深色有隔內(nèi)生真菌（DSE）功能和重金屬耐性機(jī)制研究進(jìn)展

摘要：重金屬污染具有滯留時(shí)間久、難恢復(fù)和難治理等特點(diǎn)，重金屬污染土壤修復(fù)備受關(guān)注。深色有隔內(nèi)生真菌（Dark septate endophytes，DSE）可與多種植物建立良好的共生關(guān)系，其在促進(jìn)植物生長、與植物聯(lián)合共生增強(qiáng)植物對重金屬的耐性機(jī)制及修復(fù)重金屬污染土壤方面發(fā)揮著重要作用。為系統(tǒng)闡述DSE功能及其對重金屬耐性機(jī)制，本文綜述了DSE的結(jié)構(gòu)特征及定植規(guī)律，其促進(jìn)宿主植物生長的作用機(jī)制，重點(diǎn)分析了重金屬脅迫下DSE的應(yīng)答機(jī)制（吸附螯合、調(diào)控基因表達(dá)、抗氧化應(yīng)激和“區(qū)室化”作用等），總結(jié)了DSE-植物共生體系在修復(fù)重金屬污染土壤中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景，以期為DSE在重金屬污染環(huán)境中的應(yīng)用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：深色有隔內(nèi)生真菌（DSE）；DSE功能；重金屬耐性機(jī)制；植物-微生物協(xié)同修復(fù)

中圖分類號：X17；X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-2043（2024）02-0242-12 doi：10.11654/jaes.2023-0317

我國農(nóng)用地土壤重金屬污染物主要以鎘、汞、砷和鉛為主，具有隱蔽性強(qiáng)、滯留時(shí)間久、移動性差、恢復(fù)和治理難等特點(diǎn)。國內(nèi)每年因重金屬污染導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)超過1 000萬t，重金屬離子可通過生物累積和食物鏈危害人類健康。重金屬修復(fù)技術(shù)包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和聯(lián)合修復(fù)等。其中植物-微生物聯(lián)合修復(fù)具有成本低和不易破壞土壤環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)吲，近年來引起廣泛關(guān)注，其穩(wěn)定固化重金屬的機(jī)制是利用植物與真菌形成菌根共生體，其可幫助植物在重金屬污染土壤中吸收營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)植物生長，利用自身結(jié)構(gòu)吸附固持重金屬，降低重金屬的毒性和生物有效性。

菌根共生體是土壤真菌在植物根系定植形成的結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)生菌根、外生菌根和內(nèi)外生菌根，自然界中有2 000多種高等植物能與真菌形成菌根共生體。深色有隔內(nèi)生真菌（Dark septate endophytes，DSE）可以與600多種植物建立良好共生關(guān)系形成內(nèi)生菌根，對植物生長、土壤群落豐度和生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)發(fā)揮著積極作用。Li等將分離的DSE回接于L indigotica，發(fā)現(xiàn)DSE不僅可與Lindigotica形成菌根共生體，且對L indigotica生物量、根表面積和葉綠素含量有顯著正向影響，可將土壤有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，分泌酶礦化土壤有效養(yǎng)分，增加植物養(yǎng)分庫，促進(jìn)植物生長。

DSE菌根共生體對植物生長和污染環(huán)境修復(fù)有著積極作用，可提高重金屬脅迫下植物生物量、改變重金屬離子在細(xì)胞內(nèi)的分布與形態(tài)和調(diào)節(jié)相關(guān)耐性基因表達(dá)。DSE對重金屬的耐性機(jī)理是近幾年研究的重點(diǎn)，班宜輝研究了鉛鋅礦區(qū)柱孢頂囊殼對Pb2+的吸附特性和運(yùn)輸遷移情況，發(fā)現(xiàn)500 mg·kg-1和1 000 mg·kg-1 Pb2+處理下，玉米對鉛的吸附量分別是對照的1.17倍和1.36倍，且更多Pb2+積累在植物根部。湛方棟研究了0-400 mg·L-1 Cd2+濃度下嗜魚外瓶霉耐鎘的胞內(nèi)與胞外機(jī)制。胞外機(jī)制有菌絲吸附、草酸絡(luò)合和細(xì)胞壁黑色素吸附，胞內(nèi)機(jī)制有增強(qiáng)菌絲細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶活性、增加谷胱甘肽（GSH）等巰基化合物合成和提高菌絲中P、S、Ca和Mg等礦質(zhì)元素含量等。本文綜述了DSE在生物脅迫和非生物脅迫生境中的功能和重金屬耐性機(jī)制。

