丛枝菌根对土壤-植物系统中重金属迁移转化的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一类在自然和农业生态系统中广泛存在并能与多数陆生植物形成共生关系的土壤真菌,在重金属污染土壤中对宿主植物的生长及吸收累积重金属具有重要影响,因而对污染土壤的生物修复具有潜在应用价值。以重金属从根际土壤进入植物并在植物体内再分配过程为主线,介绍丛枝菌根在这一过程中对重金属环境行为,特别是根际土壤中重金属赋存形态及植物吸收重金属的影响。最后,对丛枝菌根影响植物重金属耐性机制研究前沿和菌根修复技术的应用前景进行展望。     

菌根技术在重金属污染修复中的研究与展望

菌根技术作为一种生物新技术对于重金属污染土壤的生物修复正在为全球环境工作者所关注。在土壤中菌根及其庞大的菌丝体网可以分泌大量的生物化学物质，改变植物根际环境及重金属的存在状态或降低重金属的毒性；还可以通过在植物体内的累积以及菌根真菌菌丝体的螯合等各种机制，实现对重金属的提取和固定，达到菌根重金属修复的目的。文章通过讨论菌根植物对重金属修复的作用机制，提出今后菌根技术在重金属植物修复中的新思路；认为应在通过广泛调查、筛选超积累菌根植物的基础上，不断探索植物一微生物一菌根体系修复问题，同时认为应将基因工程引入菌根植物的重金属修复研究中，以促进土壤重金属污染的生物修复。     

丛枝菌根真菌对紫花苜蓿与黑麦草修复多环芳烃污染土壤的影响

通过温室盆栽试验,研究接种土著与外源丛枝菌根(AM)真菌对紫花苜蓿与黑麦草修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的影响.结果表明,接种外源AM真菌--苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)36号能够显著提高紫花苜蓿和黑麦草的AM真菌侵染率并促进植物生长,而接种土著菌剂或土著菌剂与36号菌剂双接种对AM真菌侵染和植物生长无促进作用,甚至降低了黑麦草苗期的AM真菌侵染率.种植紫花苜蓿和黑麦草促进了土壤中PAHs的降解,这2种植物接种36号菌剂的处理60天时土壤PAHs降解率分别达42.3%和41.1%,说明36号菌剂可以显著提高植物修复效率,而接种土著菌剂对修复作用无显著影响,土著菌剂与36号菌剂双接种对紫花苜蓿的修复效果也无显著影响,但60天时显著提高黑麦草的修复效率.土壤中PAHs降解率与植物根系的AM真菌侵染率呈显著正相关关系(P<0.05),表明AM真菌侵染可以提高紫花苜蓿与黑麦草对PAHs污染土壤的修复效率.     

滇重楼与丛枝菌根的共生对重金属元素吸收的影响

通过室温盆栽接种试验,研究在灭菌土壤中,不同丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌处理对滇重楼生长过程中根际土壤和药材中5种重金属(Cd、Hg、As、Cu、Pb)吸收累积的影响.结果表明,与对照组(CK组)相比,人工栽培条件下接种28种不同AM真菌,滇重楼根际土壤及其对应药材中5种重金属残留量差异显著,不同重金属在滇重楼生长不同时期含量变化的差异较大,具体影响效果不同.除Spe、Asc、Asp处理组果熟期的根际土壤Cd元素含量超标外,其余处理组根际土壤及其对应药材均低于国家限量标准.同时,28种AM真菌对滇重楼根茎5种重金属元素的富集能力存在显著差异,滇重楼对Cd、Hg、As、Cu具有较强的生物积累作用,但均显著低于超富集植物的临界含量标准(1000 mg·kg~(-1)).对不同AM真菌处理组滇重楼栽培土壤重金属残留量进行风险评估及分级发现,土壤尚处于"无污染"状态,但有个别处理组的Cd已接近轻微污染.实验结果表明,人工接种AM真菌能保证滇重楼根茎重金属残留量在安全范围内,为推动滇重楼绿色种植建设开辟一条新的途径,但在大田栽培时应根据实际情况,选择合适的AM真菌菌株与滇重楼进行共生栽培,应重视滇重楼自身特性对重金属吸收和累积的影响.     

