两种野生食用菌对土壤重金属的富集特征研究

茶丽娟 ，周丹丹 *，冯鸿娟，赵淑媛，冯凯萍

1. 昆明理工大学环境科学与工程学院，云南 昆明 650500；2. 云南省土壤固碳与污染控制重点实验室，云南 昆明 650500

云南是我国野生食用菌产量和种类最多的地区之一（李泰辉等，2002），其自然资源量约 50万吨（云政发[2001]170号）。目前云南省可供大宗出口的野生食用菌有松茸、美味牛肝菌类、鸡枞菌、鸡油菌、块菌、竹荪、奶浆菌和珊瑚菌等数 10种（徐丹先等，2011）。野生食用菌不仅风味独特、肉质鲜嫩，而且含有丰富的营养成分（如蛋白质、氨基酸、维生素等）、药理活性成分（如活性多糖）以及矿物质（如K、Mg、Na、Fe、Ca等）（邢增涛等，2000；李丽等，2015），是一种被公认的健康食品（Koyyalamudi et al.，2013；Wang et al.，2014）。然而，现有研究表明大型真菌都具有较强的富集重金属的能力，且对富集重金属的能力远远超过绿色植物（Mandic et al.，1992）。许多野生食用菌种类都有较大浓度的重金属（如铅、镉、铁、铜、锰、锌、铬、镍、铝和汞）积累（García et al.，1998；Zhu et al.，2011）。有研究表明，野生食用菌对重金属富集能力不仅受野生菌菌种、菌株及菌株可食部分的影响（Mandic et al.，1992）还与土壤、水、空气等生长环境有关（Falandysz et al.，2014；杨天伟等，2016）。云南省矿产资源丰富、蕴藏量大（如云南省的锌、铜、铅等族矿产资源储量在全国位居前列）、分布广、种类丰富、开发利用程度高，但在开发利用中存在矿产资源利用方式粗放，给周边水、空气、土壤环境造成了不同程度的影响（顾济沧等，2010）。因此，云南野生食用菌重金属的富集研究应该全方面关注生长土壤环境，从非根际、根际土壤再到菌体。目前野生食用菌中重金属含量的调查研究较多，而对野生食用菌对土壤重金属的富集差异和根际效应的研究较少未见报道。因此本研究将对野生食用菌及其对应根际土壤、非根际土壤中重金属含量、有效态的相互关系进行研究。

本研究选用云南大理巍山常见且出口量较大的鸡枞菌和珊瑚菌作为研究对象。采用ICP-MS测定鸡枞菌和珊瑚菌中重金属含量以及两种野生菌生长的根际土壤和非根际土壤中重金属含量及重金属有效态含量，探讨野生食用菌对重金属的富集差异及根际效应。这将为分析野生食用菌重金属污染情况提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况与采样点位

研究区域位于云南省大理州巍山县，在大理白族自治州南部，地处 99°55′—100°25′E、24°56′—25°32′N 之间，属云岭横断山脉的南延部份，地处哀牢山和无量山北段地区，和大理点苍山遥遥相望，年平均降雨量804 mm，年日照总时数平均2188 h。海拔高度在1146—3037 m。冬季平均气温大于5 ℃，无积雪和冻土；夏季平均气温 21 ℃，无酷暑。温暖的气候，为境内的动植物生殖、繁衍提供了良好条件。有野生植物300多种，主要有云南松（Pinu syunnanensis）、华山松（Pinu sarmandii）、高山栲（Castanopsis delavayi）、兰花（Cymbidiumssp.）、菊花（Chrysanthemum）等。非常适合野生菌生长，出产鸡枞菌（Termitomyces albuminosus）、牛肝菌（Boletus）、鸡油菌（Cantharellus cibarius）、青头菌（Russula virescens）、松茸（Tricholoma matsutake）、黑木耳（Auricularia auricula）等。巍山县矿产资源主要有锑矿、铜矿、金矿、铁矿、铅锌矿、石膏矿等。土壤有棕色针叶林土、水稻土、石灰岩土等类型。本研究于2019年8月进行样品采集。采样点位基本情况见表1。