1 DSE概述

DSE的分類和鑒定經(jīng)歷了不同階段，Gallaud首次發(fā)現(xiàn)A lliumsphaerocephalum和Ruscus aculeatus根內(nèi)有深色且菌絲有隔內(nèi)生真菌定植；隨后，Meljn在健康松樹根系也發(fā)現(xiàn)了此類真菌，并將其命名為不育菌絲群（Mycelium radicis atrovirens，MRA）；1973年，Kowalskj將MRA分為假菌根真菌和類菌根真菌；Richard等和Wang等對MRA進(jìn)行分類研究，并成功誘導(dǎo)菌株產(chǎn)孢；1998年，Jumpponen等正式提出DSE的概念。DSE是指定植于植物根部不產(chǎn)孢或產(chǎn)無性孢子的子囊菌或半知菌類內(nèi)生真菌，大多數(shù)DSE屬于子囊菌，常見屬種有嗜魚外瓶霉（Exophiala pisciphila）、柱頂孢（Scytatidium vaccinii）、枝狀枝孢霉（Cladosporium cLadosporioides）、柱孢頂囊殼（Gaeumannomyces cylindrosporus）、外瓶霉（Exophiala）、甘瓶霉（Phialophora mustea）、菊異莖點(diǎn)霉（Paraphoma chrysanthemicola）、沙門外瓶柄霉（Exophiala salmonis）、擬莖點(diǎn)霉屬（Phomopsis.sp）和柱孢屬（Cylindrocarpon.sp）等。大多DSE不產(chǎn)孢或在低溫下長時(shí)間誘導(dǎo)產(chǎn)孢，將篩選純化的DSE回種于宿主植物后，觀察到的顏色較深的有隔菌絲結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是DSE侵染植物根部的典型特征，如圖1為沙冬青根部酸性品紅染色后，顯微鏡下觀察到的菌絲和微菌核結(jié)構(gòu)。

菌絲和微菌核是DSE的主要結(jié)構(gòu)，菌絲包括胞內(nèi)菌絲和胞間菌絲，有色有隔偶見沿根縱軸延伸的菌絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。R16（Tricladium splendens）菌絲自主軸向周圍平面延伸出側(cè)枝，其菌絲有隔，頂部漸尖，可產(chǎn)孢。微菌核主要由細(xì)胞壁加厚膨大的細(xì)胞堆疊而成，顏色較深，偶見與其相連的有隔菌絲。

DSE分布廣泛，易于在植物根部定植，尤其是初生的非木質(zhì)化根。據(jù)Jumpponen等統(tǒng)計(jì)，DSE可在114科320屬近600種植物根系定植，其在鹽堿生境、鉛鋅礦區(qū)和重金屬污染環(huán)境均有分布，但在不同生境中DSE的定植率有明顯差異。班宜輝發(fā)現(xiàn)廢棄冶煉廠區(qū)中的海州常山、杠柳和秦嶺風(fēng)毛菊的根系DSE定植率均達(dá)到90％，但尾礦荒地植物的根系DSE平均定植率僅為38.6％。DSE在同種宿主植物根系的定植率也有差異。He等和申蜜發(fā)現(xiàn)玉米根系E.pisciphila定植率分別為7.2％-23.6％和33.83％。接種DSE菌劑與菌餅對定植率有明顯影響。對藍(lán)莓組培苗接種R16（Tricladium splendens）菌劑的菌絲定植率為21.1％，微菌核定植率為6.8％；接種R16菌餅的菌絲定植率只有7.9％，未見微菌核定植。DSE根系定植率和定植強(qiáng)度也受土壤性質(zhì)影響。李錫平發(fā)現(xiàn)黃芪根部菌絲定植率與土壤速效鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)，微菌核定植率與土壤pH、有機(jī)碳、有效磷、堿解氮、全氮和速效鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤溫度存在正相關(guān)關(guān)系。DSE總定植率與土壤有機(jī)碳、有效磷和速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)。李寶庫發(fā)現(xiàn)蒙古沙冬青根部DSE菌絲定植率與土壤堿性磷酸酶、酸性磷酸酶、脲酶、有機(jī)質(zhì)和堿解氮呈極顯著正相關(guān)，微菌核定植率與有機(jī)質(zhì)和堿解氮呈顯著正相關(guān)。DSE定植率與定植強(qiáng)度受土壤性質(zhì)和植物種類影響較為復(fù)雜，因此還需進(jìn)一步研究影響植物根系DSE定植率的因素。

