生态中心揭示丛枝菌根缓解植物铬毒害的机理

中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室陈保冬研究组近期在丛枝菌根缓解植物铬毒害机理研究方面取得新进展，相关研究结果在Environmental Science & Technology，Environmental Toxicology and Chemistry, Environmental and Experimental Botany，Journal of Hazardous Materials 等国际环境科学期刊上发表。

丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza, AM）真菌能与绝大多数的陆地高等植物形成共生体系，帮助植物适应养分贫瘠、干旱、重金属污染等各种逆境胁迫。然而，对于AM真菌在植物耐受铬污染胁迫中的作用却鲜有报道，相关机制研究更是匮乏。

陈保冬研究组开展了一系列试验对AM真菌在宿主植物适应铬污染中的作用及其机制进行了系统研究。发现菌根共生体系能强化根系对铬的固持作用，减少铬向地上部的分配从而降低铬对植物的毒害。对比不同磷添加水平和接种AM真菌对植物耐铬生长的影响，发现单独添加磷并不能达到菌根对植物所产生的积极效应，丛枝菌根在促进磷吸收的同时增强了根系对铬的固持能力，而根外菌丝在菌根固持铬中起着关键作用。利用AM真菌双重无菌培养体系，结合电镜（TEM-EDS）及质谱（ICP-MS）分析技术研究发现丛枝菌根根外菌丝能够通过主动运输方式吸收铬并转运至菌根根系，但同时将绝大多数铬固持在根外菌丝中。进一步利用光谱表征技术（XAFS）对铬的形态进行了分析，发现AM真菌能够将Cr(VI)还原成Cr(III)，并以磷酸铬类似物的形式固持在菌丝表面，而吸收进去的铬很可能以组氨酸结合态在菌丝中转运。通过SEM-EDS及光谱分析技术（STXM和XAFS）研究发现这些磷酸铬类似物为主的铬化合物主要分布于菌丝表面的类似于胞外聚合物（EPS）的颗粒物中，而在菌根内部铬主要与羧基或组氨酸结合态类似物相结合，并分布于真菌结构（丛枝、根内菌丝等）及植物细胞壁等部位。AM共生结构对Cr的转化与固持作用有效减少了铬向植物细胞的转运，减轻了铬对植物的毒害。

这些研究结果揭示了铬污染环境中菌根共生体系对植物的保护效应及其关键机制，同时也阐明了铬在菌根介导的植物-土壤系统中的生物地球化学过程，为应用菌根技术进行污染土壤生态修复提供了理论依据。

该系列研究得到了国家自然科学基金及国家科技支撑计划项目的支持。