叢枝菌根真菌參與土壤鉛、鎘污染治理技術(shù)研究

何雪梅，向瓊，唐甜甜，田哲坤，陳存

（成都師范學(xué)院，四川成都611130）

叢枝菌根真菌參與土壤鉛、鎘污染治理技術(shù)研究

何雪梅，向瓊，唐甜甜，田哲坤，陳存*

（成都師范學(xué)院，四川成都611130）

隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程加快，土壤受到的重金屬污染日益嚴(yán)重，土壤重金屬污染主要以重金屬鉛（Pb）污染和重金屬鎘（Cd）污染最為常見(jiàn)。與叢枝菌根真菌（AMF）共生的植物修復(fù)技術(shù)是一種綠色、可行的修復(fù)土壤重金屬污染的技術(shù)。本文綜述AMF接種在不同的植物上對(duì)土壤Pb污染、Cd污染以及Pb-Cd復(fù)合污染的修復(fù)情況，以期為今后土壤重金屬污染修復(fù)工作的開(kāi)展提供科學(xué)參考。

叢枝菌根真菌；鉛污染；鎘污染；土壤重金屬

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的工業(yè)化以及農(nóng)村的城鎮(zhèn)化，土壤重金屬污染問(wèn)題日益突出[1，2]，土壤重金屬污染的治理也越來(lái)越受到重視。重金屬的生物毒性顯著，不但無(wú)法被微生物降解，還會(huì)在生物體內(nèi)富集進(jìn)而危害人類(lèi)健康，甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。土壤重金屬流向人類(lèi)的主要途徑是通過(guò)植物吸收進(jìn)入食物鏈進(jìn)而流向人類(lèi)。因此，土壤重金屬污染問(wèn)題的解決迫在眉睫，特別是土壤重金屬污染中的鉛（Pb）污染和鎘（Cd）污染。

叢枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizas Fungi，AMF）是一類(lèi)能與絕大多數(shù)高等植物根系形成共生體的有益微生物。其主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：有效修復(fù)有機(jī)污染土壤，重金屬污染植物修復(fù)，藥用植物培育，誘導(dǎo)植物抗病性。AMF不僅能增加宿主植物對(duì)重金屬的吸收，而且能增加宿主植物對(duì)重金屬的耐受性。其相關(guān)的機(jī)理主要包括調(diào)控植物的生理代謝活動(dòng)、調(diào)控相關(guān)抗性基因表達(dá)、形成物理防御體系等[3]。

1 土壤重金屬污染治理方法概述

土壤重金屬污染的治理方法分為兩個(gè)大類(lèi)：傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)對(duì)比參見(jiàn)表1和表2。

比較表1與表2，土壤重金屬污染傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)無(wú)法徹底根治土壤重金屬污染，且易造成二次污染，而利用AMF與植物共生對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行治理的方法，因其簡(jiǎn)單易行、環(huán)境友好而備受矚目。

表1 傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)

表2 生物修復(fù)技術(shù)

2 AMF修復(fù)土壤重金屬污染的研究現(xiàn)狀

2.1 AMF修復(fù)土壤重金屬Pb污染

AMF對(duì)宿主植物有細(xì)胞壁滯留作用、根部固持作用、弱活性結(jié)合態(tài)增加作用以及液泡區(qū)隔化作用，可以使宿主植物的生物量、百芽總和顯著增加，而且可以大大降低土壤中Pb的生物有效性，且宿主植物對(duì)重金屬Pb的吸收積累因宿主植物種類(lèi)不同而不同。

陳衛(wèi)莉等[4]采用盆栽實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)茶樹(shù)接種AMF后，葉片中Pb含量顯著降低，土壤中Pb的生物有效性大大減低，茶樹(shù)的生物量、百芽總和顯著增加，這意味著AMF與茶樹(shù)共生，不僅提高了茶葉質(zhì)量安全，而且還大大降低了土壤中Pb的生物有效性，并且為減少茶葉中Pb含量提供了理論基礎(chǔ)。廖妤婕等[5]通過(guò)桉樹(shù)幼苗盆栽實(shí)驗(yàn)，從重金屬Pb在桉樹(shù)不同部位中的化學(xué)形態(tài)和亞細(xì)胞分布的角度，研究了桉樹(shù)對(duì)重金屬Pb的耐受機(jī)制，發(fā)現(xiàn)植物與AMF共生可以促進(jìn)植物體內(nèi)的Pb從活性較強(qiáng)的提取態(tài)向活性較弱的提取態(tài)轉(zhuǎn)化。楊亞忠[6]研究發(fā)現(xiàn)形成菌根的茶樹(shù)，其抗逆性與養(yǎng)分吸收能力均能得到明顯增強(qiáng)，與AMF共生的茶樹(shù)根部重金屬Pb含量增加，葉片重金屬Pb含量減少。