2DSE促進(jìn)宿主植物生長機(jī)制

干旱、鹽堿、重金屬污染和病蟲害侵害環(huán)境中，DSE與植物形成的菌根共生體對植物生長發(fā)揮著積極作用，其可通過增大植物根系與土壤接觸面積、提高生物量、增強(qiáng)植物光合作用和促進(jìn)植物分泌抗氧化物質(zhì)等多種途徑來促進(jìn)植物在逆境脅迫下生長。

2.1促進(jìn)宿主植物營養(yǎng)物質(zhì)和水分吸收

菌根系統(tǒng)是連接宿主植物與土壤的橋梁，DSE相互纏繞的黏質(zhì)菌絲可幫助植物運(yùn)輸水分。張中峰通過同位素示蹤法發(fā)現(xiàn)水分脅迫下相鄰植物之間通過菌根網(wǎng)絡(luò)傳輸水分，協(xié)助植物吸收水分。DSE也可促進(jìn)植物吸收營養(yǎng)元素，其分泌的有機(jī)酸、蛋白酶和木聚糖酶等酶類代謝物可加速土壤中有機(jī)物礦化，將難溶磷酸鹽（如磷酸鈣）轉(zhuǎn)化為易被植物吸收的有效態(tài)，纖維素酶、漆酶、淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、酪氨酸酶和多酚氧化酶等胞外酶也可礦化有機(jī)物（圖2）。當(dāng)植物根部缺乏無機(jī)氮時(shí)，DSE可通過礦化根際蛋白質(zhì)、肽和氨基酸等有機(jī)化合物為植物提供氮源。李寶庫發(fā)現(xiàn)DSE可吸收氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、部分氨基酸和混雜的有機(jī)氮源，并通過菌絲將其轉(zhuǎn)化為堿解氮，從而促進(jìn)植物生長。Newsham通過宏分析發(fā)現(xiàn)接種Phialocephala fortinii后，植物生物量、土壤磷含量和植物氮含量增加了44％-116％。另有報(bào)道指出，接種Pleosporates后植物地上部磷和氮的含量分別增加48％和32％。任穎發(fā)現(xiàn)接種Paraboeremia pulaminum和Acrocalymma vagum可提高土壤有效磷含量和堿性磷酸酶活性，一定程度上緩解了貧瘠養(yǎng)分對植物的損傷。

不同接種處理對植物營養(yǎng)元素含量也有影響。汪婭琴研究了單一接種和混合接種兩種DSE對藍(lán)莓苗營養(yǎng)含量的影響，發(fā)現(xiàn)混合接種后整個(gè)植株氮和鉀的含量分別是單接種的1.01-1.28倍和1.47-1.14倍，但磷含量降低，在藍(lán)莓葉、莖和根部這種規(guī)律并不明顯。DSE也會因土壤環(huán)境和宿主植物改變等而發(fā)揮不同作用，因此，混合接種DSE能否代替單一DSE發(fā)揮更強(qiáng)的效果還尚未有明確的結(jié)論。

2.2增強(qiáng)宿主植物對非生物脅迫的抗逆性

干旱和重金屬脅迫會積累活性氧，破壞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如重金屬離子會與葉綠素中Mg2+結(jié)合，破壞光合系統(tǒng)，擾亂系統(tǒng)平衡狀態(tài)。DSE的定植可保護(hù)細(xì)胞膜、細(xì)胞核和線粒體等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)免受損傷，調(diào)節(jié)根系抗氧化物質(zhì)含量和活性，改善根系生理結(jié)構(gòu)和水力特性。重金屬脅迫下，DSE定植改善了玉米葉片光合作用，促進(jìn)更多Cd2+固持在根部，降低了芽中Cd2+含量。一定干旱脅迫范圍內(nèi)接種DSE，GSH、SOD、脯氨酸和可溶性蛋白含量及活性均高于正常水分處理。接種Akern，aria chlamydospora可提高GSH含量，接種Neocamarosporium phragmitis和Microascus alveolaris可提高生長素和葉綠素含量。沙漠環(huán)境接種Knufia sp.和Leptosphaeria sp.增加了Ammopiptaruhus mongolicus總生物量，其在防風(fēng)固沙和沙漠植被恢復(fù)方面發(fā)揮重要作用。

