的擴(kuò)展以提高重金屬富集能力,從而強(qiáng)化了植物修復(fù)效率[12,57,69-70]．利用植物與具ACCD活性的微生物聯(lián)用技術(shù)或是具ACCD表達(dá)活性的轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行污染土壤修復(fù)效果都得以證實(shí)．He等[71]利用從超累積植物伏毛蓼的根系中分離出具有ACCD活性、產(chǎn)鐵載體和分泌IAA的解磷細(xì)菌Rahnellasp. JN6接種歐洲油菜后,顯著增加其生物量,并且提高了植物地上部分和根系中Cd、Pb、Zn元素的濃度．Liu等[72]從超累積植物根系中分離出9株可將ACC作為氮源的重金屬耐受解磷細(xì)菌,并利用盆栽試驗(yàn)證實(shí)菌株NSX2和LCR1可顯著提高重金屬超累積植物伴礦景天的生物量和Cd元素提取能力．

3.2.4分泌LMWOAs

LMWOAs如檸檬酸、草酸、蘋果酸、酒石酸、葡萄糖酸等的分泌是解磷微生物溶解難溶性磷酸鹽的重要機(jī)制之一,通過有機(jī)酸的羥基和羧基基團(tuán)螯合作用使得磷酸根離子釋放出來(lái)[11,73]．解磷微生物分泌有機(jī)酸不僅通過增加生物有效性磷的供應(yīng)來(lái)促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收,而且還可將與土壤顆粒緊密結(jié)合的不溶或難溶重金屬離子溶解出來(lái),提高土壤中重金屬離子的有效性和遷移性,增強(qiáng)重金屬污染環(huán)境中植物修復(fù)效率[57,74]．Jeong等[74]相關(guān)研究結(jié)果顯示,與無(wú)接種處理相比,解磷細(xì)菌Bacillusmegaterium的參與使得土壤中可溶性磷酸鹽的含量提高了10倍以上,同時(shí),解磷細(xì)菌分泌有機(jī)酸導(dǎo)致土壤pH降低后,生物有效性和遷移性Cd含量提高,如導(dǎo)致更多的可交換態(tài)Cd產(chǎn)生,最終顯著增加了植物體內(nèi)Cd的富集量．有機(jī)酸如乙酸、蘋果酸等刺激小麥根系吸收Cd,促進(jìn)大量Cd元素在小麥體內(nèi)的富集[75]．因此,低分子量有機(jī)酸的分泌不僅參與活化土壤中的重金屬,還促進(jìn)了植物根系對(duì)重金屬的吸收．然而,一部分研究指出有機(jī)酸的產(chǎn)生對(duì)重金屬遷移性沒有影響或?qū)е逻w移性下降．Park等[8]研究發(fā)現(xiàn)2株解磷細(xì)菌Pantoeasp.和Enterobactersp.可分泌有機(jī)酸降低土壤pH,顯著增加磷酸根離子的溶解,從而促進(jìn)土壤中Pb的固定量,該類解磷細(xì)菌在促進(jìn)植物生長(zhǎng)、強(qiáng)化植物固定修復(fù)重金屬污染土壤方面有很大的應(yīng)用前景．從明礬礦山中分離出一株解磷效果最佳并具有耐受Cd、Co、Cr等多種重金屬脅迫能力的解磷真菌菌株P(guān)enicilliumsp.PSM11-5,它在最適培養(yǎng)基中可快速溶解98%的磷酸鈣,同時(shí)可通過葡萄糖酸或檸檬酸等的分泌來(lái)溶解約74.5%的磷礦石或磷酸鋁這2種難溶性磷酸鹽,該解磷真菌在農(nóng)業(yè)和工業(yè)應(yīng)用方面也具有很大的利用潛力[76]．

除了上述幾種機(jī)制之外,已有研究發(fā)現(xiàn)解磷微生物還可產(chǎn)生生物表面活性劑(biosurfactants),其由一個(gè)非極性(疏水性)尾巴和一個(gè)極性(親水性)頭部組成,通?？稍谕寥澜缑媾c重金屬形成復(fù)合物,將重金屬?gòu)耐寥澜橘|(zhì)中解吸出來(lái),從而提高土壤溶液中的重金屬溶解性和生物有效性[3]．從野生銀膠菊根際土壤中篩選出一株具有產(chǎn)生生物表面活性劑鼠李糖脂的解磷細(xì)菌PseudomonasaeruginosaA11,對(duì)多種重金屬元素表現(xiàn)出良好抗性,在重金屬污染土壤中具有潛在用途[77]．同時(shí),與植物根系密切關(guān)聯(lián)的微生物對(duì)重金屬元素表現(xiàn)出的氧化還原反應(yīng),在植物修復(fù)重金屬污染應(yīng)用中也發(fā)揮著重要作用．Han等[78]將5株As還原菌或氧化菌接種于As超累積植物蜈蚣草,微生物的參與可能通過促進(jìn)植物對(duì)As和P元素的吸收來(lái)增加植物生物量,緩解As對(duì)蜈蚣草的毒害作用．

