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菌根植物为生态修复重金属污染土壤提供了一个有效的途径,了解外生菌根真菌及其接种菌根植物抗重金属的解毒机理是进行应用的前提和基础。综合以往相关方面的国内外研究进展,多数研究主要集中在胞内解毒和重金属积累机制,而对外生菌根真菌及其接种菌根植物通过分泌物主动改善环境条件和调节自我生理过程而缓解重金属毒害的研究较少。关于这一机制的探讨正得到广泛的关注,也正是本文的研究重点。
本论文以外生菌根真菌红绒盖牛肝菌(Xerocomuschrysenteron)和北方常见植物油松(Pinustabularformis)为材料,研究离体培养菌根真菌对重金属的耐受性和生理响应,通过分析独立培养菌丝体的胞外分泌物及未接种和接种油松根系分泌物中低分子量有机酸的组分和含量、酸式磷酸酶的活性和水溶性蛋白质总量在不同浓度铜(Cu)、镉(Cd)处理水平下的分泌响应机制,探讨外生菌根真菌及接种菌根植物对重金属胁迫的分泌物响应机理。
研究结果表明,在固体培养基和液体培养条件下,外生菌根真菌X.chrysenteron具有很强的Cu、Cd耐受性。菌根真菌可以通过调节培养环境的pH"值和分泌过量水溶性蛋白质对环境中的Cu、Cd胁迫做出响应。并且在施加磷(P)肥的培养条件下,菌根真菌对Cu、Cd的耐受能力得到了提高。
通过分析菌丝和菌根植物分泌物中低分子量有机酸的组分及其含量,发现草酸、苹果酸、酒石酸等低分子量有机酸的分泌在Cu、Cd胁迫下有所提高,并且接种油松根系分泌酸量明显高于未接种根系,且增加程度随重金属处理水平提高而扩大。外生菌根真菌可以通过增加对低分子量有机酸的分泌从而提高自身及宿主植物对重金属的抗性。
针对酸式磷酸酶活性的实验中发现,重金属胁迫下,菌丝及植物分泌物中的酸式磷酸酶比活力受到抑制,这意味着重金属对植物P营养吸收造成损害。而在接种后,油松根系分泌物中的酸式磷酸酶活性较未接种根系增加,且增加程度在重金属胁迫下并未受到影响,因而可推测接种外生菌根真菌可能通过维持植物的正常P代谢从而保护宿主植物。
此外,与菌丝分泌物的分析结果相似,未接种及接种油松根系分泌物中水溶性蛋白质的含量也在重金属胁迫下高于对照,并且接种根系分泌的蛋白质量明显高于未接种根系,这些结果预示着分泌物中蛋白质组分可能在菌根抗重金属胁迫中有不可忽视的作用。