鹽脅迫下，接種菌根真菌可提高植物可溶性糖類和抗氧化酶活性，降低丙二醛和脯氨酸含量。Qu等發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下接種DSE T010（一種有益DSE）后7種轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)上調(diào)，其中轉(zhuǎn)錄因子VabZIP 12的表達(dá)上調(diào)了4倍，VabZIP 12過度表達(dá)使擬南芥中抗氧化酶活性提高和相關(guān)基因上調(diào)，使其更具有競爭優(yōu)勢。

2.3提高植物抗病能力

細(xì)菌、真菌和昆蟲侵害影響植物正常生長，靠近侵染菌絲的根細(xì)胞細(xì)胞壁不規(guī)則加厚被視為DSE定植引起的宿主防御反應(yīng)。DSE分泌的蛋白酶或木聚糖酶等胞外酶可溶解病原菌菌絲，改善植物對生存環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的利用（圖2）。Harsonowati等研究發(fā)現(xiàn)接種Exophiala sp.、E.pisciphila和Cladophialophora chaetospira 3種DSE能夠改善植物生長、花芽萌發(fā)和果實(shí)產(chǎn)量，抑制尖孢鐮刀菌引起的草莓葉片變黃和發(fā)育遲緩等病害。DSE在抵御細(xì)菌、真菌和昆蟲侵害方面發(fā)揮積極作用，如Heteroconium chaetospira（Crove） M.B.Ellis通過茉莉酸代謝和乙烯代謝誘導(dǎo)白菜產(chǎn)生抗性，減少細(xì)菌和鏈格孢屬真菌（A lternaria spp.）引起的葉斑病。DSE定植會改變宿主植物一部分次生代謝過程和植食性昆蟲的就食習(xí)性，抑制昆蟲對植物的侵害。DSE競爭營養(yǎng)和感染部位可能是DSE緩解植物侵害的一種機(jī)制，DSE在細(xì)菌、真菌與昆蟲等病蟲害抵御方面的作用研究仍需補(bǔ)充。

2.4改變植物根際微環(huán)境

菌根菌絲一端侵入植物根段內(nèi)部，另一端在植物根系地下部分?jǐn)U大植物根部吸收面積，改善植物根際微環(huán)境，提高植物根際微生物多樣性。張海涵發(fā)現(xiàn)接種DSE 60 d后枸杞根際細(xì)菌代謝活性和多樣性均高于對照，說明DSE改變了枸杞根際細(xì)菌數(shù)量，影響了細(xì)菌群落功能多樣性和遺傳多樣性。根際菌絲分泌的有機(jī)酸可通過酸化、絡(luò)合、交換和作為電子供體、電子傳遞體等影響重金屬的遷移與轉(zhuǎn)化。楊超等發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)液pH隨著Pb2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而下降，600 mg·g-1 Pb2+時(shí)，DSE開始分泌草酸和乙酸，表明高質(zhì)量分?jǐn)?shù)Pb2+脅迫下DSE分泌有機(jī)酸是緩解鉛毒害的一種行為。Cd2+脅迫下E.pisciphila發(fā)酵液中乙二酸含量顯著增加，從而降低了重金屬的可移動性和毒性。pH是影響土壤鎘賦存形態(tài)的關(guān)鍵因素，低pH時(shí)重金屬溶解度增大，毒性增強(qiáng)，土壤pH與鐵錳氧化態(tài)鎘和交換態(tài)鎘含量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與殘?jiān)鼞B(tài)鎘和有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘含量存在正相關(guān)關(guān)系。10 mg·kg-1 Cd2+脅迫下，接種鏈格孢菌、穗狀彎孢菌和高梁細(xì)基格孢菌顯著提高土壤pH，降低重金屬毒性；接種尖鐮孢菌、叢赤殼菌和根異莖點(diǎn)霉菌降低土壤pH，增加地徑和葉綠素含量，緩解pH降低帶來的毒害。