4　展　望

我國(guó)土壤重金屬污染是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)亟待解決的環(huán)境問題,本文綜述了典型農(nóng)業(yè)有益菌——解磷微生物,基于自發(fā)形成的重金屬污染抗性和耐性能力,在聯(lián)合化學(xué)鈍化修復(fù)和強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)這兩方面的最新研究,今后應(yīng)加強(qiáng)解磷微生物在原位修復(fù)重金屬污染土壤中的應(yīng)用．

目前,關(guān)于解磷微生物參與化學(xué)鈍化修復(fù)方面的研究不多,今后研究應(yīng)加以考慮不同土壤pH、Eh、濕度條件如何影響復(fù)合修復(fù)效果．Topolska等[79]報(bào)道指出土壤解磷細(xì)菌Pseudomonasputida的添加反而促進(jìn)了Pb5(PO4)3Cl的溶解,可能會(huì)減弱磷酸鹽原位固定重金屬的長(zhǎng)時(shí)間尺度的修復(fù)效果,從而質(zhì)疑解磷微生物在長(zhǎng)期化學(xué)鈍化修復(fù)重金屬污染方面的應(yīng)用潛力．因此,今后研究需進(jìn)一步深入探討解磷微生物在化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)方面的應(yīng)用效果和修復(fù)機(jī)理．

雖然已有較多研究報(bào)道解磷微生物在植物重金屬污染修復(fù)中的作用,但大部分研究設(shè)計(jì)只考慮室內(nèi)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的單一重金屬元素,未來(lái)研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注多種重金屬并存的復(fù)合污染治理,并加強(qiáng)開展野外現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)研究工作．與此同時(shí),進(jìn)一步借助新技術(shù)、新方法深入探討解磷微生物-植物之間如何相互交流,解磷微生物又是如何影響植物根際環(huán)境變化和重金屬富集能力的．

[1]AHEMAD M,KIBRET M.Recent trends in microbial biosorption of heavy metals:a review[J].Biochemistry & Molecular Biology,2013,1(1):19-26.

[2]ALI H,KHAN E,SAJAD M A.Phytoremediation of heavy metals--concepts and applications[J].Chemosphere,2013,91(7):869-881.

[3]RAJKUMAR M,SANDHYA S,PRASAD M N V,et al.Perspectives of plant-associated microbes in heavy metal phytoremediation[J].Biotechnology Advances,2012,30(6):1562-1574.

[4]ZHUANG X L,CHEN J,SHIM H,et al.New advances in plant growth-promoting rhizobacteria for bioremediation[J].Environment International,2007,33(3):406-413.

[5]DARY M,CHAMBER-PéREZ M A,PALOMARES A J,et al."In situ" phytostabilisation of heavy metal polluted soils usingLupinusluteusinoculated with metal resistant plant-growth promoting rhizobacteria[J].Journal of Hazardous Materials,2010,177(1/2/3):323-330.

[6]PENG J F,SONG Y H,YUAN P,et al.The remediation of heavy metals contaminated sediment[J].Journal of Hazardous Materials,2009,161(2/3):633-640.

[7]GUPTA D K,CHATTERJEE S,DATTA S,et al.Role of phosphate fertilizers in heavy metal uptake and detoxification of toxic metals[J].Chemosphere,2014,108:134-144.

[8]PARK J H,BOLAN N,MEGHARAJ M,et al.Isolation of phosphate solubilizing bacteria and their potential for lead immobilization in soil[J].Journal of Hazardous Materials,2010,185(2/3):829-836.

[9]PARK J H,BOLAN N,MEGHARAJ M,et al.Comparative value of phosphate sources on the immobilization of lead,and leaching of lead and phosphorus in lead contaminated soils[J].Science of the Total Environment,2011,409(4):853-860.

