Влияние фосфорорганических бактерий на содержание элементов тяжелых металлов в корневищах, волокнистых корнях и ризосферной почве Paris polyphylla var. yunnanensis. Paris polyphylla var. yunnanensis - многолетнее травянистое лекарственное растение семейства Liliaceae. Корневища, являющиеся его основными лекарственными частями, обладают детоксикационным, кровоостанавливающим, антибактериальным, противовоспалительным, иммунорегулирующим и противоопухолевым действием. В последние годы, чтобы уменьшить спрос и предложение на рынке, площадь искусственных посадок Дяньчжун Лу постоянно расширяется. Однако из-за незрелой технологии посадки и широкого использования удобрений среда произрастания Дяньчжун Лу была сильно нарушена, что привело к низкому качеству посаженного Дяньчжун Лу и постепенному снижению урожайности. Поэтому поиск разумных методов удобрения для повышения полезной ценности Дяньчжун Лу является актуальной темой в стандартизированной системе посадки Дяньчжун Лу.

В последние годы, в связи с бурным развитием индустрии традиционной китайской медицины, такие проблемы, как чрезмерное содержание тяжелых металлов в китайских лекарственных материалах, вызванное загрязнением окружающей среды, также привлекают широкое внимание. Элементы тяжелых металлов обладают такими характеристиками, как высокая скрытность, трудная деградация и легкое накопление. Они легко накапливаются в организме человека и трудно выводятся из него. Когда содержание тяжелых металлов в организме человека достигает определенного уровня, возникают функциональные нарушения органов, которые могут спровоцировать ряд заболеваний. Если содержание ртути в организме превышает норму, это может привести к повреждению тканей мозга и неврологическим расстройствам; избыток элементов кадмия и хрома может вызвать канцерогенез в таких органах, как почки; избыток элементов свинца может повлиять на пищеварение и функцию памяти; избыток мышьяка может оказать негативное воздействие на различные ткани и органы человеческого организма, такие как мышцы, кровь и иммунная система. Органические фосфорные солюбилизирующие бактерии, как новый тип микробного удобрения, могут минерализовать органические соединения фосфора, превращать нерастворимые органические соединения фосфора в почве в фосфорные элементы, которые могут быть непосредственно поглощены и использованы растениями, увеличивать содержание доступного фосфора в почве и облегчать явление дефицита фосфора в росте растений. Кроме того, большое количество исследований показало, что фосфорорганические солюбилизирующие бактерии могут также пассивировать тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий, медь и т.д., соединяя фосфатные ионы, высвобождающиеся из почвенного органического фосфора, с тяжелыми металлами, образуя фосфатные преципитаты, снижая подвижность и биодоступность тяжелых металлов в почвенной среде, и играя роль в фиксации или пассивации, тем самым уменьшая вред, наносимый тяжелыми металлами. Органические фосфоросолюбилизирующие бактерии в основном включают бактерии, грибы и актиномицеты, среди которых бактерии имеют наибольшее количество типов и видов. Исследования показали, что некоторые штаммы Bacillus, Pseudomonas и Corynebacterium обладают сильной способностью к солюбилизации фосфора и часто используются в качестве фосфорных бактериальных удобрений в сельском хозяйстве. Согласно отчетам, использование фосфорорганических солюбилизирующих бактерий оказывает определенное влияние на эффективные компоненты, рост и развитие экономических культур, таких как кукуруза и арахис, и широко пропагандируется и применяется. Выводы исследований по содержанию тяжелых металлов в лекарственных материалах Dianzhong Lou и почве различного типа или происхождения уже очень зрелые. Янг и др. также изучали влияние арбускулярных микоризных грибов на содержание тяжелых металлов в корневищах и почве Дяньчжун Лу. Однако о влиянии инокуляции фосфорорганических солюбилизирующих бактерий на содержание тяжелых металлов в лекарственном сырье и почве Dianzhong Lou пока не сообщалось.