3DSE-植物共生增強(qiáng)重金屬的耐性機(jī)制

重金屬離子具有強(qiáng)氧化特性，可誘導(dǎo)產(chǎn)生羥基、過氧化氫和超氧陰離子等活性氧自由基，損傷細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和DNA。DSE與植物共生，可通過吸附固持重金屬和改變重金屬生物有效性的直接途徑，或提高植物生物量，通過“生長稀釋”效應(yīng)和分泌抗氧化物質(zhì)等間接途徑抵御重金屬脅迫。DSE可增強(qiáng)宿主植物分泌吲哚乙酸與赤霉素以促進(jìn)植物生長。安紅梅發(fā)現(xiàn)鬼傘屬（Coprinopsis sp.）菌株產(chǎn)吲哚乙酸能力為72.29 ug·mL-1，其發(fā)酵液促進(jìn)玉米根長增加17.2％。邵鵬等發(fā)現(xiàn)DSE可提高樟子松抗氧化酶（CAT、SOD和GSH）活性與含量，降低細(xì)胞損傷程度。

3.1吸附與絡(luò)合作用

吸附與絡(luò)合（螯合）作用是提高植物對重金屬耐性的主要方式之一。DSE菌絲主要依靠游離的羧基、羥基和氨基等基團(tuán)將重金屬離子固定在細(xì)胞壁上，限制重金屬離子遷移。湛方棟根據(jù)紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)E.pisciphila菌絲有氨基、酰氨基、羧基、羥基和磷酰基等官能團(tuán)，Cd2+濃度低于400 mg·L-1時(shí)菌絲吸附能力與Cd2+初始濃度呈正相關(guān)，等于400 mg·L-1時(shí)菌絲吸附量最大，為8.17 mg·g-1。

DSE細(xì)胞壁中的黑色素賦予細(xì)胞抗熱、抗輻射、清除活性氧自由基和結(jié)合金屬陽離子等功能，黑色素中的氨基、羥基、羧基和酚羥基等官能團(tuán)可為金屬陽離子提供多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)（圖3）。黑色素可減小細(xì)胞壁孔隙度，維持細(xì)胞形態(tài)和滲透壓，幾丁質(zhì)為金屬陽離子提供結(jié)合點(diǎn)位，改變細(xì)胞壁多糖組分含量，調(diào)節(jié)植物細(xì)胞對Cd2+的吸附量，使Cd2+被大量結(jié)合在細(xì)胞壁上。黑色素和幾丁質(zhì)的存在會阻止重金屬離子進(jìn)入細(xì)胞，增強(qiáng)DSE在應(yīng)激環(huán)境中的生存能力。Ban等發(fā)現(xiàn)G.cylindrosporus通過黑色素含量升高、菌落顏色變深和菌絲卷曲形成菌絲圈來應(yīng)對鉛脅迫。宋瑛瑛等發(fā)現(xiàn)Cladosporium cladosporioides通過1，8-二羥基萘酚合成黑色素可使Pb2+吸附量達(dá)到19.54 mg·g-1。黑色素合成與重金屬吸附特性方面已取得一定成果，但黑色素性質(zhì)及其在生長過程中發(fā)揮的作用還不清晰，DSE自然生長環(huán)境復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)盆栽培養(yǎng)與自然生長有所差別，因此還需要進(jìn)一步室外實(shí)驗(yàn)探究。

真菌胞外分泌的乙二酸是重金屬吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和解毒過程中常見的金屬配體。王康楊等采用溴麝香草酚藍(lán)指示DSE菌絲產(chǎn)酸情況，發(fā)現(xiàn)400 mg·L-1 Cd2+脅迫下乙二酸分泌量最高達(dá)34.93 mg·g-1。重金屬離子脅迫下，真菌分泌大量乙二酸至胞外與Cd2+、Pb2+和Zn2+等形成難溶的乙二酸鹽（圖3）。有機(jī)酸對土壤環(huán)境pH、Eh以及重金屬溶解度的影響需要進(jìn)一步研究：（1）有機(jī)酸分泌量對重金屬溶解度的影響與機(jī)理及其相關(guān)性；（2）重金屬脅迫引起DSE分泌有機(jī)酸的種類及規(guī)律。

