DSE-植物联合体硫素营养代谢特征及其促进镉累积的机理

深色有隔内生真菌(DSE)广泛分布在铅锌矿区野生植物根部，具有促进植物累积Cd的作用。硫素营养代谢对植物耐受环境胁迫有重要作用，根部内生真菌影响植物的硫素营养代谢，能增强植物对环境胁迫的耐受性。针对云南铅锌矿区植物DSE感染率、硫含量和Cd含量均很高的特点，以铅锌矿区DSE为研究材料，建立DSE-植物联合体，在不同Cd污染和硫营养水平下，开展盆栽试验，分析植株Cd、硫、半胱氨酸(Cys)、谷胱甘肽(GSH)和植物络合素(PC)含量，硫素转运子基因表达，硫素同化关键酶活性，GSH代谢酶活性及其编码基因表达等指标，研究DSE-植物联合体的硫素营养代谢特征，阐明DSE对植物硫素营养代谢的影响及其机理；探讨硫素营养代谢与Cd累积的关系，从影响植物硫素营养代谢的角度，揭示DSE促进植物累积Cd的酶学和分子机理。有助于理解铅锌矿区DSE与植物的关系，为构建DSE-植物联合修复重金属污染提供科学依据。

项目调查发现云南会泽铅锌矿周边农田土壤Cd污染严重，玉米Cd和S含量高、根部普遍存在深色有隔内生真菌（Dark Septate Endophytes，DSE）的定植。以1株分离自会泽铅锌矿区野生植物根部的DSE真菌—嗜鱼外瓶霉（Exophiala pisciphila）为研究材料，开展Cd胁迫（0-400 mg/L）的纯培养试验，结果表明该DSE真菌通过菌丝细胞壁的磷酸盐结合Cd、增加黑色素含量、分泌草酸、增强抗氧化系统活性等机制，有助于该真菌耐受和富集大量Cd。以玉米为宿主植物，接种DSE真菌E. pisciphila，建立DSE—玉米联合体，开展Cd胁迫的室内盆栽试验，研究接种DSE对玉米生长生理和GSH代谢的影响，表明高浓度（40和80 mg/kg）Cd胁迫下，接种DSE促进Cd在玉米根部累积，降低地上部Cd含量；改善玉米的光合生理，增加内源激素含量，提高玉米抗氧化能力；促进根部硫转运子编码基因zmST的表达，增加玉米GSH代谢相关酶（GS、GSH-PX）活性、GS酶编码基因表达和GSH代谢产物含量，从而提高玉米对Cd的耐性。Cd胁迫和不同S营养水平的盆栽试验表明，高S营养水平（67.5和99.5 mg/L）有助于提高玉米株高和生物量、Cd和S含量；接种DSE提高玉米叶片硫素同化代谢关键酶（OAS-TL、γ-GCS、ATPS和GS）的活性，增加GSH和NP-SH含量，增强玉米对Cd的耐受性。可见玉米硫素营养代谢与Cd 累积关系密切，DSE在酶学和分子水平，借助影响植物的硫素营养代谢，提高植物累积Cd 的能力。项目已发表9篇期刊论文和2篇会议论文，录用期刊论文1篇，培养硕士生1人。课题组人员参加了2次国外学术会议，6次国内学术会议，会议报告3次。