[10]KHAN M S,ZAIDI A,WANI P A.Role of phosphate-solubilizing microorganisms in sustainable agriculture:a review[J].Agronomy for Sustainable Development,2007,27(1):29-43.

[12]GONTIA-MISHRA I,SASIDHARAN S,TIWARI S.Recent developments in use of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase for conferring tolerance to biotic and abiotic stress[J].Biotechnology Letters,2014,36(5):889-898.

[13]RAJKUMAR M,AE N,PRASAD M,et al.Potential of siderophore-producing bacteria for improving heavy metal phytoextraction[J].Trends in Biotechnology,2010,28(3):142-149.

[14]BERENDSEN R L,PIETERSE C M J,BAKKER P A H M.The rhizosphere microbiome and plant health[J].Trends in Plant Science,2012,17(8):478-486.

[15]SANDAA R A,TORSVIK V,ENGER ?,et al.Analysis of bacterial communities in heavy metal-contaminated soils at different levels of resolution[J].FEMS Micro-biology Ecology,1999,30(3):237-251.

[16]KHAN M S,ZAIDI A,WANI P A,et al.Role of plant growth promoting rhizobacteria in the remediation of metal contaminated soils[J].Environmental Chemistry Letters,2009,7(1):1-19.

[17]NIES D H.Microbial heavy-metal resistance[J].Applied Microbiology and Biotechnology,1999,51(6):730-750.

[18]GADD G M.Microbial influence on metal mobility and application for bioremediation[J].Geoderma,2004,122(2/3/4):109-119.

[19]MIRETZKY P,FERNANDEZ-CIRELLI A.Phosphates for Pb immobilization in soils:a review[J].Environmental Chemistry Letters,2008,6(3):121-133.

[20]GUO G,ZHOU Q,MA L Q.Availability and assessment of fixing additives for the in situ remediation of heavy metal contaminated soils:a review[J].Environmental Monitoring & Assessment,2006,116(1/2/3):513-528.

[21]龍梅,胡鋒,李輝信,等.低成本含磷材料修復(fù)環(huán)境重金屬污染的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2006,7(7):1-10.

[22]曹心德,魏曉欣,代革聯(lián),等.土壤重金屬?gòu)?fù)合污染及其化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2011,5(7):1441-1453.

[24]HENRY H,NAUJOKAS M F,ATTANAYAKE C,et al.Bioavailability-based in situ remediation to meet future lead (Pb) standards in urban soils and gardens[J].Environmental Science & Technology,2015,49(15):8948-8958.

[25]丁淑芳,謝正苗,吳衛(wèi)紅,等.含磷物質(zhì)原位化學(xué)鈍化重金屬污染土壤的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(35):17093-17097.

[26]BOLAN N,KUNHIKRISHNAN A,THANGARAJAN R,et al.Remediation of heavy metal(loid)s contaminated soils-to mobilize or to immobilize?[J].Journal of Ha-zardous Materials,2014,266(4):141-166.

[27]CAO X D,WAHBI A,MA L,et al.Immobilization of Zn,Cu,and Pb in contaminated soils using phosphate rock and phosphoric acid[J].Journal of Hazardous Materials,2009,164(2/3):555-564.

[28]CHEN M,MA L Q,SINGH S P,et al.Field demonstration of in situ immobilization of soil Pb using P amendments[J].Advances in Environmental Research,2003,8(1):93-102.

[29]MELAMED R,CAO X,CHEN M,et al.Field assessment of lead immobilization in a contaminated soil after phosphate application[J].Science of the Total Environment,2003,305(1/2/3):117-127.

[30]CHRYSOCHOOU M,DERMATAS D,GRUBB D G.Phosphate application to firing range soils for Pb immobilization:the unclear role of phosphate[J].Journal of Hazardous Materials,2007,144(1/2):1-14.

[31]MA Q Y,LOGAN T J,TRAINA S J.Lead immobilization from aqueous solutions and contaminated soils using phosphate rocks[J].Environmental Science & Technology,1995,29(4):1118-1126.

[32]CAO R X,MA L Q,CHEN M,et al.Phosphate-induced metal immobilization in a contaminated site[J].Environmental Pollution,2003,122(1):19-28.

[33]PORTER S K,SCHECKEL K G,IMPELLITTERI C A,et al.Toxic metals in the environment:thermodynamic considerations for possible immobilization strategies for Pb,Cd,As,and Hg[J].Critical Reviews in Environmental Science and Technology,2004,34(6):495-604.