丛枝菌根对盐胁迫的响应及其与宿主植物的互作

丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizae Fungi,AMF)作为陆地生态系统的组成部分之一,在促进宿主植物对土壤养分和水分的吸收、提高植物生物量生产、调节种群和群落的结构、维持生态系统的稳定性等方面发挥了重要作用。其中,盐渍化是自然生态系统中广泛存在的一种胁迫生境条件,全球盐渍化土地约占耕地总面积的10%,因而探讨AM菌根在此胁迫生境下对宿主植物生长的影响具有重要意义。从以下几个方面,围绕盐胁迫条件、AM菌根和宿主植物三者之间的关系对当前国际上相关领域的研究进展进行了综述:1)AM真菌对盐胁迫的响应,包括菌根共生体形成、菌根侵染率、AM真菌的分布、菌丝体生长发育、孢子的形成和分布等;2)盐胁迫条件下AM菌根对宿主植物的效应,包括AM菌根促进宿主植物对P、N等元素的吸收、降低植物体内Na 的含量、提高光合作用能力,进而提高植物的生物量和对植物的群落结构产生影响等;3)AM菌根提高宿主植物耐盐性的机理,分别从植物根系形态的改变、水分吸收能力的加强、细胞内营养物质的平衡,以及细胞生理代谢的调节等方面对AM菌根促进植物抗盐性的机理进行了剖析。     

桑树(Morus alba)与丛枝菌根的共生对重金属元素吸收的影响

桑树(Morus alba)可与丛枝菌根(AM)真菌形成互利共生体,丛枝菌根真菌能对桑树的重金属元素吸收产生积极的响应。然而,这种响应随环境条件的变化而有所不同。贵州荔波和黄平两地种植养蚕桑树,提高桑叶质量对养蚕业具有重要意义。荔波和黄平两地均处于喀斯特地区,土壤pH因石灰岩和砂岩交叉分布而有所差异。本文将揭示土壤因素是如何影响桑树与丛枝菌根真菌互利共生体的形成从而影响桑树对重金属元素的吸收。实验结果表明,荔波桑地平均土壤pH(4.92±1.03)明显低于黄平(5.96±1.08)。土壤酸性直接影响AM真菌的分布,荔波的偏酸性土壤环境有利于真菌生长,且有利于桑树与丛枝菌根真菌共生关系的形成。此外,偏酸性土壤条件有利于增加重金属元素的生物可利用性,从而加强植物体对重金属元素的吸收,包括有毒元素Cd。与黄平相比,生长在荔波的桑树叶片具有较高含量的重金属元素。荔波桑树叶片中的糖类含量明显低于黄平的,分别为(67±27)mg·g-1、(105±57)mg·g-1;而荔波桑树根系中的糖类含量明显高于黄平,分别为(125±43)mg·g-1、(91±43)mg·g-1。该结果说明,与黄平(具有较高的土壤pH)相比,荔波(具有较低的土壤pH)桑树叶片中的光合作用产物将更多地被输入到桑树的根系中。真菌是专性共生物,如果没有植物所供给的光合产物,真菌就不能生存。根系分泌物的另一个重要作用是溶解重金属,使它们具有较强的移动能力,以便被宿主植物所吸收。这就解释了为什么在较低土壤pH环境条件下生长的桑树的叶片含有较高含量的重金属元素。因此,菌根植物根系的分泌作用是一个非常重要的过程。尽管桑树具有耐干旱贫瘠的能力,且能够适应于喀斯特环境,但桑树喜好的是环境仍是偏酸性且养分充足的土壤。     

腐殖质改良植物修复重金属污染土壤的研究进展

腐殖质(HS)是土壤有机质的重要组分,广泛应用于土壤改良。通过文献调研,在综述HS对土壤重金属的作用及其机制基础上,分析了HS在植物修复重金属污染土壤领域的应用潜力。已有研究表明:(1)大分子胡敏素(HM)和胡敏酸(HA)可钝化重金属离子,降低重金属对植物的毒害作用,小分子富里酸(FA)则可促进重金属从植物地下部向地上部迁移;(2)除受土壤理化性质影响外,HS与重金属离子的结合主要受HS的pH、溶液离子强度、分子量大小和活性官能团数量等条件影响;(3)叶面喷施HS可以抑制重金属向植物体内运输,保护光合系统不受重金属危害;土壤添加低浓度HS可以促进重金属转运,高浓度HS则会对植物产生负面效应;(4)根据HS与重金属作用下的生态毒理学效应、土柱淋溶效果和植物生长发育评估结果,认为HS不会产生次生环境风险。因此,HS可以作为重金属污染土壤植物修复的环境友好型促进剂,扩大重金属污染土壤植物修复的应用范围。     