Поэтому в данном исследовании на основе однофакторного комнатного растения были отобраны три доминирующих вида органических фосфорорастворимых бактерий в качестве штаммов, которые были инокулированы и объединены в среду культивирования. В качестве объектов исследования использовались корневища, волокнистые корни и ризосферная почва Dianzhong Lou. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) использовалась для определения пяти элементов тяжелых металлов, а именно ртути (Hg), кадмия (Cd), свинца (Pb), хрома (Cr) и мышьяка (As), чтобы изучить влияние органических фосфорсолюбилизирующих бактерий и их комбинаций на содержание элементов тяжелых металлов в корневищах, волокнистых корнях и ризосферной почве Dianzhong Lou и обеспечить теоретическую основу для стандартизированной искусственной посадки и развития Dianzhong Lou.

 

Органические фосфорные солюбилизирующие бактерии могут преобразовывать нерастворимые органические соединения фосфора в почве в эффективный фосфор, который может быть непосредственно поглощен и использован растениями путем минерализации органических соединений фосфора, способствуя росту и развитию Dianzhong Lou и получению высокоурожайного и высококачественного китайского лекарственного сырья. В то же время солюбилизирующие органический фосфор бактерии могут также фиксировать и пассивировать элементы тяжелых металлов в почве, затрудняя их прямое поглощение лекарственными растениями, тем самым снижая остаточное содержание элементов тяжелых металлов в китайском лекарственном сырье. В данном исследовании, по сравнению с группой CK без инокуляции, инокуляция фосфорорганическими солюбилизирующими бактериями могла в целом снизить содержание тяжелых металлов в корнях, корневищах и волокнистых корнях Dianzhong Lou, с наиболее значительным снижением содержания элементов Pb. Причина этого заключается в том, что фосфорорганические солюбилизирующие бактерии могут пассивировать элементы Pb в почве, переводя тяжелый металл Pb из высокоактивной формы в менее активную, снижая его биодоступность и, таким образом, уменьшая поглощение и утилизацию элементов Pb в Dianzhong Lou. Также наблюдалось значительное улучшение содержания элементов Hg и Cr, причем смешанная инокуляционная обработка была лучше, чем одиночная. Инокуляционная обработка групп S6 и S7 оказала наилучший эффект на Дяньчжун Лу. Согласно "Китайской фармакопее" (издание 2020 года) и "Национальному стандарту безопасности пищевых продуктов - предельно допустимое содержание загрязняющих веществ в продуктах питания" (GB2762-2017) в качестве предельных норм для лекарственного сырья Дяньчжун Лу, только некоторые группы обработки в корневищах немного превысили нормы для Pb и Cr, в то время как большинство тяжелых металлов в корнях превысили предельные нормы. Причина может быть связана с наличием большого количества корневых волосков на поверхности корней, которые могут не только непосредственно поглощать различные вредные вещества в почве, но и эффективно увеличивать площадь контакта с почвой, тем самым повышая поглотительную способность почвенных элементов. После инокуляции солюбилизирующих фосфорорганических бактерий в ризосфере почвы башни Дяньчжун содержание тяжелых металлов в почве не изменилось. Согласно "Стандартам контроля риска загрязнения сельскохозяйственной почвы по качеству почвенной среды" (GB15618-2018), почвы всех лечебных групп не превысили национальные предельные нормы; согласно "Технической спецификации экологического тестирования почвы" (HJ/T166-2004) в качестве стандарта оценки, единый индекс загрязнения всех лечебных групп составляет менее 1. За исключением группы S1, индекс Nemerow которой превышает 0,7, почва относится к относительно чистому уровню, и существует риск загрязнения. Почва остальных групп достигла уровня чистоты. Это указывает на то, что содержание тяжелых металлов в субстрате для выращивания, использованном в данном эксперименте, полностью соответствует стандартам посадки, и нет значительного риска загрязнения почвы тяжелыми металлами после инокуляции фосфорорганическими бактериями, разлагающими фосфаты. Таким образом, эксперимент по инокуляции растений Dianzhong Lou бактериями, разлагающими фосфорорганические соединения, является безопасным и эффективным.

