丛枝菌根在玉米修复砷污染土壤中的效应研究

王思齐 潘仕梅 张忠兰 杨守军 孙吉翠

摘要：本研究旨在探讨丛枝茵根真菌（AMF）对玉米修复砷（As）污染土壤的影响机理，为重金属污染土壤的修复提供可鉴路径。研究结果表明，AMF明显促进了玉米生物量的增加，提高玉米根部对As的耐受能力。与对照相比，AMF抑制了玉米对As的提取效率，但明显提高了玉米对As的提取量和生物富集因子。综合分析认为，AMF施用对玉米修复As污染土壤起到明显的促进效果，为重金属污染土壤修复提供可借鉴的方法。

关键词：AFM；玉米；重金属As；植物修复

随着国家对绿色发展方式和生活方式的日益重视，重金属污染防治被提到议事日程。近几十年来许多方法已用于治理污染土壤，取得一定的效果，但治理成本较为昂贵，并可能对土壤产生副作用。植物修复被认为是成本较低、公众接受度广、环境友好的重金属污染土壤修复技术。大多数金属一旦被植物根部吸收，会在根部被固定或转移到地上部，连同植物一起从污染土壤中移除，达到去除重金属的效果，但去除效果受植物生物量影响较大。

丛枝菌根真菌（AMF-arbuscular mycorrhizalfungi）在重金属污染土壤修复中显示出巨大的优势，其能使寄主植物提高对重金属的耐受能力口J。研究表明，AMF可促进重金属向地上部转移，以稀释的形式减轻重金属对植物的伤害，但也有研究证实AMF将重金属固定在根部，避免其转移对地上部产生伤害。以玉米为寄主作物的AMF修复重金属污染土壤鲜有报道。因此，本研究旨在探讨AMF在重金属砷污染土壤中修复机理，为重金属污染土壤修复提供新的思路。

1材料与方法

1.1实验材料

2017年5月，采用玉米盆栽方式，所用塑料盆的高度和直径分别为30 cm和23 cm，玉米品种为登海-3622（zea mays LI）。实验用土为棕壤，pH 6.44（土壤：水-1：2.5），有机质2.11%，有效氮139.65 mg/kg，有效磷58.28 mg/kg，速效钾158.03 mg/kg，总砷为5.214 mg/kg。实验所用AMF菌剂由德国阿蜜寇公司提供，孢子含量为7～10个/克。

1.2试验设计

实验采用随机区组设计，每处理重复3次，共2个处理。CK处理：不含AMF；AMF处理：施用AMF菌剂。

1.3盆栽培养

首先将实验用土风干，在121℃条件下灭菌25分钟。将Na2HaS04 7H20（50 mg/kg土壤）溶于1000 ml蒸馏水中，均匀喷洒到土壤上，将土壤完全混合、装盆，每个盆装土25 kg。将土壤培养60天，土壤水分维持在最大田间持水量，利于砷在土壤中的均匀分布。玉米籽粒用0.5%NaC10溶液灭菌，随后用蒸馏水洗涤，每盆种植5粒，然后将100 g菌剂均匀撒在玉米籽粒周围，最后用土覆盖。出苗后的第7天，每盆苗子定植为3颗。

1.4数据收集和分析方法

玉米出苗后的65天整株收获。根际土采集采用Wang和Zabowski方法；根部和地上部砷含量测定采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICPAES）；重金属的植物提取效率和生物富集因子采用以下公式计算：

提取效率（nag/g）一地上部重金属吸收量/根干重

生物富集因子一植株重金属含量/土壤中重金属含量

1.5統计分析

数据采用Excel 2016和SPSS进行统计分析，采用最小显著差异法（LSD）进行处理间差异性比较。

2结果与分析

2.1 AMF对玉米生物量的影响

从表1可以看出，AMF处理玉米的地上部、地下部以及整株生物量均明显高于对照处理，分别是对照处理的1.53倍、1.63倍和1.54倍。数据说明，AMF对玉米的生物量具有显著的促进作用。

2.2 AMF对玉米地上部和根部中砷浓度的影响

表2得知，AMF处理玉米的地上部As浓度明显低于对照，二者间差异显著。与地上部相反，AMF处理根部As浓度比对照增加了83%。数据说明，AMF施用对玉米不同部位As浓度产生截然不同的影响。

2.3AMF对玉米As提取效率和提取量的影响

AMF抑制了玉米对As的提取效率，与对照相比，AMF玉米As提取效率为对照的87.6%。

对玉米提取量而言，AMF呈现出明显的促进效果，As提取量为对照的2.97倍（表3）。

2.4AMF对玉米As生物富集因子的影响

AMF施用促进了玉米生物富集因子的提高，达到了0.1029%。与对照相比，AMF处理玉米的生物富集因子提高了155.33%。图1表明，AMF的施用利于玉米对重金属As的富集。

3讨论

研究结果表明，AMF促进了玉米生物量的提高，这与前人研究结果“AMF促进寄主对养分的吸收，进而提高寄主生物量”相一致。根是作物直接与重金属接触的器官，AMF处理玉米根中As浓度明显高于对照，可能是因为AMF预先启动了玉米体内的防护机制和提高了根部对As的耐受能力，抑制了重金属从根部向地上部转移。对照处理由于没有施用AMF，因此地上部As的浓度显著高于AMF处理。数据说明，AMF处理玉米对As的提取效率低于对照，主要是因为AMF促进了玉米生物量的增加，起到生长稀释的效果。虽然AMF处理玉米对As的提取效率低于对照，但由于AMF处理玉米的生物量明显高于对照，因此玉米对As的提取量达到对照的2.97倍。AMF处理玉米对As提取量的增加是导致生物富集因子升高的主要原因。

4结语

盆栽试验结果证实，AMF可促进玉米生物量的增加，对地上部As含量起到稀释作用，增强玉米根部对As的耐受能力，提高玉米对As的富集因子和对As的提取量。未来需要更多的实验来验证AMF的最佳施用剂量以及AMF用于重金属污染土壤修复所需要的时间和成本。