AM真菌对锑在土壤-植物系统中迁移转化的作用机理

The environment behavior of antimony, especially the transformation mechanism in soil-plant system, is still unclear. The mechanism about plant how to absorb and transfer antimony still stay in the level of inference and hypothesis, then it also become one of the bottlenecks about how to apply the restriction phytoremediation technology to antimony pollution soil. Studies found that mycorrhizal plants can enrich a lot of antimony, our field survey results in the early period also shows that antimony content in plant in positive correlation with the AM fungi infection rate. So we estimate AM fungi plays an important role in the uptake of antimony by plants, but the effect and mechanism are still not clear.This project intends to illustrate the effect of fungi AM, which is resistant to antimony, on the adsorption and accumulation of antimony to antimony-enrichment plant ramie through the indoor inoculation and non-inoculation controlled trials. And the influence mechanism of AM on absorption and accumulation of antimony to plant is investigated directly and indirectly by means of techniques such as chamber culture, TEM/SEM-EDAX, hyphae adsorption experiment, and XAFS. This project aims to explain the absorption and transport mechanism of antimony to plant in terms of microbes, and provides theoretical basis for the application of fungi AM-plant combined technology in remediating antimony pollution.

目前对锑在土壤-植物系统中的迁移转化机制仍不明确，植物如何吸收和转运锑的机理仍停留在推断和假设水平。已有的研究多从植物体本身出发，忽略了微生物在植物吸收和转运锑方面可能扮演的角色和作用。相关文献和我们的预研究都表明AM真菌在植物吸收锑方面可能具有重要作用，但其影响效应和作用机理仍不清楚。本项目以锑的富集植物苎麻和从野外苎麻根际土中筛选出的对锑有抗性的AM真菌为材料，通过室内接种和非接种对比实验明确AM真菌对植物吸收积累锑的影响效应，并进一步通过分室培养、TEM/SEM-EDAX、x射线吸收精细结构光谱(XAFS)、菌丝吸附实验等技术从直接作用（菌丝吸收）和间接作用（影响植物生理生态、根际理化环境、锑在根土微界面的环境行为等）两方面综合探讨AM真菌对锑在土壤-植物系统中迁移转化的作用机理。旨从微生物的角度解释植物对锑的吸收和转运机制，同时为AM真菌-植物修复技术应用于锑污染修复奠定理论基础。

锑（Sb）是一种有毒致癌元素，释放到环境中的锑大部分在陆地生态系统中富集和传递，并通过食物链等途径威胁人体健康。随着社会和经济的发展，全球特别是我国面临着越来越严重的锑污染威胁。目前对于锑的环境行为特别是锑在土壤-植物系统中的迁移转化机制仍不明确，植物吸收和转运锑的机理仍停留在推断和假设阶段。这已成为限制锑的植物修复技术发展的瓶颈之一。已有的研究多从植物体本身出发，忽略了微生物在植物吸收和转运锑方面可能扮演的角色和作用。相关文献和我们的预研究都表明丛枝菌根真菌（AMF）在植物吸收积累锑方面可能具有重要作用，但其影响效应和作用机理仍不清楚。本项目首先以锑矿区土壤和优势植物为研究对象，利用形态学和分子生物学方法明确锑污染环境中的AMF多样性以及植物形成菌根的情况，阐明 AMF种群与锑污染之间的关系；然后通过室内接种和非接种对比实验明确AM真菌对植物吸收积累锑的影响效应，并进一步从直接作用（菌丝吸收）和间接作用（影响植物生理生态、根际理化环境、锑在根土微界面的环境行为等）两方面综合探讨AM真菌对锑在土壤-植物系统中迁移转化的作用机理。旨从微生物的角度解释植物对锑的吸收和转运机制，同时为AM真菌-植物修复技术应用于锑污染土壤修复奠定理论基础。本文的主要研究结果是：.1、在锑矿区，绝大多数优势植物都与AM真菌形成了共生关系，这说明在锑胁迫下植物与AM真菌的共生关系是普遍存在的。特别是苎麻体内的锑含量与AM真菌侵染率呈显著正相关（R=0.823，P<0.01），表明AM真菌在植物吸收积累锑方面可能扮演着重要角色。.2、在锑矿区，AM真菌多样性随着锑污染的加重而逐渐减少。主成分分析表明不同污染程度下的AM真菌群落结构差异比较显著。冗余分析表明锑胁迫是影响矿区AM真菌群落结构组成的最主要影响因子。基因测序结果表明Glomus是锑矿区的优势菌属。在高锑污染环境下发现了一些特殊菌种，这些菌种具备较高的重金属抗性，是理想的用于锑矿区植物修复的备选菌种。.3、温室接种和非接种对比实验发现，接种AM真菌明显提高了狗牙根地上和地下部分的锑含量(P<0.01)，植株对锑的生物富集系数（BCF）和转运系数（TF）也都明显高于非接种对照组，说明AM真菌能够促进植物对锑的吸收和积累。这一结果直接证明AM真菌能够影响植物对锑的吸收积累，在锑的生物地球化学循环方面扮演着重要角色。.4、在锑胁迫下，相比未接