[34]PARK J H,BOLAN N,MEGHARAJ M,et al.Concomitant rock phosphate dissolution and lead immobilization by phosphate solubilizing bacteria (Enterobactersp.)[J].Journal of Environmental Management,2011,92(4):1115-1120.

[35]KNOX A S,KAPLAN D I,PALLER M H.Phosphate sources and their suitability for remediation of contaminated soils[J].Science of the Total Environment,2006,357(1/2/3):271-279.

[36]MIGNARDI S,CORAMI A,FERRINI V.Evaluation of the effectiveness of phosphate treatment for the reme-diation of mine waste soils contaminated with Cd,Cu,Pb,and Zn[J].Chemosphere,2012,86(4):354-360.

[37]GUPTA N,SABAT J,PARIDA R,et al.Solubilization of tricalcium phosphate and rock phosphate by microbes isolated from chromite,iron and manganese mines[J].Acta Botanica Croatica,2007,66(2):197-204.

[38]GUO J K,YONG Z D,REN W F,et al.Burkholderiametalliresistenssp.nov.,a multiple metal-resistant and phosphate-solubilising species isolated from heavy metal-polluted soil in Southeast China[J].Antonie Van Leeuwenhoek,2015,107(6):1591-1598.

[39]SOWMYA S,REKHA P D,ARUN A B.Uranium(VI) bioprecipitation mediated by a phosphate solubilizingAcinetobactersp.YU-SS-SB-29 isolated from a high natural background radiation site[J].International Biodeterioration & Biodegradation,2014,94:134-140.

[40]CHANEY R L,ANGLE J S,BROADHURST C L,et al.Improved understanding of hyperaccumulation yields commercial phytoextraction and phytomining technologies[J].Journal of Environmental Quality,2007,36(5):1429-1443.

[41]LASAT M M.Phytoextraction of toxic metals:a review of biological mechanisms[J].Journal of Environmental Quality,2001,31(1):109-120.

[42]LEBEAU T,BRAUD A,JéZéQUEL K.Performance of bioaugmentation-assisted phytoextraction applied to metal contaminated soils:a review[J].Environmental Pollution,2008,153(3):497-522.

[43]CHEN H,CUTRIGHT T.EDTA and HEDTA effects on Cd,Cr,and Ni uptake by helianthus annuus[J].Chemosphere,2001,45:21-28.

[44]HUANG J W,CHEN J,AND W R B,et al.Phytoremediation of lead-contaminated soils:role of synthetic chelates in lead phytoextraction[J].Environmental Science & Technology,1997,31(3):800-805.

[45]鮑桐,廉梅花,孫麗娜,等.重金屬污染土壤植物修復(fù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(2):858-865.

[46]GLICK B R.Using soil bacteria to facilitate phytoremediation[J].Biotechnology Advances,2010,28(3):367-374.

[47]BRAUD A M,HUBERT M,GAUDIN P,et al.A quick rhizobacterial selection tests for the remediation of copper contaminated soils[J].Journal of Applied Microbiology,2015,119(2):435-445.

[48]DHARNI S,SRIVASTAVA A K,SAMAD A,et al.Impact of plant growth promotingPseudomonasmonteiliiPsF84 andPseudomonasplecoglossicidaPsF610 on metal uptake and production of secondary metabolite (monoterpenes) by rose-scentedgeranium(Pelargoniumgraveolenscv.bourbon) grown on tannery slu[J].Chemosphere,2014,117:433-439.

[49]JEONG S,MOON H S,SHIN D,et al.Survival of introduced phosphate-solubilizing bacteria (PSB) and their impact on microbial community structure during the phytoextraction of Cd-contaminated soil[J].Journal of Hazardous Materials,2013,263:441-449.

[50]MA Y,PRASAD M N V,RAJKUMAR M,et al.Plant growth promoting rhizobacteria and endophytes accelerate phytoremediation of metalliferous soils[J].Biotechnology Advances,2011,29(2):248-258.

[51]OUZOUNIDOU G,MOUSTAKAS M,SYMEONIDIS L,et al.Response of wheat seedlings to ni stress:effects of supplemental calcium[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology,2006,50(3):346-352.

[52]VASSILEV N,VASSILEVA M,NIKOLAEVA I.Si-multaneous P-solubilizing and biocontrol activity of microorganisms:potentials and future trends[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2006,71(2):137-144.