DSE可調(diào)節(jié)基因表達(dá)，增強(qiáng)重金屬耐受性。Dake等首次對鎘脅迫下接種DSE的玉米轉(zhuǎn)錄組測序獲得575個(gè)差異表達(dá)基因，解析了鎘脅迫下DSE會參與有機(jī)酸代謝和運(yùn)輸、金屬離子結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)以及轉(zhuǎn)錄因子和DNA修復(fù)等重金屬耐受途徑。Wang等發(fā)現(xiàn)10 mg·kg-1 Cd2+脅迫下，玉米葉和根中ZIP基因表達(dá)達(dá)到峰值，50 mg·kg-1 Cd2+和100 mg·kg-1 Cd2+脅迫下，葉和根中ZIP的轉(zhuǎn)錄水平受到抑制，Cd2+脅迫與PCS和MTP的表達(dá)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。但DSE的重金屬耐性基因片段、DSE與植物相互作用的分子機(jī)理還尚未明確，DSE真菌種質(zhì)資源庫還需進(jìn)一步優(yōu)化，構(gòu)建DSE種質(zhì)資源庫可為DSE-植物修復(fù)重金屬污染提供微觀理論依據(jù)。

3.2抗氧化應(yīng)激機(jī)制

丙二醛是活性氧自由基破壞植物細(xì)胞形成的脂質(zhì)過氧化物中的一種，可反映細(xì)胞的損傷程度。重金屬脅迫下，DSE會協(xié)助植物分泌抗氧化物質(zhì)應(yīng)對氧化應(yīng)激，抗氧化物質(zhì)包括抗氧化酶和抗氧化劑，抗氧化酶主要有SOD、CAT和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）等，抗氧化劑有GSH和褪黑素等（圖4）。褪黑素主要通過螯合重金屬離子或調(diào)控重金屬吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，降低重金屬在菌株內(nèi)的積累。余洋發(fā)現(xiàn)施加褪黑素降低了Cd2+、2n2+和Pb2+脅迫下丙二醛和超氧陰離子的含量；Yang等發(fā)現(xiàn)，200 umol·L-1褪黑素顯著降低了細(xì)胞內(nèi)Cd2+、Zn2+和Pb2+的濃度，使E.pisciphila的褪黑素生物合成酶基因EpTDC1（色氨酸脫羧酶）和EpSNAT1（5-羥色胺-N-乙酰轉(zhuǎn)移酶）轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)，擬南芥植物中Cd2+積累減少。以上研究表明該物質(zhì)對重金屬有明顯的鈍化作用。

宿主植物的SOD、CAT和GSH的主要作用是抵御自由基氧化侵害，其也是DSE清除活性氧自由基的重要物質(zhì)。Zhan等發(fā)現(xiàn)DSE菌絲生長速度和抗氧化能力與Cd2+濃度有關(guān)，25、50、100、200、400 mg·L-1 Cd2+脅迫7d后，菌絲生物量分別降低11.0％、22.8％、49.7％、64.1％和90.6％，根部菌絲SOD生成率提高21.6％-66.8％。邵鵬等發(fā)現(xiàn)鎘脅迫下，DSE使樟子松抗氧化酶CAT、SOD活性和GSH含量分別提高217.95％、100.00％和235.38％。

3.3改變重金屬在植物體內(nèi)的形態(tài)與分布

重金屬在植物和土壤內(nèi)的賦存形態(tài)以及分布影響其有效性，DSE可將重金屬由活性較高的形態(tài)轉(zhuǎn)化為活性較低或者非活性形態(tài)。Leptodontidium和Phialophora mustea在超積累植物Noccaea caerulescens根系定植增強(qiáng)了植物對鋅和鎘的積累。E.pisciphila可將鎘以磷酸鎘絡(luò)合物的形式儲存于細(xì)胞壁。李丹用BCR三步提取法研究重金屬脅迫下接種DSE前后土壤鎘形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量降低，可氧化態(tài)鎘含量略有增加。

