丛枝菌根-植物修复重金属污染土壤研究中的热点

随着菌根研究和植物修复技术的发展,利用丛枝菌根强化重金属污染土壤的植物修复逐渐受到人们的重视。本文系统综述了当前的几个研究热点:(1)菌根植物吸收和转运重金属的分子机制;(2)AM真菌对超富集植物重金属吸收的影响及其机制;(3)AM真菌对转基因植物重金属吸收的影响及其机制;(4)AM真菌与其他土壤生物在植物修复中的复合作用;(5)丛枝菌根与化学螯合剂在植物修复中的复合作用;(6)重金属复合污染土壤的丛枝菌根-植物修复;(7)放射性污染土壤的枝菌根-植物修复;(8)丛枝菌根-植物修复的田间试验研究。在未来的丛枝菌根-植物修复研究中,要筛选优良的宿主植物和与之高效共生的AM真菌,加强相关理论和应用基础研究,并构建高效基因工程菌。     

泡囊丛枝菌根对红三叶草根际土壤磷酸酶活性的影响

以三叶草为材料,利用三室隔网培养方法,研究了缺磷土壤上施用植酸时接种３种泡囊丛枝菌根真菌（Ｇｌｏｍｕｓ ｍｏｓｓｅａｅ,Ｇｌｍｏｕｓ ｖｅｒｓｉｆｏｒｍｅ,Ｇｉｇａｓｐｏｒａ ｍａｒｇａｒｉｔａ）对根际土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性的影响。三叶草生长６０ｄ后,收获测定距根表不同距离土壤中的磷酸酶活性,结果表明,接种菌根真菌增加了根际土壤酸性和碱性磷酸酶活性,Ｇｉｇａｓｐｏｒａ ｍａｒｇａｒｉｔａ菌     

重金属胁迫下外生菌根真菌Boletus edulis重金属积累分配与生长微环境变化

在离体培养条件下，对外生菌根真菌Boletus edulis菌丝铜镉积累分配与生长微环境变化进行研究。结果表明，铜镉胁迫下菌落直径具有相似的增长模式。与对照相比，低浓度的铜镉处理均促进了菌丝的生长，而高浓度则产生抑制作用。Boletus edulis具有很强的铜镉吸收积累能力，显示出较好的重金属耐受性。菌丝体是重金属在离体培养体系中积累的主要场所，最高处理浓度时，菌丝体内的铜镉浓度分别达到对照的26．6和28倍，而菌丝分泌物的作用相对较小。菌丝体对生物体必需元素铜和非必需元素镉具有不同的积累模式，并可根揩重金属的种类，有效地调节生长微环境，以降低重金属对菌丝体的生物有效性。这可能是外生菌根真菌的一种重金属抗性机理。     

外生菌根真菌对五氯芬的耐受性及生理响应

在纯培养条件下,研究了7种外生菌根真菌--美昧牛肝菌(Boletus edulis)、铆钉菇(Gomphidius viscidus)、双色腊蘑(Laccaria bicolor)、褐疣柄牛肝菌(Leccinum 8cabrum)、红绒盖牛肝菌(Xerocomus chrysenteron)、大毒滑锈伞(Heboloma crustulinifoume)和长柄粘滑菇(Hebeloma longicaudum)在不同五氯酚浓度下的生长速度和耐受性,筛选出具有降解五氯酚潜力的3种外生菌根真菌--铆钉菇、双色腊蘑、褐疣柄牛肝菌;考察了这3种外生菌根真菌在五氯酚胁迫下的生长模式,并采用点试方法对真菌氧化还原酶的产生情况进行了检测.结果表明:低浓度(≤10mg·L-1)条件下,五氯酚并没有改变菌种的生长模式,其中铆钉菇表现出了对五氯酚较强的耐受性,而在较高浓度下(15mg·L-1),所有菌种生长均受到抑制.酶点试结果表明,铆钉菇是3种外生菌根真菌中氧化还原酶活性最强且种类较多的菌种,它表现出较高的漆酶、酪氨酸氧化酶和过氧化物酶活性,是一种具有高效降解芳环结构污染物潜力的菌根真菌.     

外生菌根真菌对Al3+胁迫和低钾土壤的响应

酸铝危害和土壤贫瘠是热带和亚热带森林衰亡的主要原因之一,外生菌根真菌抗铝毒和活化土壤养分有益于防止森林退化和提高森林生产力.试验在Al3+胁迫条件下,以彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,Pt 715)、褐环乳牛肝菌(Suillus luteus(L.:Fr.)Gray,Sl 13)和亚褐环乳牛肝菌(Suillus subluteus(Peck)Snell ex Slipp&Snell,Ss 00)等3株外生菌根真菌为材料,土壤为钾源,采用培养试验研究了它们的生长、有机酸和H+分泌,以及对土壤钾的利用.结果表明,在Al3+胁迫和缺钾下,3株外生菌根真菌的生长,氮、磷、钾吸收,以及有机酸和H+分泌均受Al3+浓度的调节.在Al3+浓度较低时,它们随浓度的增加而提高,到达峰值后又随Al3+浓度升高而降低.抗Al3+性较强的菌株出现峰值时的Al3+浓度高,反之亦然.Pt 715的生物量和氮吸收量达到峰值时的Al3+浓度分别是Ss 00和Sl 13菌株的4倍和2倍,磷钾吸收和有机酸及H+分泌量也显著高于Ss 00和Sl 13.此外,3株菌株均能利用土壤矿物结构钾,Pt 715、Ss 00和Sl 13对矿物结构钾的分解率分别高达2.10%、1.43%和1.17%,其利用能力与有机酸分泌的种类、数量和H+分泌量有关.     