Jerusa Schneider等[7]通過(guò)探討AMF和植物物種的多樣性和發(fā)生以及其在鉛污染土壤中的相互作用的方法，從而使實(shí)驗(yàn)區(qū)被劃分成3個(gè)部分：非污染的本地區(qū)、沉積區(qū)和一個(gè)從鉛熔化過(guò)程中從煙囪接收顆粒材料的區(qū)域。最后得出：植物多樣性與AMF真菌多樣性顯著相關(guān)；AMF群落的結(jié)構(gòu)與土壤中的鉛濃度相關(guān)；AMF的多樣性似乎與該地區(qū)異質(zhì)性相關(guān)，證明了叢枝菌根真菌與植物共生促進(jìn)了鉛污染場(chǎng)地的修復(fù)。

2.2 AMF修復(fù)土壤重金屬Cd污染

AMF處理有助于緩解重金屬Cd對(duì)地上部分的毒害，促進(jìn)了宿主植物對(duì)Cd的根際固定化過(guò)程，抑制了重金屬Cd向地上部分轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。并且AMF在紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)中有潛在的抗重金屬污染生理生態(tài)功能。

王立等[8]通過(guò)在不同Cd濃度的污染土壤中，接種摩西球囊霉和根內(nèi)球囊霉兩種AMF，發(fā)現(xiàn)與AMF菌劑共生使Cd脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)的抑制程度明顯減弱，有助于減弱Cd脅迫對(duì)水稻光合作用的抑制作用，緩解Cd對(duì)地上部分的毒害作用，并且使水稻對(duì)Cd脅迫下的根際固定化過(guò)程得以促進(jìn)，使Cd向地上部分轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)得以抑制。謝翔宇等[9]通過(guò)接種與不接種混合AMF的對(duì)比研究方法，在施加重金屬Cd的條件下，發(fā)現(xiàn)與AMF共生能夠使Cd脅迫下秋茄的膜脂過(guò)氧化程度被減弱，從而保護(hù)了宿主植物，并增加了秋茄幼苗的生物量，為生物修復(fù)污染的紅樹(shù)林提供了一條新思路，揭示了在紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)中與植物共生的AMF存在潛在的抗重金屬污染生理生態(tài)功能。

黃晶等[10]研究了在Cd、Zn污染土壤中，8種不同AMF對(duì)紫花苜蓿吸收Cd、Zn的影響。結(jié)果表明：AMF在Cd、Zn污染的土壤中對(duì)紫花苜蓿的侵染依舊顯著，并且加強(qiáng)了紫花苜蓿對(duì)Cd、Zn的吸收作用和累積作用。AMF處理下紫花苜蓿根部Cd、Zn含量和積累量明顯增加，但地上部Cd、Zn的含量則降低，地上部Zn的積累量也減小。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明了AMF處理后減弱了Cd、Zn由根部向地上部的運(yùn)移，減輕了植物地上部毒害。

Hui Li等[11]通過(guò)使水稻與兩種叢枝菌根真菌（AMF）共生后，做了一個(gè)短期的水培試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)AMF與水稻共生可以使鎘溶液中的地上部和根系的Cd濃度顯著降低；鎘的吸收動(dòng)力學(xué)符合Michaelis Menten模型，認(rèn)為AMF可通過(guò)改變水稻鎘化學(xué)形態(tài)和亞細(xì)胞分布來(lái)增強(qiáng)水稻抗鎘的能力。