[53]ZAIDI S,USMANI S,SINGH B R,et al.Significance ofBacillussubtilisstrain SJ-101 as a bioinoculant for concurrent plant growth promotion and nickel accumulation inBrassicajuncea[J].Chemosphere,2006,64(6):991-997.

[54]GHOSH U D,SAHA C,MAITI M,et al.Root associated iron oxidizing bacteria increase phosphate nutrition and influence root to shoot partitioning of iron in tolerant plantTyphaangustifolia[J].Plant & Soil,2014,381(1/2):279-295.

[55]KHAN A L,WAQAS M,HUSSAIN J,et al.Fungal endophytePenicilliumjanthinellumLK5 can reduce cadmium toxicity inSolanumlycopersicum(Sitiens and Rhe)[J].Biology and Fertility of Soils,2014,50(1):1-11.

[56]BABU A G,REDDY M S.Dual inoculation of arbuscular mycorrhizal and phosphate solubilizing fungi contributes in sustainable maintenance of plant health in fly ash ponds[J].Water Air and Soil Pollution,2011,219(1):3-10.

[57]AHEMAD M.Phosphate-solubilizing bacteria-assisted phytoremediation of metalliferous soils:a review[J].3 Biotech,2015,5(2):111-121.

[58]馬瑩,駱永明,滕應(yīng),等.根際促生菌及其在污染土壤植物修復(fù)中的應(yīng)用[J].土壤學(xué)報(bào),2013,50(5):1021-1031.

[59]SHAGOL C C,KRISHNAMOORTHY R,KIM K,et al.Arsenic-tolerant plant-growth-promoting bacteria isolated from arsenic-polluted soils in South Korea[J].Environmental Science & Pollution Research,2014,21(15):9356-9365.

[60]PEREIRA S I A,CASTRO P M L.Diversity and characterization of culturable bacterial endophytes fromZeamaysand their potential as plant growth-promoting agents in metal-degraded soils[J].Environmental Science & Pollution Research,2014,21(24):14110-14123.

[61]HAO X,XIE P,JOHNSTONE L,et al.Genomese-quence and mutational analysis of plant-growth-promoting bacteriumAgrobacteriumtumefaciensCCNWGS0286 isolated from a zinc-lead mine tailing[J].Applied and Environmental Microbiology,2012,78(15):5384-5394.

[62]MIETHKE M,MARAHIEL M.Siderophore-based iron acquisition and pathogen control[J].Microbiology and Molecular Biology Reviews Mmbr,2007,71(3):413-451.

[63]SCHALK I J,HANNAUER M,BRAUD A.New roles for bacterial siderophores in metal transport and tolerance[J].Environmental Microbiology,2011,13(11):2844-2854.

[64]DIMKPA C,SVATOS A,MERTEN D,et al.Hydroxa-mate siderophores produced byStreptomycesacidiscabiesE13 bind nickel and promote growth in cowpea (VignaunguiculataL.) under nickel stress[J].Canadian Journal of Microbiology,2008,54(3):163-172.

[65]IMSANDE J.Iron,sulfur,and chlorophyll deficiencies:a need for an integrative approach in plant physiology[J].Physiologia Plantarum,1998,103(1):139-144.

[66]NEUBAUER U,FURRER G,KAYSER A,et al.Si-derophores,NTA,and citrate:potential soil amendments to enhance heavy metal mobility in phytoremediation[J].International Journal of Phytoremediation,2000,2(4):353-368.

[67]KUMAR K V,SINGH N,BEHL H M,et al.Influence of plant growth promoting bacteria and its mutant on heavy metal toxicity inBrassicajunceagrown in fly ash amended soil[J].Chemosphere,2008,72(4):678-683.

[68]GUO J,CHI J.Effect of Cd-tolerant plant growth-promoting rhizobium on plant growth and Cd uptake byLoliummultiflorumLam. andGlycinemax(L.) Merr.in Cd-contaminated soil[J].Plant and Soil,2014,375(1/2):205-214.

[69]SAFRONOVA V I,STEPANOK V V,ENGQVIST G L,et al.Root-associated bacteria containing 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase improve growth and nutrient uptake by pea genotypes cultivated in cadmium supplemented soil[J].Biology and Fertility of Soils,2006,42(3):267-272.

[70]SINGH R P,SHELKE G M,KUMAR A,et al.Biochemistry and genetics of ACC deaminase:a weapon to "stress ethylene" produced in plants[J].Front Microbiol,2015,6:1-14.

