丛枝菌根真菌参与土壤铅、镉污染治理技术研究

何雪梅，向琼，唐甜甜，田哲坤，陈存

（成都师范学院，四川成都611130）

丛枝菌根真菌参与土壤铅、镉污染治理技术研究

何雪梅，向琼，唐甜甜，田哲坤，陈存*

（成都师范学院，四川成都611130）

随着城市化、工业化进程加快，土壤受到的重金属污染日益严重，土壤重金属污染主要以重金属铅（Pb）污染和重金属镉（Cd）污染最为常见。与丛枝菌根真菌（AMF）共生的植物修复技术是一种绿色、可行的修复土壤重金属污染的技术。本文综述AMF接种在不同的植物上对土壤Pb污染、Cd污染以及Pb-Cd复合污染的修复情况，以期为今后土壤重金属污染修复工作的开展提供科学参考。

丛枝菌根真菌；铅污染；镉污染；土壤重金属

近年来，随着社会经济的快速发展，城市的工业化以及农村的城镇化，土壤重金属污染问题日益突出[1，2]，土壤重金属污染的治理也越来越受到重视。重金属的生物毒性显著，不但无法被微生物降解，还会在生物体内富集进而危害人类健康，甚至整个生态系统的稳定性。土壤重金属流向人类的主要途径是通过植物吸收进入食物链进而流向人类。因此，土壤重金属污染问题的解决迫在眉睫，特别是土壤重金属污染中的铅（Pb）污染和镉（Cd）污染。

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizas Fungi，AMF）是一类能与绝大多数高等植物根系形成共生体的有益微生物。其主要应用于以下几个方面：有效修复有机污染土壤，重金属污染植物修复，药用植物培育，诱导植物抗病性。AMF不仅能增加宿主植物对重金属的吸收，而且能增加宿主植物对重金属的耐受性。其相关的机理主要包括调控植物的生理代谢活动、调控相关抗性基因表达、形成物理防御体系等[3]。

1 土壤重金属污染治理方法概述

土壤重金属污染的治理方法分为两个大类：传统修复技术和生物修复技术，其优势和劣势对比参见表1和表2。

比较表1与表2，土壤重金属污染传统修复技术无法彻底根治土壤重金属污染，且易造成二次污染，而利用AMF与植物共生对土壤重金属污染进行治理的方法，因其简单易行、环境友好而备受瞩目。

表1 传统修复技术

表2 生物修复技术

2 AMF修复土壤重金属污染的研究现状

2.1 AMF修复土壤重金属Pb污染

AMF对宿主植物有细胞壁滞留作用、根部固持作用、弱活性结合态增加作用以及液泡区隔化作用，可以使宿主植物的生物量、百芽总和显著增加，而且可以大大降低土壤中Pb的生物有效性，且宿主植物对重金属Pb的吸收积累因宿主植物种类不同而不同。

陈卫莉等[4]采用盆栽实验，发现茶树接种AMF后，叶片中Pb含量显著降低，土壤中Pb的生物有效性大大减低，茶树的生物量、百芽总和显著增加，这意味着AMF与茶树共生，不仅提高了茶叶质量安全，而且还大大降低了土壤中Pb的生物有效性，并且为减少茶叶中Pb含量提供了理论基础。廖妤婕等[5]通过桉树幼苗盆栽实验，从重金属Pb在桉树不同部位中的化学形态和亚细胞分布的角度，研究了桉树对重金属Pb的耐受机制，发现植物与AMF共生可以促进植物体内的Pb从活性较强的提取态向活性较弱的提取态转化。杨亚忠[6]研究发现形成菌根的茶树，其抗逆性与养分吸收能力均能得到明显增强，与AMF共生的茶树根部重金属Pb含量增加，叶片重金属Pb含量减少。

Jerusa Schneider等[7]通过探讨AMF和植物物种的多样性和发生以及其在铅污染土壤中的相互作用的方法，从而使实验区被划分成3个部分：非污染的本地区、沉积区和一个从铅熔化过程中从烟囱接收颗粒材料的区域。最后得出：植物多样性与AMF真菌多样性显著相关；AMF群落的结构与土壤中的铅浓度相关；AMF的多样性似乎与该地区异质性相关，证明了丛枝菌根真菌与植物共生促进了铅污染场地的修复。

2.2 AMF修复土壤重金属Cd污染

AMF处理有助于缓解重金属Cd对地上部分的毒害，促进了宿主植物对Cd的根际固定化过程，抑制了重金属Cd向地上部分转移的趋势。并且AMF在红树林湿地生态系统中有潜在的抗重金属污染生理生态功能。