表1 采样点位基本情况表Table 1 Basic situation table of sampling points

1.2 供试样品

野生食用菌对生长环境有严格的要求（郑航，2017），因而供试样品采集只能采取随机布点的方式，随机布设采集2种野生食用菌（鸡枞菌和珊瑚菌样品）共计6个采样点，采样点分布图如图1所示。在野生食用菌生长地方，将其枯枝落叶整理完后，轻轻将菌子拨倒或是铲出，采集其样品。鸡枞菌和珊瑚菌采集后刮去泥土、砂石、枯枝等杂物，用自来水清洗干净，再用超纯水漂洗，于 50 ℃烘干，粉碎过80目塑料筛盘，用自封袋保存、备用。

图1 采样点分布图Fig. 1 Distribution of sample points

沿着菌丝或者是菌根的地方取菌子的根际土壤。同时，在对应出菌地点旁未出野生食用菌的地方取其未长野生菌的非根际土壤。所有土壤样品带回实验室，剔除碎石、杂物等，在通风避光的室内自然风干。将风干的样品捣碎研磨后过100目筛，储存于棕色玻璃瓶中备用。

1.3 测定方法

鸡枞菌和珊瑚菌重金属元素（Cu、Zn、Cd、Pb）含量采用 HNO3-H2O2微波消解法，并利用ICP-MS（PE350x）进行测定（解楠等，2012）；土壤重金属元素（Cu、Zn、Cd、Pb）及其有效态含量分别采用HNO3-HF-H2O2微波消解法（袁静，2012）和二乙三胺五醋酸一三乙醇胺（DTPA-CaCl2-TEA）法（HJ 804—2016），并利用ICP-MS（PE350x）进行测定。

采用1%（V/V）硝酸介质配制不同浓度的标准系列溶液，与样品消解溶液和空白溶液分别上机测量。标准系列的浓度分别为：0.0、0.2、1、10、20、50、100 µg·L−1。在线加入 100 µg·L−1銠做内标消除质谱干扰及其它物理干扰，由仪器自动绘制标准曲线，根据标准曲线计算样品溶液中重金属离子的浓度，从而得到菌及土壤样品中重金属元素的含量。

所有样品在分析测定过程中，均设置标准样品、空白试样和重复试样，确保数据的真实可靠。

1.4 富集系数

富集系数是指食用菌的元素含量与生长土壤中元素含量之比。BCF计算公式如下（Malinowska et al.，2004）：

式中：

wc,s——菌盖（C）或菌柄（S）中重金属的平均质量分数（mg·kg−1），以干质量计；

wso——土壤中重金属的质量分数（mg·kg−1），以干质量计。

1.5 数据处理

实验数据采用Microsoft Excel 2013进行处理，用 SPSS 20.0统计分析软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA），并且用Ducan法进行多重比较。显著性水平P取0.05。实验作图采用Microsoft Excel 2013。数据相关性分析采用SPSS 20.0进行。

2 结果与讨论

2.1 重金属在野生菌根际/非根际土壤界面中的迁移

两种野生食用菌根际与非根际土壤中重金属总量的比值见图 2。两种野生食用菌根际与非根际土壤中重金属总量的比值大于 1，这可能是因为野生食用菌分泌的化学物质，改变了根际微环境（Fernández-Fueyo et al.，2016；刘朋虎等，2017）。与非根际土壤相比，根际土壤内营养较为丰富，细胞脱落物与根系分泌物为根际微生物提供丰富碳源等营养物质，此外，在外界环境的刺激下，可能会引起根际效应进而刺激微生物活动，导致土壤酶活性较高且微生物活动较为频繁（程扬等，2018；刘京伟等，2020；高文慧等，2021）。从而，增加了根际土壤重金属的富集，如根际微生物可以通过吸附、吸收、氧化还原、分泌有机物等方式积累重金属离子（阎晓明等，2002）。

图2 两种野生食用菌对应根际土壤和非根际土壤中重金属总量的比值Fig. 2 Two kinds of wild edible fungi correspond to the ratio of total heavy metals in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil

在鸡枞菌根际/非根际土壤中重金属含量比值高低顺序为：Cd>Pb>Zn>Cu。珊瑚菌根际/非根际土壤中重金属含量比值高低顺序为：Zn>Cd> Pb>Cu。重金属在菌根际与非根际土壤中重金属总量的比值均大于1，其原因有两方面：其一，这可能是菌根际对根际土壤中的养分和重金属含量需求利用较高，这也导致了菌根际土壤养分和重金属含量在一定程度上要高于非根际的（Barch et al.，1978；Ma et al.，2005）。其二，野生食用菌分泌的化学物质，改变了根际微环境，增加了根际土壤重金属的富集。比如，根际微生物可以通过吸附、吸收、氧化还原、分泌有机物等方式积累重金属离子（Posta et al.，1994）。食用菌分泌胞外酶（徐柯，2011）。当酶遇到重金属时，重金属与底物竞争，重金属同时进入，与底物结合形成“酶-重金属-底物”的络合物（Mulligan et al.，1999）。不同菌体所分泌的物质不一样（Harley et al.，1983），导致重金属元素总量根际/非根际大小顺序不一样。分泌的粘胶物质与根际中的 Pb2+、Cu2+和Cd2+等重金属离子络合，形成稳定的螯合体，将污染物稳定在污染土壤中（Cunninngham，1995）。

重金属在不同菌体根际/非根际土壤中含量的比值情况见图2，Zn在不同菌体根际/非根际土壤中含量的比值为鸡枞菌<珊瑚菌，Cu、Cd和Pb在不同菌体根际/非根际土壤中含量的比值为鸡枞菌>珊瑚菌。这可能是由于 Zn与蛋白质结合时主要是与柠檬酸基、半胱氨酸基、组氨酸基等基团相结合（刘剑飞等，2011），而含有这3种氨基酸的珊瑚菌（窦晓兰，2013）对 Zn的富集能力要比鸡枞菌高。还有，鸡枞在生长过程中，冲破土壤时，为减缓土壤阻力，菌盖表面分泌粘液（张玉金，2012），粘液与重金属元素发生络合（Cunninngham，1995）。鸡枞菌分泌木质素酶间接分解纤维素，帮助白蚁降解草料（如：枯枝、落叶、干草等），同时菌圃也是白蚁栖息的场所（Johnson et al.，1981），通过对5种白蚁共生鸡枞菌的分析，共发现19种具有活性的酶（张玉金，2012）。酶与土壤发生界面反应，影响土壤重金属的归趋（李艳等，2018）。鸡枞菌在生长过程中存在跨巢传播，鸡枞菌的跨巢传播主要是指鸡枞菌以某种方式传播到具有共生潜力的白蚁新筑蚁巢内，并与之建立共生关系的一个过程（张玉金，2012）。白蚁在流动过程中，导致重金属的流动。珊瑚菌繁衍生栖于阔叶林、针叶林或者针、阔叶混交林不同的植被类型的森林生态环境。它们生于林下的土壤，且与树木形成外生菌根。地生，常生于苔藓或腐殖质中，很少生于腐木上。

2.2 野生菌根际/非根际土壤中重金属有效态含量的变化

根际与非根际土壤中重金属有效态比值见图3。根际与非根际土壤中重金属有效态比值总体上大于 1，这可能是由于真菌菌丝体及其分泌化感物质对金属具有较强的活化能力所致。同时也有研究发现，与非根际土壤相比，食用菌生长根际土壤的CEC、速效磷含量增加（茶丽娟等，2020）。鸡枞菌根际土壤中Zn有效态与非根际土壤中Zn有效态的比值小于1，这说明鸡枞菌根际土壤中的Zn被钝化了，可能与鸡枞菌生长环境有关，Zn2+可以与某些真菌表面的磷酰基和羧基形成络合物（刘瑞霞等，2002）。

图3 两种野生食用菌对应根际土壤和非根际土壤中重金属有效态的比值Fig. 3 Two kinds of wild edible fungi correspond to the ratio of available heavy metals in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil

