丛枝菌根对砷的吸收、代谢和耐性机制研究

砷污染土壤中生长的植物能普遍与菌根真菌形成菌根共生体，而菌根能影响植物对砷的吸收和累积。研究菌根对砷的吸收、代谢及耐受机理，对于利用菌根真菌减轻植物砷毒害，以及污染土壤生物修复均具有重要意义。目前研究多为考察不同植物对砷的吸收累积和体内分配，缺乏系统的菌根吸收代谢砷的机理研究。本课题拟利用同位素示踪技术研究菌根根外菌丝体对砷的吸收；采用高效液相色谱和质谱联用研究菌丝体及菌根共生体内砷形态变化规律;利用反相高效液相色谱和质谱连用研究菌根植物体内植物络合素含量变化；通过同步辐射技术分析砷在菌根及菌丝中的微区分布特点。研究工作力图从不同层面阐释菌根共生体对砷的吸收、代谢和耐受机制，将为应用菌根植物进行砷污染土壤治理以及提高食品安全性奠定理论基础。

砷污染土壤中生长的植物能普遍与菌根真菌形成菌根共生体，而菌根能影响植物对砷的吸收和累积。研究菌根对砷的吸收、代谢及耐受机理，对于利用菌根真菌减轻植物砷毒害，以及污染土壤生物修复均具有重要意义。目前研究多为考察不同植物对砷的吸收累积和体内分配，缺乏系统的菌根吸收代谢砷的机理研究。本课题通过室内盆栽模拟实验，分析了接种菌根真菌后砷胁迫对于菌根模式植物蒺藜苜蓿和重要的粮食作物水稻体内砷形态转化的影响；通过成功构建双重无菌培养体系分析了菌根真菌菌丝体对砷的转化和解毒机制；利用同步辐射技术分析了砷在菌根及菌丝中的微区分布特点，此外，课题还进行了适度的扩展，研究了砷胁迫对于菌根植物种间的相互作用以及利用454-焦磷酸测序技术分析了不同砷污染梯度对菌根真菌群落结构及多样性的影响。. 研究结果表明，菌根真菌能在根际微域环境中将五价砷甲基化为毒性较低的二甲基砷并快速的向植物地上部转移，并且菌根真菌增加了植物地上和地下部三价砷在总砷中的比例；被菌根侵染的稻米中毒性较低的二甲基砷的比例显著增加，并且在淹水条件下稻米中的砷向二甲基砷转化的比例显著增加；在双重无菌培养体系中菌根真菌的根外菌丝体能将五价砷转化为三价砷和二甲基砷并向环境中外泌，从而降低砷在植物体内的累积；通过同步辐射技术发现菌根真菌菌丝体具有吸收并向宿主植物传递砷的能力；此外，研究还发现砷胁迫下菌根植物与非菌根植物在仅有菌丝相互联系的情况下，菌根植物地上部的砷含量能显著降低。在不同砷污染梯度影响菌根真菌群落结构的研究中发现菌根真菌中某些种属具有较好的适应高浓度砷污染环境的能力。. 该研究对于揭示菌根缓解植物砷毒害、适应砷污染土壤中的作用，以及利用菌根技术修复砷污染环境具有一定的理论价值和指导意义，同时在利用菌根技术保障食品安全方面也具有一定的参考价值。基于本项目研究工作，目前已发表研究论文11篇(其中SCI收录5篇)，培养博士生2名，硕士生1名。