Biochemical mechanisms of rhizospheric Bacillus subtilis-facilitated phytoextraction by alfalfa under cadmium stress – Microbial diversity and metabolomics analyses

根际 代谢组学 植物修复 代谢途径 生物 枯草芽孢杆菌 微生物种群生物学 小桶 植物生理学 代谢组 植物 食品科学 细菌 生物化学 土壤水分 生态学 生物信息学 遗传学 基因表达 转录组 基因
作者
Qi Li,Yingna Xing,Xiaowen Fu,Lei Ji,Tianyuan Li,Jianing Wang,Guanhong Chen,Zhichong Qi,Qiang Zhang
出处
期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety [Elsevier BV]
卷期号:212: 112016-112016 被引量:78
标识
DOI:10.1016/j.ecoenv.2021.112016
摘要

The effects of Bacillus subtilis inoculation on the growth and Cd uptake of alfalfa were evaluated in this research using pot experiments, and the relevant biochemical mechanisms were first investigated by combined microbial diversity and nontarget metabolomics analyses. The results indicated that inoculation with alfalfa significantly decreased the amount of plant malondialdehyde (MDA) and improved the activities of plant antioxidant enzymes and soil nutrient cycling-involved enzymes, thereby promoting biomass by 29.4%. Inoculation also increased Cd bioavailability in rhizosphere soil by 12.0% and Cd removal efficiency by 139.3%. The biochemical mechanisms included enhanced bacterial diversity, transformed microbial community composition, regulated amounts of amino acids, fatty acids, carbohydrates, flavonoids and phenols in rhizosphere soil metabolites, and modulations of the corresponding Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathways. These responses were beneficial to microbial activity, nutrient cycling, and Cd mobilization, detoxification, and decontamination by alfalfa in soil. This study, especially the newly identified differential metabolites and metabolic pathways, provides new insights into mechanism revelation and strategy development in microbe-assisted phytomanagement of heavy metal-contaminated soils.

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