外生菌根真菌增强灰杨富集重金属镉的作用机理

我国许多土壤受镉(Cd)污染严重，急需治理。灰杨(Populus × canescens)接种真菌Paxillus involutus形成菌根后对Cd的富集作用显著增强，能有效降低土壤镉污染，但其作用机理目前尚不清楚。本项目以菌根灰杨和无菌根灰杨为试材，应用ICP-AES、HPLC-MS和QPCR技术，分析灰杨对Cd的富集作用与重金属转运蛋白基因HMAs、植物螯合肽合成酶基因PCS表达丰度间的关系，找出灰杨富集Cd过程中的关键基因；同时，通过分析灰杨中ABA等信号分子含量与Cd富集作用间的关系，探明关键信号分子对灰杨富集Cd的调控作用；进而阐明外生菌根真菌增强灰杨富集Cd的作用机理。本项目的实施对于丰富和完善菌根植物富集有毒重金属的生物学理论具有重要意义，对应用镉富集能力强的菌根林木树种修复镉污染土壤也具有重要的实践意义。

本项目以无菌根灰杨和菌根灰杨为主要研究对象，对外生菌根增强宿主林木富集重金属镉的作用机理进行了较深入的研究，圆满完成了各项研究任务，取得了以下主要成果。.与无菌根灰杨的细根相比，外生菌根灰杨的菌根具有更强的Cd2+吸收速率。Cd2+吸收的同时伴随有H+外排，质膜H+-ATPases的失活减弱了根对Cd2+的吸收，这种减弱作用对无菌根灰杨更为明显。与外生菌根具有较强的Cd2+吸收一致，参与Cd2+吸收、转运和解毒的大部分基因的表达水平在外生菌根中也明显高于无菌根灰杨细根中相关基因的表达水平。尽管菌根灰杨比无菌根灰杨吸收了更多的Cd，但菌根灰杨具有更强的CO2同化能力；同时，菌根灰杨还改善了矿质营养和糖分状况，缓解了氧化胁迫。这些结果表明，外生菌根真菌很可能通过形成菌根增大了吸收根的体积、诱导参与Cd2+吸收和转运基因的表达以增强对Cd2+的吸收；同时，外生菌根灰杨通过较强的解毒能力、改善的营养状况以及对逆境的防御准备，增强了对Cd的耐受性。这项成果为菌根真菌调控宿主林木富集重金属的作用机理提供了理论依据，同时，对利用菌根林木修复重金属污染土壤具有实践意义。.相关研究结果在国内外高水平期刊上发表SCI论文10篇（标注有国家自然科学基金资助），累计影响因子37.9，中文核心期刊论文1篇。