研究团队发现可以促进尾矿中先锋植物生长的根际固氮菌

植物修复是一种具有潜在经济效益的尾矿生态修复方法，也是尾矿绿色原位复垦的重要手段，而适生植物的选择对于污染场地生态重建至为关键。先锋植物可以在尾矿上定植，其抗重金属能力显示出尾矿植物修复的潜力。芭芒作为一种典型的土壤修复先锋植物，在尾矿环境中具有较强的生长与环境适应能力。另外，芭芒的根际微生物协同作用能使植物宿主更好地应对尾矿环境中金属污染和养分缺乏的双重胁迫。

尾矿中含有大量金属以及煤石矿物，可能会通过自然渗滤进入地下水和河流，造成周边地区生态系统和人类的环境风险。对于生活在矿山尾矿中的先锋植物来说，生物固氮是氮的重要来源。然而，矿山尾矿中的生物可用氮（N）含量限制了微生物和植物的生长，这不可避免地降低了生物修复战略的有效性。在采矿区等氮含量有限的环境中，固氮菌非常丰富，可以为植物和微生物提供生物可用氮，但其是否可以促进尾矿中先锋植物的生长仍有待研究。

基于上述背景，广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员团队对根际固氮菌能否促进尾矿中先锋植物的生长进行了探究，通过DNA-SIP和宏基因组分箱确定了尾矿中先锋植物芭芒根际的关键类群为嗜苯单胞菌属（Stenotrophomonas）和假单胞菌属（Pseudomonas）。相关研究成果发表在国际环境领域权威期刊Soil Security上，助理教授李永斌和硕士生杨瑞为论文共同第一作者。

本研究从中国西南地区四种不同的尾矿中采集了先锋植物芭芒的样品。通过 16S rRNA 扩增子测序分析了根际微生物组的多样性、组成以及生物相互作用，并确定了关键类群。首先团队利用15N2 DNA-SIP确定了Stenotrophomonas和Pseudomonas为根际固氮菌，经宏基因组组装的Stenotrophomonas和Pseudomonas中包含一些与生物固氮、促进植物生长和金属抗性（As、Sb、Ni、Co、Zn、Mn、Cu和Cd）有关的基因；其次团队从芭芒根际中分离得到两株根际固氮菌株（Pseudomonas sp. R21（固氮酶活性，1161.9 nmol C₂H₄ mg^-1 protein h^-1） 和Stenotrophomonas sp. R30（1890.2 nmol C₂H₄ mg^-1protein h^-1））。盆栽试验表明，上述两种菌株可以促进植物生长、氮含量和（类）金属积累，证实了这两个已确定的关键类群的固氮酶活性和植物生长促进能力。本研究表明，通过微生物手段将关键根际固氮菌应用在先锋植物，有助于尾矿的生物修复。

不同程度污染区域的关键类群共现网络分析图

论文信息：Yongbin Li#, Rui Yang#, Ajmal Khan, Mohsen Soleimani, Lifang Guo, Xiaoxu Sun, Baoqin Li, Huaqing Liu, Shenghua Jin, Weimin Sun*, Keystone rhizospheric diazotrophs may promote the pioneer plant growth in mine tailings, Soil Security, 2024, 16, 100140

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soisec.2024.100140

（土壤生态修复团队 吴婕/供稿）