AM真菌对重金属污染的抗性机制研究

在经历了社会经济高速发展之后，珠江三角洲地区面临着巨大的环境压力，其中重金属污染严重地威胁着经济的进一步发展和人体健康。植物修复是治理重金属污染的经济、有效、可持续的措施，而利用一类重要的土壤微生物资源-AM真菌可以显著地克服植物修复技术的局限性，最大程度地发挥其作用。基于这一背景，本课题从AM真菌抗性资源与遗传特性，菌丝吸收、运输和释放重金属镉离子的细胞学与分子机制等方面进行多方位、多层次的研究，着眼于从本质上阐明AM真菌对重金属胁迫的抗性的基本原理。研究结果有助于利用AM真菌提高植物修复的效率，为植物修复技术从试验阶段走向实用阶段、并利用该技术解决珠江三角洲地区的重金属污染土壤提供强有力的支撑。

该课题从制约我国社会经济可持续发展的重金属污染这一热点问题入手，本项目以重金属（镉）为研究目标，对广东典型重金属（镉）污染土壤中AM真菌和其他微生物资源进行了调查和分子生态学研究，发现重金属污染土壤中存在丰富的AM真菌和细菌、真菌资源，可以充分加以利用；植物种是决定AM真菌分布的重要因素；以实验室保存的普通AM真菌菌株和镉污染土壤中筛选的AM真菌菌株为研究对象，在镉离子对AM真菌生长发育与功能的影响、AM真菌对镉离子抗性的可遗传性、以及外生菌丝吸收和转运镉离子的分子机制等方面进行了系统研究。获得多个具有镉抗性的菌株，这些菌株既能促进植物在镉污染土壤上的生长，又能促进植物对Cd的吸收，有助于提高重金属污染土壤的植物修复效率；而且，污染土壤中分离筛选到的重金属抗性菌株的抗性具有稳定的可遗传性，为充分利用污染土壤中AM真菌进行植物修复提供了保障；对AM真菌的镉抗性在生化和分子水平上进行了深入研究，包括聚磷酸盐与抗性的关系、钙对抗性的调控等，发现AM真菌菌丝中的聚磷酸盐能够与重金属离子紧密结合，钝化重金属离子，是AM真菌对重金属的一个重要抗性机制，聚磷酸盐的累积水平可能成为AM真菌抗性的评价指标；钙能竞争镉与聚磷酸盐的结合位点，高钙不利于镉的钝化，增加植物对镉的吸收，在污染土壤的修复中应该加以充分考虑。