丛枝菌根真菌在大同矸石山绿化中的应用研究

以大同矿区3个煤矿的矸石山作为实验点,选择火炬树等5种植物以及Glomus mosseae、Glomus intraradices、Glomus versiforme 3种丛枝菌根真菌,在野外自然条件下进行了接种实验,并通过测定植物的菌根侵染率、成活率、叶片相对含水量以及新梢生长量,研究接种菌根与植物的亲和程度以及对植物生长的促进效应。研究数据表明,在大同矸石山上接种的丛枝菌根真菌与植物的亲和程度良好,对植物的成活率、抗旱性以及生长量方面都有显著的促进作用。     

丛枝菌根真菌在不同类型煤矸石山植被恢复中的作用

采用温室盆栽试验的方法,研究了接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)、真菌Glomus etunicatum(GE)和Glomus versiforme(GV)对新排、风化和自燃这3种类型煤矸石上玉米(Zea mays L.)生长、矿质营养吸收、C∶N∶P生态化学计量比、重金属吸收的影响,旨在为草原生态系统煤矸石废弃地的生态重建和植被恢复提供技术依据.结果表明,在3种煤矸石上2种AM真菌均与玉米成功建立了互惠共生关系,平均菌根侵染率为36%~54%.接种GE和GV均显著增加了新排和风化煤矸石上玉米植株的干重,接种GV显著增加了自燃煤矸石上玉米植株的干重;接种AM真菌不同程度促进了玉米对N、P和K的吸收,降低了C∶N∶P计量比,符合生长速率假设;接种对植株地上部和根部重金属Cu、Fe、Mn、Zn浓度的影响存在显著的差异.结果表明,GE和GV在3种类型的煤矸石上表现出了不同的菌根效应,GV更适于新排煤矸石和风化煤矸石的植被恢复,GE更适于自燃煤矸石的植被恢复.试验初步证明AM真菌对于增强玉米适应不同类型煤矸石复合逆境,以及在草原生态系统不同类型煤矸石废弃地上重建植被均具有一定潜在的作用,应进一步验证野外自然条件下AM真菌对不同类型煤矸石山的实际作用效果.     

丛枝菌根真菌对稀土尾矿中大豆生长和稀土元素吸收的影响

采用温室盆栽试验的方法,研究了接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌Glomus versiforme对稀土尾矿上大豆(Glycine max)生长、矿质营养吸收、C∶N∶P生态化学计量比、重金属和稀土元素吸收的影响,旨在为稀土尾矿废弃地的生态重建和植被恢复提供基础依据.结果表明,AM真菌G.versiforme与大豆成功建立了互惠共生关系,具有较高的菌根侵染率,平均为67%.接种G.versiforme显著增加了大豆植株地上部和根部的干重,显著提高了大豆植株中P和K的含量,降低了C∶N∶P计量比,符合生长速率假设.接种G.versiforme显著降低了大豆地上部Fe和Cr的浓度,增加了根部Cd的浓度,未显著影响其它重金属的浓度;同时,显著降低了大豆植株地上部和根部轻稀土元素La、Ce、Pr和Nd的浓度.试验初步证明AM真菌对于大豆适应稀土尾矿复合逆境,以及在稀土尾矿上重建植被具有潜在的作用,应进一步验证自然条件下AM真菌的作用潜力.     

丛枝菌根真菌对百菌清引起的旱稻(Oryza sativa L.)毒性的影响

采用盆栽实验的方法,研究了百菌清对旱稻 (Oryza sativa L.)生长和氧化胁迫的影响,以及接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)对百菌清污染下旱稻生长的影响和对旱稻氧化胁迫的影响.结果表明,百菌清处理对旱稻的生长有明显的抑制作用,施加百菌清后可以使旱稻地上部的生物量由2.5 g·pot^-1下降到1.0 g·pot^-1以下;地下部分的生物量在施加百菌清处理后由0.9 g·pot^-1下降到0.3 g·pot^-1以下.百菌清处理下接种AMF能显著提高旱稻生物量,接种菌根真菌能使50 mg·kg^-1百菌清处理下旱稻的生物量增加1倍以上.百菌清处理能显著降低旱稻对磷(P)营养元素的吸收,在50 mg·kg^-1百菌清处理下旱稻地上部分P的吸收量由3 200 μg·pot^-1下降到860 μg·pot^-1,接种AMF能使旱稻地上部P的吸收量增加到1 900 μg·pot^-1.百菌清处理还可以引起旱稻体内的氧化胁迫,改变旱稻体内抗氧化酶系统的活性,而接种菌根真菌能降低百菌清对旱稻产生的氧化胁迫,从而减轻百菌清污染对旱稻的毒性作用.总之,百菌清土壤污染能够引起旱稻体内的氧化胁迫、降低旱稻P的吸收量而影响植物生长,接种菌根真菌能显著改善旱稻的生长和降低百菌清对旱稻的影响.     

菌根真菌重金属耐性机制研究进展

菌根真菌在自然界中广泛存在,能与大多数陆地植物形成共生体,菌根共生体系对于植物适应各种逆境胁迫具有重要意义.在重金属污染土壤中通常也能发现菌根真菌,某些菌根真菌对重金属表现出较强的耐受性,在污染土壤修复方面显示出应用潜力.本文从生境选择、生理适应、功能基因表达调控等层面综述了菌根真菌重金属耐性机制方面的最新研究进展,并对今后的研究方向进行了展望,旨在推进相关机制研究及菌根技术在重金属污染土壤修复中的应用.