2.3 AMF修復(fù)土壤重金屬Pb、Cd復(fù)合污染

AMF對(duì)于強(qiáng)化宿主植物根系對(duì)重金屬Pb、Cd的固持作用，調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中重金屬Pb、Cd的生物循環(huán)，減輕重金屬Pb、Cd對(duì)食物鏈的污染風(fēng)險(xiǎn)方面起著重要作用。接種AMF還會(huì)顯著影響植物對(duì)重金屬Pb、Cd，并且能提高宿主植物的Pb、Cd積累能力。

陳良華等[12]在砂培條件下，研究與AMF共生后對(duì)受重金屬Pb、Cd復(fù)合污染的雌雄美洲黑楊在Pb、Cd的分配特征與富集方面的影響，發(fā)現(xiàn)AMF能使美洲黑楊雄株地上部分器官的遷移率與富集系數(shù)、雄株粗根及細(xì)根中Pb、Cd含量、葉片中Pb、Cd含量得以增加，使雌株細(xì)根及粗根中Pb、Cd含量降低。

孔凡美等[13]采用4室根箱培養(yǎng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在Pb、Cd、Cu、Zn 4種重金屬的污染土壤中，AMF提高了三葉草可食部分的安全性，即三葉草地上部Cd和Pb含量均低于我國(guó)牧草重金屬安全含量，其機(jī)理是致使三葉草對(duì)Pb、Cd和Cu的吸收顯著減少，從而導(dǎo)致地上部Pb和Cd含量下降，并且加強(qiáng)根系限制重金屬Pb和Cd向地上部運(yùn)輸?shù)淖饔?，從而降低地上部Pb和Cd含量。

張旭紅等[14]研究了重金屬（包括Pb、Cd、Cu和Zn）復(fù)合污染下，AMF對(duì)蠶豆生長(zhǎng)的影響，認(rèn)為AMF與蠶豆共生對(duì)蠶豆的生物量有較小的影響，在植物對(duì)重金屬的吸收方面影響顯著。

Wu Zhipeng等[15]采用溫室試驗(yàn)的方法，旨在探索接種AMF從而通過(guò)改變植物-土壤相互作用進(jìn)而影響農(nóng)作物安全生產(chǎn)的方法。其實(shí)驗(yàn)主要是在Pb、Cd脅迫下使小白菜和AMF共生，發(fā)現(xiàn)在鉛、鎘污染土壤中與AMF共生后生產(chǎn)安全蔬菜的應(yīng)用潛能。

3 結(jié)語(yǔ)

與AMF共生，能夠增加植物在地下部分富集重金屬的量，減弱重金屬對(duì)植物的毒害，減少了土壤中重金屬含量。期待能夠找到合適的速生木本植物，通過(guò)對(duì)枝葉的多次收割和處理，達(dá)到動(dòng)態(tài)減少土壤重金屬的目的，為土壤重金屬污染的修復(fù)提供理論與技術(shù)參考。

[1]張?chǎng)?余樹(shù)全,李清林,等．洞頭列島土地利用對(duì)土壤及沉積物重金屬污染的影響及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2016,35(5):126-135.

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Research on Soil Lead and Cadmium Pollution Control by Arbuscular Mycorrhizal Fungi

He Xue-mei,Xiang Qiong,Tang Tian-tian,Tian Zhe-kun,Chen Cun*
(Chengdu Teachers College,Sichuan,Chengdu 611130,China )

With the acceleration of urbanization and industrialization,the heavy metal pollution of soil is becoming more and more serious.Heavy soil pollution is mainly caused by heavy metal lead (Pb) pollution and heavy metal cadmium (Cd) pollution.Phytoremediation with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is a green and viable technique for remediation of soil heavy metal pollution.This paper reviewed the remediation of soil Pb pollution,Cd pollution and Pb- Cd complex pollution by AMF in different plants,so as to provide scientific reference for the future soil heavy metal pollution remediation work.

AMF;Pb;Cd;Soil heavy metal

X53

A

2096-0387（2017）03-0091-04

成都師范學(xué)院質(zhì)量工程項(xiàng)目（2015JG10）；2016年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目201614389025（107260125）。

何雪梅（1996-），女，四川綿陽(yáng)人，學(xué)士，研究方向：生物科學(xué)。

陳存（1986-），女，四川遂寧人，碩士，講師，研究方向：植物遺傳與分子生物學(xué)。