王立等[8]通过在不同Cd浓度的污染土壤中，接种摩西球囊霉和根内球囊霉两种AMF，发现与AMF菌剂共生使Cd胁迫对水稻生长的抑制程度明显减弱，有助于减弱Cd胁迫对水稻光合作用的抑制作用，缓解Cd对地上部分的毒害作用，并且使水稻对Cd胁迫下的根际固定化过程得以促进，使Cd向地上部分转移的趋势得以抑制。谢翔宇等[9]通过接种与不接种混合AMF的对比研究方法，在施加重金属Cd的条件下，发现与AMF共生能够使Cd胁迫下秋茄的膜脂过氧化程度被减弱，从而保护了宿主植物，并增加了秋茄幼苗的生物量，为生物修复污染的红树林提供了一条新思路，揭示了在红树林湿地生态系统中与植物共生的AMF存在潜在的抗重金属污染生理生态功能。

黄晶等[10]研究了在Cd、Zn污染土壤中，8种不同AMF对紫花苜蓿吸收Cd、Zn的影响。结果表明：AMF在Cd、Zn污染的土壤中对紫花苜蓿的侵染依旧显著，并且加强了紫花苜蓿对Cd、Zn的吸收作用和累积作用。AMF处理下紫花苜蓿根部Cd、Zn含量和积累量明显增加，但地上部Cd、Zn的含量则降低，地上部Zn的积累量也减小。本项实验证明了AMF处理后减弱了Cd、Zn由根部向地上部的运移，减轻了植物地上部毒害。

Hui Li等[11]通过使水稻与两种丛枝菌根真菌（AMF）共生后，做了一个短期的水培试验，发现AMF与水稻共生可以使镉溶液中的地上部和根系的Cd浓度显著降低；镉的吸收动力学符合Michaelis Menten模型，认为AMF可通过改变水稻镉化学形态和亚细胞分布来增强水稻抗镉的能力。

2.3 AMF修复土壤重金属Pb、Cd复合污染

AMF对于强化宿主植物根系对重金属Pb、Cd的固持作用，调节生态系统中重金属Pb、Cd的生物循环，减轻重金属Pb、Cd对食物链的污染风险方面起着重要作用。接种AMF还会显著影响植物对重金属Pb、Cd，并且能提高宿主植物的Pb、Cd积累能力。

陈良华等[12]在砂培条件下，研究与AMF共生后对受重金属Pb、Cd复合污染的雌雄美洲黑杨在Pb、Cd的分配特征与富集方面的影响，发现AMF能使美洲黑杨雄株地上部分器官的迁移率与富集系数、雄株粗根及细根中Pb、Cd含量、叶片中Pb、Cd含量得以增加，使雌株细根及粗根中Pb、Cd含量降低。

孔凡美等[13]采用4室根箱培养系统，发现在Pb、Cd、Cu、Zn 4种重金属的污染土壤中，AMF提高了三叶草可食部分的安全性，即三叶草地上部Cd和Pb含量均低于我国牧草重金属安全含量，其机理是致使三叶草对Pb、Cd和Cu的吸收显著减少，从而导致地上部Pb和Cd含量下降，并且加强根系限制重金属Pb和Cd向地上部运输的作用，从而降低地上部Pb和Cd含量。

张旭红等[14]研究了重金属（包括Pb、Cd、Cu和Zn）复合污染下，AMF对蚕豆生长的影响，认为AMF与蚕豆共生对蚕豆的生物量有较小的影响，在植物对重金属的吸收方面影响显著。

Wu Zhipeng等[15]采用温室试验的方法，旨在探索接种AMF从而通过改变植物-土壤相互作用进而影响农作物安全生产的方法。其实验主要是在Pb、Cd胁迫下使小白菜和AMF共生，发现在铅、镉污染土壤中与AMF共生后生产安全蔬菜的应用潜能。

3 结语

与AMF共生，能够增加植物在地下部分富集重金属的量，减弱重金属对植物的毒害，减少了土壤中重金属含量。期待能够找到合适的速生木本植物，通过对枝叶的多次收割和处理，达到动态减少土壤重金属的目的，为土壤重金属污染的修复提供理论与技术参考。

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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

成都师范学院质量工程项目（2015JG10）；2016年国家级大学生创新创业训练计划项目201614389025（107260125）。

何雪梅（1996-），女，四川绵阳人，学士，研究方向：生物科学。

陈存（1986-），女，四川遂宁人，硕士，讲师，研究方向：植物遗传与分子生物学。