重金屬螯合物被隔離在根細(xì)胞壁中，阻礙重金屬向地上組織轉(zhuǎn)移。細(xì)胞壁的沉淀作用可有效阻止重金屬離子進(jìn)入，影響細(xì)胞內(nèi)代謝活動，如Athyrium yokoscense細(xì)胞壁中可積累細(xì)胞總量70％-90％的Cu2+、Zn2+和Cd2+。細(xì)胞壁代謝依賴于植物營養(yǎng)狀況，不同的營養(yǎng)物質(zhì)下，細(xì)胞壁成分會有一定變化，這種二次修飾可能使細(xì)胞壁對重金屬離子滲透性降低，促進(jìn)重金屬離子區(qū)室化，降低重金屬離子對宿主植物的毒性。

DSE定植后，在菌根作用下重金屬離子被固定在根部或者遷移到地上組織，從而影響重金屬離子分布與可遷移性。重金屬在植物體內(nèi)遷移轉(zhuǎn)運(yùn)可以用轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）評價(jià)，根系DSE的TF≥1時(shí)，大部分重金屬離子積累在植物地上組織，TF值越大地上組織積累量越多；TFlt;1時(shí)，重金屬主要在植物根部積累。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的大小對選擇不同DSE修復(fù)重金屬污染土壤具有重要參考意義。表1總結(jié)了DSE在宿主植物根系定植前后重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和功能等。

3.4改變植物根際微環(huán)境，增強(qiáng)重金屬耐性

根際土壤重金屬的活性和生物有效性與土壤環(huán)境的pH、Eh、根系分泌物以及微生物相互作用有關(guān)。張海涵發(fā)現(xiàn)接種DSE 60 d后枸杞根際細(xì)菌數(shù)量發(fā)生改變，細(xì)菌群落功能多樣性和遺傳多樣性受到影響。鄧勛等發(fā)現(xiàn)接種DSE第3年樟子松根際真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量分別增加51.85％、286.13％和101.81％，表明DSE可有效改善土壤微生態(tài)環(huán)境。植物根系分泌物（氨基酸、有機(jī)酸、糖類、微生物與酶等）可以附著一部分重金屬，減少宿主植物對重金屬離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，有益菌群可通過趨化性遷移定植在植物根部細(xì)胞。植物與真菌的聯(lián)合修復(fù)可以將重金屬離子轉(zhuǎn)化為低毒性形態(tài)或者轉(zhuǎn)運(yùn)到植物地上部分，然后通過收割植物達(dá)到修復(fù)土壤重金屬污染的目的。

4DSE-植物聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的應(yīng)用

在重金屬污染環(huán)境中接種DSE可促進(jìn)植物生長，改變重金屬移動性與生物有效性，降低重金屬離子對植物的毒害作用。藤秋梅等的研究顯示，在Cd2+脅迫下接種DSE后蘆竹地上部和根系鎘含量分別顯著增加了62.11％-91.87％和9.13％-71.01％，表明DSE對鎘具有較強(qiáng)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，賦予植物超積累植物特征。Zhao等對嗜魚外瓶霉轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫下超過40％的差異表達(dá)基因參與了金屬離子的結(jié)合和運(yùn)輸，大約有104個(gè)轉(zhuǎn)錄基因參與了Ca2+、Fe2+、Mn2+和Cu2+的解毒和平衡，特別是與金屬硫蛋白（MTs）有關(guān)的3個(gè)基因（comp8373_c0、comp4235_c0、comp12016_c0），維持植物對重金屬的吸附、螯合、轉(zhuǎn)運(yùn)及固定作用。DSE對Cd2+的耐受性更強(qiáng)，Potisek等研究1，8-二羥基萘型黑色素（DHN-黑色素）賦予DSE的鎘耐性，發(fā)現(xiàn)鎘主要與0-和S-配體結(jié)合，包括羥基、羧基、磷酸基和巰基，DHN-黑色素通過將Cd2+固定在羥基上維持真菌細(xì)胞壁的完整性。接種DSE可促進(jìn)土壤重金屬由活性較強(qiáng)的形態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的形態(tài)，Berthelot等發(fā)現(xiàn)接種DSE后，鐵錳氧化態(tài)和可交換態(tài)鎘降低10％-20％，殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘增加10％-90％。DSE還限制Cd2+進(jìn)入細(xì)胞，減少其在亞細(xì)胞中的積累，Wang等發(fā)現(xiàn)土壤中接種DSE后，玉米葉片和根系細(xì)胞壁積累鎘的比例增加，可溶性鎘含量顯著降低，其中線粒體和葉綠體中含量最低，細(xì)胞壁中鎘含量增加促進(jìn)了植物中重金屬離子的區(qū)室化。Su等用鎘特異性熒光染料分析了DSE在細(xì)胞中的分布，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁和液泡可作為Cd2+定位隔離室。崔洪亮從重金屬污染土壤中分離出11株DSE，測其Cd2+ECso發(fā)現(xiàn)，在72.28-234.42 mg·L-1 Cd2+下DSE仍能生長，說明其對Cd2+具有較高耐受性。由此可見，在鎘污染嚴(yán)重的土壤修復(fù)中仍可選擇DSE協(xié)助植物修復(fù)，達(dá)到“1+1gt;2”修復(fù)重金屬污染的效果。目前研究成果集中于DSE修復(fù)鎘污染土壤，結(jié)果也表明DSE-植物聯(lián)合修復(fù)重金屬鎘污染土壤具有潛在應(yīng)用價(jià)值和良好應(yīng)用前景，但對于其他重金屬污染土壤修復(fù)的研究還鮮有報(bào)道，需進(jìn)一步研究。