桑树（Morusalba）与丛枝菌根的共生对重金属元素吸收的影响

桑树（Morus alba）可与丛枝菌根（AM）真菌形成互利共生体,丛枝菌根真菌能对桑树的重金属元素吸收产生积极的响应。然而,这种响应随环境条件的变化而有所不同。贵州荔波和黄平两地种植养蚕桑树,提高桑叶质量对养蚕业具有重要意义。荔波和黄平两地均处于喀斯特地区,土壤pH因石灰岩和砂岩交叉分布而有所差异。本文将揭示土壤因素是如何影响桑树与丛枝菌根真菌互利共生体的形成从而影响桑树对重金属元素的吸收。实验结果表明,荔波桑地平均土壤 pH （4.92±1.03）明显低于黄平（5.96±1.08）。土壤酸性直接影响 AM 真菌的分布,荔波的偏酸性土壤环境有利于真菌生长,且有利于桑树与丛枝菌根真菌共生关系的形成。此外,偏酸性土壤条件有利于增加重金属元素的生物可利用性,从而加强植物体对重金属元素的吸收,包括有毒元素 Cd。与黄平相比,生长在荔波的桑树叶片具有较高含量的重金属元素。荔波桑树叶片中的糖类含量明显低于黄平的,分别为（67±27）mg·g-1、（105±57）mg·g-1;而荔波桑树根系中的糖类含量明显高于黄平,分别为（125±43）mg·g-1、（91±43）mg·g-1。该结果说明,与黄平（具有较高的土壤pH）相比,荔波（具有较低的土壤pH）桑树叶片中的光合作用产物将更多地被输入到桑树的根系中。真菌是专性共生物,如果没有植物所供给的光合产物,真菌就不能生存。根系分泌物的另一个重要作用是溶解重金属,使它们具有较强的移动能力,以便被宿主植物所吸收。这就解释了为什么在较低土壤pH环境条件下生长的桑树的叶片含有较高含量的重金属元素。因此,菌根植物根系的分泌作用是一个非常重要的过程。尽管桑树具有耐干旱贫瘠的能力,且能够适应于喀斯特环境,但桑树喜好的是环境仍是偏酸性且养分充足的土壤。     

广西典型高砷区蜈蚣草根围丛枝菌根真菌多样性研究

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AM真菌)在提高超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata L.)修复砷污染土壤方面具有巨大的应用潜力,但是中国砷污染地区的AM真菌的分布和资源调查还不够全面。为探明砷污染地区AM真菌的多样性状况,采用野外调查和室内分析相结合的方法,通过形态学特征分离鉴定AM真菌种属,对广西南丹县高砷矿区及周边地区蜈蚣草根围土壤中AM真菌的多样性及群落组成进行调查研究。结果表明,不同程度砷污染土壤中生长的蜈蚣草均能被AM真菌侵染,随着砷浓度的增加物种多样性总体呈下降趋势。无污染土壤中的AM真菌侵染率和孢子密度主要受土壤磷和海拔的影响。低磷促进孢子萌发和菌丝生长,从而提高侵染率,而海拔升高会导致孢子密度降低。但随着土壤砷污染水平的增加,砷浓度逐渐成为主要影响因子,使侵染率上升,孢子密度下降。孢子密度和物种丰富的变化趋势一致。鉴定出4属10种AM真菌,其中7种属于球囊霉属(Glomus),近明囊霉属(Claroideoglomus)、管柄囊霉属(Funneliformis)和盾巨孢囊霉属(Scutellospora)各1种,球囊霉属是该调查区域的优势属。AM真菌孢子的形态直接影响其适应能力,颜色深、表面网纹间隔致密的AM真菌抗逆性更好,近明球囊霉(C.claroidem)、团集球囊霉(G.glomerulatum)和地表球囊霉(G.versiforme)等适应性较强的菌种分离频度达到了100%,相对丰度也较高。研究结果将会对砷污染地区AM真菌优良菌株的筛选及超富集植物-AM真菌联合修复重金属污染土壤提供有益的指导。     