2.3 重金属在野生食用菌中的富集性

2.3.1 野生食用菌的富集系数

富集系数是野生食用菌对重金属元素富集能力的指标，可以反映野生食用菌与生长土壤的关系及元素的迁移难易程度。

鸡枞菌和珊瑚菌对土壤中重金属富集系数见图4。

图4 两种野生食用菌对Cu、Zn、Cd、Pb的富集系数Fig. 4 Bioaccumlation factor of two wild edible fungi to Cu, Zn, Cd and Pb

鸡枞菌对Cd、Cu、Zn的BCF大于1，说明鸡枞菌对Cd、Cu、Zn富集能力较强。然而，珊瑚菌对Cd、Cu、Zn的BCF小于1，说明珊瑚菌对Cd、Cu、Zn、Pb富集能力较弱。由此可见，鸡枞菌与珊瑚菌对土壤重金属的富集存在差异。鸡枞菌对重金属的富集能力Cd>Cu≈Zn>Pb，这与雷敬敷等研究一致，食用菌对重金属的富集能力为Cd>Cu≈Zn>Pb（雷敬敷等，1990）。这可能是金属离子进入细胞内与金属硫蛋白结合（Gadd，1993；张晓柠，2006），而多数的金属硫蛋白都是由金属离子诱导产生的，如Cd2+、Cu2+、Zn2+具有较强的诱导能力（Reddy et al.，1990），加强了富集能力。鸡枞菌和珊瑚菌对Pb的富集系数范围在0.0002—0.085之间，说明鸡枞菌和珊瑚菌中Pb的含量明显低于根际土壤中Pb的含量。

综上，野生食用菌对重金属的富集能力不仅与菌种有关，也与重金属种类有密切关系。食用菌具有富集金属的能力，但在相同环境下，不同种类食用菌对金属的富集能力存在一定差异（刘剑飞等，2011）。

2.3.2 野生食用菌重金属含量与根际土壤重金属总量的关系

鸡枞菌、珊瑚菌重金属含量与根际土壤重金属总量的相关系数分别见表2、3。鸡枞菌中的重金属含量与根际土壤中的重金属总量无显著相关性，这可能是鸡枞菌与白蚁共生，鸡枞菌的重金属含量与白蚁菌圃中含量密切相关。鸡枞菌中的Cd和Pb高含量可能与它的生物习性有关，鸡枞菌与白蚁共生，鸡枞菌的Cd、Pb含量与白蚁菌圃中的这2类金属含量密切相关（黄晨阳等，2010），黄瑞松等研究结果表明（黄瑞松等，2006），12批土垅大白蚁菌圃 Cd含量为 0.11—0.40 mg·kg−1，Pb 含量为6.0—19.1 mg·kg−1，较土壤的自然本底值高出很多。珊瑚菌中的Cu与根际土壤中的Cu呈显著正相关。由上可知，珊瑚菌对重金属的富集量与相应的生长土壤中的重金属总量有密切关系。

表2 鸡枞菌重金属含量与根际土壤重金属总量的相关系数Table 2 Correlation coefficients between the content of heavy metals in Termitomyces albuminosus and the total amount of heavy metals in rhizosphere soil

表3 珊瑚菌重金属含量与根际土壤重金属总量的相关系数Table 3 Correlation coefficients between the content of heavy metals in Ramaria botrytoides and the total amount of heavy metals in rhizosphere soil

3 结论

（1）鸡枞菌、珊瑚菌根际土壤中重金属元素（Cu、Zn、Cd、Pb）总量与非根际中的总量比值大于1；

（2）除鸡枞菌根际土壤中 Zn有效态与非根际土壤中Zn有效态的比值小于1，鸡枞菌、珊瑚菌根际土壤中其余3种重金属元素有效态与非根际中的有效态比值大于1；

（3）鸡枞菌对Cd、Cu、Zn的BCF大于1，而珊瑚菌对Cd、Cu、Zn的BCF小于1；鸡枞菌和珊瑚菌对Cd、Cu和 Zn的富集能力存在差异；野生食用菌对重金属的富集能力不仅与菌种有关，也与重金属种类有密切关系，野生食用菌对重金属的富集量与相应的生长土壤中的重金属总量有密切关系，鸡枞菌对重金属富集与根际土壤重金属含量无显著相关性，珊瑚菌对Cu的富集与根际土壤中的Cu呈显著正相关。