丛枝菌根对阿特拉津污染土壤修复机制研究

Atrazine is one of the most widely used herbicides in northern China. Long-term residuals of atrazine has phytotoxic effects on the succeeding crops and can pollute the groundwater, putting human health and natural environment in danger. Its pollution prevention and control have attracted wide attention from the academia and the public. Previously the applicant has conducted research about Atrazine-contaminated soil remediation using arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), and discovered a more efficient AMF to degrade atrazine. In this project,using a compartmentation co-curture system, we expect to thoroughly reveal how AMF repair atrazine-contaminated soil.The goals includefindingthe effects of AMF on rhizosphere micro-organisms, the pathway and metabolites of AM degrading atrazine, the degradation activities of mycorrhiza exudates on atrazine, and the atrazine degradation gene cloning of AM and their activaties analysis,etc. Most importantly, we expect to obtain a high performance AMF strain for atrazine-contaminated soil bioremediation, which will have practical significance for controlling farmland pollution and food security production, ecological environment protection, and promotion of the economic development of Heilongjiang province. Furthermore, cloning atrazine degradation genes of AMF will provide a basis for the genetic engineering of fungus strains for atrazine degradation enzyme agent production.

阿特拉津是我国大量使用除草剂之一，因其残留期较长，对后茬作物产生药害，污染地下水，对人类健康及自然环境构成一定的威胁，已经引起学术界和公众对其广泛的关注。申请者前期开展了利用丛枝菌根真菌(AMF)修复阿特拉津污染土壤的研究工作，从黑龙江省受阿特拉津污染较为严重的农田土壤中分离获得 6株AMF。本项目利用分室隔网共生培养体系，从高效降解阿特拉津AMF菌株筛选、AMF对根际微域影响因素、丛枝菌根及菌丝体对阿特拉津降解途径及代谢产物、菌根系分泌物对阿特拉津降解作用以及丛枝菌根对阿特拉津降解酶基因克隆和功能分析等内容开展深入研究，以其揭示AMF对阿特拉津污染土壤的修复机制。预期研究成果可获得对阿特拉津污染土壤进行高效修复的AMF并明确其作用机制，这将对控制农田污染、保障粮食生产安全具有重要的现实意义；通过对丛枝菌根降解阿特拉津基因的研究，为降解阿特拉津工程菌株构建及降解酶制剂的研究奠定理论基础。

阿特拉津是我国大量使用的除草剂之一，因其残留期较长，对后茬作物产生药害，污染地下水，对人类健康及自然环境构成一定的威胁，已经引起人们的普遍关注。丛枝菌根真菌（AMF）是土壤中普遍存在并能与90％以上有花植物建立共生关系，且具有重要生态功能（提高植物生物量、抗逆性，促进物质循化等）的一类真菌。项目的主要内容是利用AMF对阿特拉津污染土壤进行修复，揭示菌根共生体对阿特拉津降解机理。取得的成果主要体现在：明确了黑龙江省农田阿特拉津残留土壤AMF的多样性及优势菌株，并对优势菌株单孢扩繁制成菌剂；首次揭示了阿特拉津促进G. mosseae对宿主植物苜蓿的侵染；进一步证明了AMF对土壤中阿特拉津的降解具有重要的作用；首次揭示了AMF提高了土壤酶活并促进了阿特拉津的降解；揭示了AMF通过改变宿主植物生理特性而提高对阿特拉津的胁迫能力；首次从代谢组学水平揭示了植物-AMF共生体系降解阿特拉津的作用机理及阿特拉津降解的中间产物；首次基于转录组测序技术揭示了AMF与紫花苜蓿共生体中参与阿特拉津降解的相关基因；首次基于蛋白质组学技术（iTRAQ）揭示了AMF与苜蓿共生体中参与阿特拉津降解和胁迫应答蛋白。项目深入系统地揭示了丛枝菌根对阿特拉津污染土壤的修复机制，该成果对利用AMF修复有机农药污染土壤研究提供了重要的理论基础；项目已经发表文章7篇，申报国家发明专利3项，培养青年学术骨干4人，培养硕士研究生4人。同时，项目以筛选获得的高效降解阿特拉津的AMF菌株研制成AM菌剂，通过室内及田间试验表明，其不但具有较强的降解阿特拉津的能力，同时对作物具有很好的促进生长作用，并提高其抗逆能力，具有重要的应用价值。