丛枝菌根真菌对采煤塌陷复垦土壤磷形态和玉米吸磷量的影响

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌用于退化农林生态系统的生物修复研究是当今生态及环境科学领域的热点问题.许多研究表明AM真菌促进植物对土壤磷的吸收利用,为了解不同的AM真菌对土壤磷形态及其转化规律的影响,通过盆栽试验以不接种处理为对照,分别接种幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum,Ce)、摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae,Mo)、根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)3种AM真菌,通过连续种植两茬玉米(2015-2016年)后测定AM真菌侵染率、玉米磷素吸收和土壤磷素形态的变化.结果表明:(1)接种3种AM真菌均成功侵染玉米根系,两茬玉米根系AM真菌侵染率顺序均为Ce≥Mo≥Ri,第二茬侵染率(38.3%-68.8%)较第一茬(14.5%-32.5%)有所提高;(2)随着AM真菌的侵染,接种处理显著提高了玉米磷素吸收,提高幅度达25.5%-82.0%;(3)接种3种AM真菌均显著提高了土壤活性态无机磷(H_2O-Pi、NaHCO_3-Pi)和中等活性无机磷(NaOH-Pi)含量;而土壤中度稳定态磷(HCl-P)和稳定态磷(Residue-P)含量不受影响;接种Mo和Ce对土壤NaHCO_3-Pi含量提高最显著,分别提高了141.02%和88.47%,其次为Ri(43.12%);(4)接种Mo和Ri显著提高了土壤中等活性态无机磷(NaOH-Pi)的含量,分别比CK提高了36.15%和18.82%.总之,接种不同AM真菌均能提高根系侵染率、磷素吸收以及促进土壤磷素活性态、中等活性态无机磷(H_2O-Pi、NaHCO_3-Pi、NaOH-Pi)的转化,提高了土壤磷素的生物有效性,其中接种Ce和Mo能够更好地促进土壤中的磷素向植物可供利用的形态转化,提高植株吸磷量,是适合该矿区土壤的经济高效菌种.(表2参33)     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

利用美洲商陆修复锰尾渣污染土壤对后茬植物的影响

采用盆栽法研究用锰超富集植物美洲商陆(Phytolacca americana)修复锰尾渣污染土壤对后茬植物大豆(Glycine max)和绿豆(Phaseolus radiatus)的影响.经美洲商陆修复锰尾渣污染土壤后,后茬植物大豆和绿豆的镉、铅、锌和锰含量降低,污染土壤的毒性减弱,有利于这2种植物生长.经美洲商陆修复2～3 a,可显著减弱污染土壤对大豆的毒性.由此可见,在经美洲商陆修复的污染土壤上栽培大豆,可以增加含氮量,促进其他植物生长,从而维持锰尾渣污染区植被持续发展.     

基因工程改良植物对重金属污染土壤的修复

利用基因工程改良植物，调整植物吸收、运输和富集重金属的能力以及它们对重金属的耐受性，开拓了植物修复的新领域。到目前为止，已有成功改变这些特性的少数例子。例如，汞离子还原酶可以改善植物抵抗力和提取能力，金属巯基蛋白可增强植物对镉的耐受力，铁还原酶和铁蛋白可增加植物对铁的吸收量。文章综述和讨论了这方面的研究进展及方向。     

菌根在污染土壤生物修复中的作用

菌根是土壤真菌 -植物根系形成的共生体 ,广泛存在于自然界中 ,它能增强植物的吸收能力 ,改善植物的生长 ,提高植株的抗逆能力和耐受能力等。所以 ,菌根化植物可作为很好的生物修复载体。本文主要从无机、有机以及放射性污染 3方面对国内外关于菌根在污染土壤生物修复中的作用进行了综述     

