丛枝菌根真菌-芦苇共生体系对锌镉胁迫的响应及转运机制研究

发布时间：2020-05-15 21:00

【摘要】：随着我国工农业的不断发展,我国土壤重金属污染问题日益恶化。镉是目前我国分布面积最广、影响最为严重的一种重金属污染形式,对土壤造成了严重的危害。同时镉和锌具有相似的结构和环境特征,两者经常同源伴生,使得镉污染问题变得更为复杂,如何安全经济有效的处理锌镉复合污染,已经成为保障土壤安全的迫切需求。为应对日益复杂的重金属污染问题,本研究构建丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungus)-芦苇共生系统,采用半水培盆栽实验对比分析锌镉污染下接种AMF对芦苇生长生理指标和体内重金属转运的影响以及相应耐受机制。本研究首先构建了稳定的AMF-芦苇共生关系,并在不同重金属胁迫下研究了AMF对芦苇生长生理、物质同化吸收的影响。研究表明,重金属胁迫会抑制芦苇的生长发育,而AM处理明显改善了重金属胁迫下芦苇的生物量,菌根依赖性为14.69%~396.83%,且AMF均促进了芦苇根系生物量的分配。芦苇光响应拟合曲线均符合指数增长规律,而AMF显著提高了Pn_(max),锌、镉和复合胁迫下最大增幅分别为368.29%、40.64%和166.40%。接种AMF均增加了芦苇的磷吸收量,这是AMF协助芦苇抵御重金属胁迫的策略之一。除此之外,AMF通过增加体内抗氧化酶活性来缓解重金属产生的氧化应激,而这种缓解机制与施加的重金属胁迫的种类和浓度有关。为了分析AMF对芦苇体内锌镉的作用机制,考察了不同重金属胁迫下芦苇体内的锌镉吸收转运情况。研究表明,共生体系应对不同重金属的吸收与转运策略并不相同。低浓度锌胁迫下AMF促进锌向地上部转运(TF_(增幅)=48.532%~59.739%),高浓度胁迫富集于根系(TF_(降幅)=-41.332%~-11.024%);而镉胁迫下AMF均将镉固定于根系(TF_(降幅)=-32.946%~-11.113%);低浓度复合胁迫下AMF增大了根系和叶片中锌的浓度,高浓度胁迫下降低了根系和叶片中锌的浓度,促进了锌在茎中的积累,但均降低了TF_(Zn)(TF_(降幅)=-38.952%~-2.382%);而无论胁迫高低,复合处理下AMF均降低了芦苇根系和叶片中镉的浓度。锌镉浓度在各营养器官中的分布均遵循:根茎叶,AMF并未改变芦苇对重金属吸收转运的整体规律。锌胁迫下,AMF通过生物稀释的作用增加芦苇总锌吸收量;镉胁迫下AMF通过生物富集作用增加了芦苇总镉吸收量。而复合胁迫下锌镉浓度均呈现低促高抑的现象,即低浓度胁迫下AMF增大芦苇体内锌镉浓度,高浓度胁迫下减低芦苇锌镉浓度。而就吸收量而言,AMF均增大了芦苇的总锌镉吸收量。可见,芦苇-菌根共生体系的构建不仅可缓解锌镉胁迫对芦苇生长发育的毒害作用,还可通过调节锌镉的转运来改善芦苇对锌镉的耐受吸收,为锌镉污染区的修复策略提供了新的理论支撑和技术支撑,并改善了传统植物修复技术的缺陷。
【图文】：

重金属胁迫,机制,系统响应,重金属

- 7 -图 1-1 重金属胁迫下的 AMF-植物共生系统响应机制图(修改自 Meier)AMF 在很大程度上缓解了胁迫对植物的损伤，其主要机制如图 1-1[65]，机制通过共生系统分泌到体外的螯合物对重金属进行固定化[66]；机制 2：通过细胞生物聚合物结合重金属[67]；机制 3：当重金属穿过细胞壁时，重金属会被固定细胞质膜表面[66]；机制 4：通过跨膜运输将吸附在菌丝和根系表面的重金属转细胞质中；机制 5：通过细胞内的金属硫蛋白[68]、有机酸、氨基酸[69]对重金属合作用；机制 6：通过膜转运体将细胞内的重金属转运到细胞壁上[70]；机制 7：金属富集于液泡中；机制 8：通过真菌的菌丝完成对重金属的转运；机制 9：F 的丛枝中的转运蛋白可以将金属带到界面基质中(AMF 的质膜和根系细胞之接触区域)，，再被转运到植物体内；机制 10：将重金属富集与 AMF 的孢子中。.3 目前存在的问题国内已经在重金属污染土壤修复方面进行了大量的工作，主要集中对超富集

技术路线图

研究的技术路线图
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X17;X53

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