人工纳米颗粒对丛枝菌根的致毒机制及其迁移和归趋研究

人工纳米颗粒(ENPs)在被广泛应用的同时，其生物安全性也日益得到重视，但是在陆地生态系统中的研究较少。丛枝菌根是自然界中普遍存在的植物-真菌共生体，对于宿主植物的营养、品质、抗逆性和磷、氮等营养元素循环，土壤健康乃至整个陆地生态系统的稳定性意义重大。本课题的核心是围绕ENPs和丛枝菌根，通过同位素示踪、隔网分室培养、转Ri T-DNA胡萝卜根器官双重培养系统和基因芯片等技术，多角度深入研究（1）ENPs对丛枝菌根的生物效应和毒性机理；（2）丛枝菌根对ENPs的解毒机制；（3）ENPs在丛枝菌根中的吸收、运输和累积规律。研究目标是查明ENPs与丛枝菌根之间的交互作用及影响因素，阐明ENPs对丛枝菌根的致毒机制及其在丛枝菌根中的迁移和归趋规律。研究结果将加深对土壤生态系统中ENPs生物效应和安全性的认识和理解，为ENPs的安全使用和残留控制提供理论依据。

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles, ENPs)被广泛应用于健康与生物医药、生物技术、环境生态、农业等多个领域，并可通过直接使用、事故泄漏、污水污泥排放、大气沉降等途径进入环境。因此其环境行为、毒性及潜在生态和健康风险受到广泛重视。丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizae, AM）是陆地生态系统中普遍存在的植物-真菌共生体，对于宿主植物的营养、品质、抗逆性和碳、氮、磷等元素循环，土壤健康乃至整个陆地生态系统的稳定性意义重大。作为新兴的潜在污染物，ENPs和丛枝菌根之间的相互作用值得深入研究。本课题利用纳米ZnO、纳米银、丛枝菌根真菌、玉米、苜蓿等为试验材料，进行了离体培养试验、转Ri T-DNA 胡萝卜根器官双重培养试验、隔网分室试验、土壤和沙培试验。主要结果如下：（1）纳米银、纳米ZnO等ENPs对AM真菌具有一定真菌毒性，抑制AM真菌孢子萌发和菌丝生长；（2）ENPs以纳米颗粒或离子等形态被真菌组织如孢子和根外菌丝等吸收、固持，并有部分被根外菌丝吸收、转运给宿主植物；（3）ENPs具有植物毒性，纳米ZnO可以释放锌离子，主要以离子形态被植物吸收并转运到地上部分，纳米银主要以纳米颗粒积累在根系部分，很难运输到地上部分；（4）ENPs的生物毒性与其种类、剂量和表面特征密切相关，并受植物种类、生长环境的影响；多数情况下，纳米银的毒性强于纳米ZnO；ENPs浓度越高、粒径越小则毒性越强；与土培相比，ENPs在沙培条件下的毒性更强；施加有机肥可以降低ENPs的毒性；（5）ENPs对丛枝菌根具有生物毒性，其致毒机制主要包括：释放有毒重金属离子或其他有害充分，降低植物根系活力，抑制营养吸收，影响光合色素，产生氧化胁迫；（6）AM真菌对ENPs有一定耐性，接种AM真菌可以减轻其毒性，对宿主植物起到保护作用，主要机制包括：增加根系活力和对营养的吸收，改善光合能力，增加抗氧化活性，分泌球囊霉素相关土壤蛋白，调控耐性相关基因的表达，通过固持作用、改变土壤pH等降低ENPs的生物有效性和宿主植物对ENPs（或其成分）的吸收、富集及在地上部分的分配等。总之，AM真菌有助于减轻ENPs的植物毒性，降低ENPs引起的生态和健康风险。研究结果有助于土壤生态系统中ENPs生物效应和安全性的认识和理解，为ENPs的安全使用和残留控制提供理论依据。