云南会泽废弃铅锌矿区植物丛枝菌根和深色有隔内生真菌研究

用碱解离、酸性品红染色法对云南省会泽县者海镇废弃铅锌矿区的17科21种植物的丛枝菌根状况进行了调查,结果发现,15种植物形成典型的丛枝菌根,占所调查植物的71%;2种植物不确定是否形成丛枝菌根,占所调查植物的10%;4种植物没有形成丛枝菌根,占所调查植物的19%.用湿筛沉淀法从这些植物根际土壤中共分离鉴定出了4属20种丛枝菌根真菌(AMF),即无梗囊霉属(Acaulospora)4种,球囊霉属(Glomus)14种,巨孢囊霉属(Gigaspo-ra)1种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)1种;其中,球囊霉属分离频率为77%,是样地的优势属.在AMF中,疣突球囊霉(G.verruculosum)分离频率最高,在20种植物的根际土中都有发现;此外,聚生球囊霉(G.fasciculatum)的相对多度最大,为56%,具有最强的产孢能力.同时,在13种植物的根中发现了深色有隔内生真菌(DSE),占调查植物的62%,其中,10种植物同时被DSE和AMF感染.本调查研究表明,AMF和DSE能普遍存在于Pb、Zn重金属污染土壤中.     

植物吸收修复对土壤镍及其主要化学性质的影响

采用室内盆栽试验方法,研究了外源镍污染土壤的植物吸收修复对土壤镍形态和土壤主要化学性质的影响。试验用水稻土添加NiSO4·6H2O(100～1600mgkg-1)经过12周的驯化培养后,种植了镍超累积植物Alyssu mmurale,110 d后收获植物并进行了试验土壤镍的形态和主要化学性质的分析,采用再分配系数和结合强度系数对植物修复效果进行了定量分析。结果表明,根区土壤中DTPA提取态镍的数量明显减少,根区土壤DTPA-Ni与非根区土壤DTPA-Ni之比的范围在0.33～0.61之间。每盆植物提取镍量为6.61～31.18mg,植物提取量随着添加镍量增加而增加,地上部分最大镍含量达到12454.1mgkg-1。根区的再分配系数在2.17～4.19之间,而非根区的再分配系数在6.87～15.91之间,再分配系数随着镍添加量的增加而增大;根区的结合强度系数为0.84～0.39,而非根区的则为0.88～0.26,随着土壤中镍添加量的增加,结合强度系数逐渐减小。植物吸收修复后,根区土壤镍的再分配系数降低、结合强度系数增大,表明土壤镍各形态之间的稳定性增加,因此植物修复可以加快外源镍在土壤中的稳定。试验结果也表明,根区土壤中pH随着镍添加量的增加呈下降趋势、但较非根区土壤的高;根区土壤有机碳亦较非根区的高。     

开阳磷矿10种木本植物叶片重金属富集特征

植物对重金属具有一定的吸附能力,植物修复是生态修复不可或缺的一部分,利用植物减缓和治理重金属污染具有重要意义.选取开阳磷矿马路坪矿区生命周期较长的木本植物及其土壤作为研究对象,探究木本植物受Cu、Zn、Pb、Cd、As等5种重金属污染土壤的效应,对植物重金属含量及其富集特性进行研究分析,筛选出累积重金属的植物,作为矿区...     

Increase of multi-metal tolerance of three leguminous plants by arbuscular mycorrhizal fungi colonization

A greenhouse pot experiment was conducted to investigate the effects of the colonization of arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) Glomus mosseae on the growth and metal uptake of three leguminous plants (Sesbania rostrata, Sesbania cannabina, Medicago sativa) grown in multi-metal contaminated soil. AMF colonization increased the growth of the legumes, indicating that AMF colonization increased the plant’s resistance to heavy metals. It also significantly stimulated the formation of root nodules and increased the N and P uptake of all of the tested leguminous plants, which might be one of the tolerance mechanisms conferred by AMF. Compared with the control, colonization by G. mosseae decreased the concentration of metals, such as Cu, in the shoots of the three legumes, indicating that the decreased heavy metals uptake and growth dilution were induced by AMF treatment, thereby reducing the heavy metal toxicity to the plants. The root/shoot ratios of Cu in the three legumes and Zn in M. sativa were significantly increased (P < 0.05) with AMF colonization, indicating that heavy metals were immobilized by the mycorrhiza and the heavy metal translocations to the shoot were decreased.