Коэффициент обогащения тяжелыми металлами - важный показатель, характеризующий тенденцию накопления тяжелых металлов в организмах и косвенно отражающий способность растений обогащать тяжелыми металлами ризосферную почву. В целом, чем меньше коэффициент обогащения тяжелыми металлами сельскохозяйственных культур, тем хуже их способность поглощать тяжелые металлы и тем сильнее их устойчивость к воздействию тяжелых металлов в почве. Рис обладает сильным эффектом обогащения Cd, поэтому необходимо обращать внимание на остаточное количество Cd в почве и окружающей среде во время выращивания риса, чтобы избежать чрезмерного обогащения Cd, что может привести к чрезмерному содержанию Cd в рисе и угрозе здоровью человека. В данном исследовании инокуляция различными фосфорорганическими солюбилизирующими бактериями привела к различной способности обогащения корней, корневищ и волокнистых корней Dianzhong Lou для пяти элементов тяжелых металлов: Hg, Cd, Pb, Cr и As. Среди них способность к обогащению элемента Cr была сильно истощена, в то время как эффект биоаккумуляции для элемента Cd был выше, но все они были значительно ниже критической нормы содержания для гипераккумулирующих растений (1000 мг/кг). Коэффициент обогащения волокнистых корней был выше, чем корневищ, а обогащающая способность смешанной группы обработки инокуляцией была слабее, чем у группы обработки одной инокуляцией. Таким образом, вместо того, чтобы рассматривать использование волокнистых корней Дяньчжун Лу в качестве лекарственного сырья, два наиболее эффективных метода инокуляции могут рассматриваться как эталоны биоудобрений и применяться в процессе искусственного выращивания Дяньчжун Лу, чтобы снизить риск загрязнения тяжелыми металлами лекарственного сырья Дяньчжун Лу. В будущих экспериментах по солюбилизирующим фосфорорганическим бактериям и полевому продвижению и выращиванию Дяньчжун Лу, приоритет должен быть отдан регулированию элементов Cd.

Корреляционный анализ показывает, что после инокуляции фосфорорганическими солюбилизирующими бактериями наблюдается значительная корреляция между элементами Hg и Pb, в то время как корреляция между другими элементами относительно мала. Это указывает на то, что после инокуляции фосфорорганическими солюбилизирующими бактериями, Dianzhonglou оказывает значительный синергетический эффект на поглощение Hg и Pb элементов в ризосферной почве; кроме того, корреляция между корневищами и волокнистыми корнями сильнее, чем между ризосферной почвой, что указывает на более сильное взаимное влияние содержания элементов тяжелых металлов между корневищами, волокнистыми корнями, а также между корневищами и волокнистыми корнями. Поэтому в будущем при выращивании на полях следует одновременно учитывать синергетические эффекты между корневищами и волокнистыми корнями, а также между элементами Hg и Pb.

Таким образом, инокуляция различными фосфорорганическими солюбилизирующими бактериями или комбинированными бактериями может эффективно снизить содержание элементов Hg, Pb и Cr в корнях, корневищах и волокнистых корнях Dianthus polyphylla, тем самым уменьшая риск чрезмерного содержания тяжелых металлов в лекарственном сырье Dianthus polyphylla. Это также может эффективно контролировать риск загрязнения тяжелыми металлами ризосферы почвы Dianthus polyphylla. Между тем, результаты этого исследования также показывают, что смешанная инокуляция трех бактерий и смешанная инокуляция штаммов B Wiedmannii и B The two methods of proteolyticus оказывают наилучшее воздействие на Dianzhong Lou. Таким образом, эти два метода инокуляции фосфорорганических солюбилизирующих бактерий можно продвигать и применять в процессе искусственного озеленения Дяньчжун Лу, предоставляя рекомендации по восстановлению загрязнения тяжелыми металлами в процессе искусственного озеленения Дяньчжун Лу.