5總結(jié)與展望

5.1總結(jié)

（1）DSE功能的主要表現(xiàn)有：DSE可分泌有機(jī)酸和酶等改善植物根際微環(huán)境，加速土壤有機(jī)物礦化，菌根網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)植物對營養(yǎng)物質(zhì)和水分的吸收；高溫、干旱和鹽堿等非生物脅迫下，DSE可改善光合作用、調(diào)節(jié)根系抗氧化物質(zhì)的含量與活性，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)等以保護(hù)細(xì)胞膜、細(xì)胞核和線粒體等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)免受損傷；細(xì)菌、病原菌和昆蟲等生物脅迫下，DSE與病蟲害競爭營養(yǎng)和感染部位以緩解侵害，改變宿主植物一部分次生代謝過程，抑制昆蟲及食草動物侵害，維持植物正常生長。

（2）重金屬脅迫下，DSE協(xié)同植物修復(fù)重金屬污染的應(yīng)答機(jī)制主要有減少植物對重金屬離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，DSE菌絲、黑色素和有機(jī)酸中官能團(tuán)吸附固持重金屬離子，降低重金屬離子活性和生物有效性；提高抗氧化酶（SOD、CAT、GSH）活性和調(diào)節(jié)褪黑素合成過程，應(yīng)對氧化應(yīng)激，緩解毒害作用；降低重金屬可遷移性和毒性，重金屬螯合物被隔離在液泡和細(xì)胞壁，金屬由活性較高的形態(tài)轉(zhuǎn)化為活性較低或者非活性形態(tài)，積累在植物根部或者地上部分等降低重金屬的遷移性。

5.2展望

DSE在不同環(huán)境中發(fā)揮著不同功能，為了研究DSE在重金屬脅迫下如何與植物共生及協(xié)助植物的作用機(jī)理，亟須進(jìn)一步研究：

（1）不同環(huán)境下，植物根系DSE定植率和定植強(qiáng)度的影響因素有哪些，及在不同宿主植物根系接種一株與多株DSE的效果有何不同？

（2）黑色素合成與重金屬的吸附特性及其在生長過程中發(fā)揮的作用，褪黑激素減輕氧化應(yīng)激和抗氧化劑的潛在機(jī)制。

（3）在非生物和生物脅迫中如何利用基因編輯、高通量基因組和轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)調(diào)控基因表達(dá)，確定耐性基因片段，需進(jìn)一步闡明DSE發(fā)揮的遺傳和分子基礎(chǔ)作用，解析DSE與植物相互作用的分子基礎(chǔ)；還應(yīng)構(gòu)建和優(yōu)化DSE真菌種質(zhì)資源庫，改善植物-DSE修復(fù)重金屬污染的效率和成本。

（4）除鎘、鋅和鉛污染外，DSE在修復(fù)其他重金屬污染土壤方面有哪些效果，尤其復(fù)合重金屬污染方面還需進(jìn)一步研究。