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柳枝稷是一种多年生、根茎型C4植物,具有生物量高,抗逆性强,能在边际土地生长的特点,是一种富有潜力的能源植物。本试验以低地型品种‘Alamo’和高地型品种‘Cave in Rock’（‘CIR’）为材料,分别在室内水培和盆钵土培条件下,研究了植物生长促进内生细菌（Plant-growth-promoting bacteria,PGPB,简称植物促生菌）调控重金属镉（Cd）胁迫下的柳枝稷生长和Cd吸收转运的作用及其生理与分子机制,旨在为在重金属污染土地上高效开发能源植物奠定理论和实践基础。主要研究结果如下:1.本研究成功地从Cd污染土壤中采集的油菜（Brassica campestris L.）、菠菜（Spinacea oleraceaL.）,一种未鉴定的双子叶植物和水芹（Oenanthe javanica Bl.）中分别分离得到4种植物内生细菌Bc09,So23,E02和Oj24。16s rRNA鉴定表明这4种菌株依次为格氏假单孢菌属（Pseudomonas grimontii）、泛菌属（Pantoea vagans）、维氏假单孢菌属（Pseudomonas veronii）和荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）,16s rRNA 序列 Genbank 的收录号分别为 KT326183,KT326184,KT326185和KT326186。所有菌株均为革兰氏阴性菌、好氧菌、过氧化氢酶阳性菌和运动型菌。高浓度CdCl2处理结果表明,这4种菌株皆具有Cd适应性和强吸收能力,并具有促进植物生长的作用,表现在产生吲哚乙酸（IAA）、具有1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶（ACCD）的活性和溶磷的能力等几个方面。平皿促生种子萌发试验结果表明,与单一的Cd处理（200 μM CdCl2）相比,接种PGPB处理的柳枝稷种子萌发根和芽生长显著增加（p<0.05）。用经过绿色荧光蛋白（GFP）标记的细菌侵染‘Alamo’,证实PGPB可以进入植物体内（根和地上部）。2.水培苗期试验结果表明,在20 μM CdCl2胁迫下,接种PGPB后,株高和生物量均显著增加（p<0.05）,且‘Alamo’地上部生物量大于‘CIR’;除部分例外,植物根和地上部分中的Cd含量都低于未接种的Cd处理植物,但接种PGPB的植株中镉积累量高于未接种的Cd处理植物,这是由于接种PGPB的植物生物量显著含量高于未接种的Cd处理植物。生物量的多因素方差分析表明,PGPB处理、品种和PGPB×品种之间的相互作用有显著差异（p<0.001、p<0.01和p<0.05）;PGPB处理和PGPB×品种互作对根、地上部分Cd含量无显著影响,然而根和地上部分的Cd含量在不同品种之间有显着差异。植物中Cd积累量在PGPB处理、品种和PGPB×品种间的相互作用上存在显著差异。采用土培实验进一步研究单独或组合接种PGPB对‘Alamo’在镉污染土壤中的影响。实验表明,在Cd胁迫下,单独接种和差异组合接种PGPB的植株的鲜重和干重均显著高于未接种的对照植株。且在接种PGPB的植株中（无论是单独接种PGPB还是差异组合接种PGPB）,Cd浓度和Cd量都低于未接种对照植株。3.水培和土培条件下,叶绿素与根系形态分析表明,柳枝稷接种PGPB后,叶绿素与根系形态分析表明,Cd胁迫下,接种PGPB的植株叶绿素含量、总根长（RL）、比根长（SRL）、根系表面积（RA）、平均根径（RD）、根系体积（RV）、根尖数（RTs）和分叉数均显著增加。根据根直径（0.2 mm间距）将根系分为5个等级,接种PGPB植株的各等级下根系的RL、RA、RV、RTs均显著高于未接种的植株。多因素方差分析表明,PGPB、品种和PGPB×品种间的相互作用差异显著（p<0.001、p<0.01和p<0.05）。此外,主成分分析（PCA）表明根系形态、生物量、叶绿素含量和Cd浓度之间存在显著的相关性。PGPB可能通过调控Cd胁迫下的柳枝稷幼苗根系形态进而影响植株对Cd吸收、积累和转运。采用溴乙酰法测定土培条件下‘Alamo’的细胞壁残留物中的木质素含量,结果表明分别培养116天和166天的植株发现未接种植株的木质素含量高于单独接种和组合接种的植株,这一结果将有利于生物质能的生产。但是接种植物内生PGPB降低植物木质素含量的具体机制需要进一步研究。4.本研究分析了接种PGPB与否的柳枝稷在Cd处理下热休克蛋白70（HSP70）和重金属ATP酶3（HM43）基因的表达差异。实验结果表明,在Cd胁迫下,接种PGPB的植株中HSP70和HMA3基因表达量升高。此外,在连续Cd处理4天之后,HSP70和HMA3基因在植物中的表达显著高于处理2天的。这种基因表达的上调可能有助于植物缓解Cd毒害。主成分分析显示,根和地上部分中Cd含量、HSP70和HMA3基因表达量、植物根系和地上部分的干重均显著正相关,而Cd浓度和基因表达与生物量呈负相关。在本研究中,通过从Cd污染地区采集的植物体中分离出植物内生菌,证实了四种内生菌（单独或组合）可以显著促进柳枝稷的生长。接种这些内生菌可以降低植物组织中Cd的含量,改变根系形态结构,提高生物量,降低植物组织中木质素的含量,维持细胞蛋白质稳定。这些内生菌可作为良好的候选菌株促进Cd污染土地柳枝稷的开发,本研究将有助于Cd污染土壤中生物质能的可持续生产。