[71]HE H,YE Z,YANG D,et al.Characterization of endophyticRahnellasp. JN6 fromPolygonumpubescensand its potential in promoting growth and Cd,Pb,Zn uptake byBrassicanapus[J].Chemosphere,2013,90(6):1960-1965.

[72]LIU W X,WANG Q L,WANG B B,et al.Plant growth-promoting rhizobacteria enhance the growth and Cd uptake ofSedumplumbizincicolain a Cd-contaminated soil[J].Journal of Soils & Sediments,2015,15(5):1191-1199.

[73]LI Z,BAI T,DAI L,et al.A study of organic acid production in contrasts between two phosphate solubilizing fungi:PenicilliumoxalicumandAspergillusniger[J].Scientific Reports,2016,6:1-8.

[74]JEONG S,MOON H S,NAM K,et al.Application of phosphate-solubilizing bacteria for enhancing bioavaila-bility and phytoextraction of cadmium (Cd) from polluted soil[J].Chemosphere,2012,88(2):204-210.

[75]HAN F,SHAN X,ZHANG S,et al.Enhanced cadmium accumulation in maize roots:the impact of organic acids[J].Plant & Soil,2006,289(1/2):355-368.

[76]CHAI B,WU Y,LIU P,et al.Isolation and phosphate-solubilizing ability of a fungus,Penicilliumsp. from soil of an alum mine[J].Journal of Basic Microbiology,2011,51(1):5-14.

[77]SINGH A K,CAMEOTRA S S.Rhamnolipids production by multi-metal-resistant and plant-growth-promoting rhizobacteria[J].Applied Biochemistry and Biotechnology,2013,170(5):1038-1056.

[78]HAN Y H,FU J W,CHEN Y,et al.Arsenic uptake,arsenite efflux and plant growth in hyperaccumulatorPterisvittata:role of arsenic-resistant bacteria[J].Chemosphere,2016,144:1937-1942.

[79]TOPOLSKA J,LATOWSKI D,KASCHABEK S,et al.Pb remobilization by bacterially mediated dissolution of pyromorphite Pb5(PO4)3Cl in presence of phosphate-solubilizingPseudomonasputida[J].Environmental Science & Pollution Research,2013,21(2):1079-1089.

Progress on Roles and Mechanisms of Phosphate-solubilizing Microorganisms in Remediation of Heavy Metal Contaminated Soils

LIN Yushan1,FAN Jin1,CAI Bangping2,YAN Chongling1*

(1. Key Laboratory of the Ministry of Education for Coastal and Wetland Ecosystems,Xiamen University,Xiamen 361102,China;2. Xiamen Botanical Garden,Xiamen 361003,China)

Heavy metal pollution is one of the most serious environmental problems in our country.How to treat it scientifically has become a challenge and hotspot.Phosphate-solubilizing microorganisms (PSMs),a group of beneficial microorganisms in agriculture,have developed a series of tolerance and resistance mechanisms in the long-term metal-contaminated soils.And as the potential donor of soluble phosphate,the phosphate ions produced by them play an important role in chemical immobilization and phytoremediation of metalliferous soils.In addition,the plant hormone,1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase,siderophores,low-molecular-weight organic acids,etc. produced by metal-resistant PSMs,will further enhance the effectiveness of phytoremediation by increasing the plant growth and changing the metal toxicity.Here,in order to provide a better service forinsitutreatment of heavy metal contaminated soils,this review highlights the importance of PSMs and demonstrates their potential role in chemical immobilization and phytoremediation of heavy metals.

phosphate-solubilizing microorganisms (PSMs);contaminated soils;heavy metals;chemical immobilization;phytoremediation

10.6043/j.issn.0438-0479.201603037農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專題

2016-03-24錄用日期：2016-06-11

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2013CB956504)；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(31530008)

ycl@xmu.edu.cn

林鈺柵,范縉,蔡邦平，等.解磷微生物在重金屬污染原位修復(fù)中的作用及其機(jī)理研究進(jìn)展[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016,55(5)：697-706.

LIN Y S,FAN J,CAI B P,et al．Progress on roles and mechanisms of phosphate-solubilizing microorganisms in remediation of heavy metal contaminated soils[J].Journal of Xiamen University(Natural Science)，2016,55(5)：697-706．(in Chinese)

X 53

A

0438-0479(2016)05-0697-10