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重金属污染问题日益严峻,严重影响人类健康,破坏环境并影响生态平衡。通过丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与植物联合修复土壤重金属污染,有利于污染区的稳定发展,改善生态环境,且菌根与植物的联合应用能够显著促进宿主植物的生长,提高对逆境的抗性,进而缩短植物修复周期,提高修复效率。然而,AMF提高植物重金属耐受性的机制还未完全了解,不利于开发AMF在生物修复中的潜能。本研究通过分析AMF与侧柏(Platycladus orientalis)的共生及在铅(Pb)胁迫下对侧柏的生长状况、活性氧稳态和谷胱甘肽转移酶基因表达等方面的影响揭示AMF提高侧柏耐Pb性的机制。主要结果如下:1.2种AMF与侧柏的共生研究2种AMF均能够与侧柏形成共生,接种2周后菌根侵染率超过80%;2种AMF的菌根侵染强度(M%)和丛枝丰度(a%)由相对较低水平持续增长,R.intraradices的M%和a%的增长范围为4.95%~14.95%和10.54%~46.63%;F.mosseae的M%和a%的增长范围为4.63%~18.74%和23.38%~49.11%,接种4周后趋于稳定。接种2周、4周和6周后,侧柏地上和地下部分生物量变化均不显著;接种R.intraradices和F.mosseae均显著提高侧柏磷(P)含量,分别为57.99%和90.14%,67.44%和121.98%,64.06%和145.51%;2种AMF均可提高侧柏叶绿素含量,其中接种F.mosseae效果优于R.intraradices。表明2种AMF能够与侧柏形成共生关系,在6周内改善侧柏的P营养状况及提高光合作用,且F.mosseae与侧柏的选择适应性更佳。2.AMF增强侧柏耐Pb性的机制研究Pb胁迫显著降低菌根侵染强度和丛枝丰度,接种AMF能够促进侧柏的生长并增强侧柏对重金属Pb的固持作用,且降低侧柏的Pb转运系数(TF)。同时,接种AMF能够显著提高Pb胁迫下侧柏的根系活力、叶绿素总含量以及地上和地下部分P含量,一定程度上改善Pb胁迫下侧柏的生长状况。与不接种相比,R.intraradices显著提高Pb胁迫条件下侧柏根系活力(21.79%~27.06%)、叶绿素总含量(44.91%~54.41%)、地上(108.40%~159.60%)和地下(38.35%~84.24%)部分的P含量;而接种F.mosseae对Pb胁迫下侧柏的根系活力、叶绿素总含量、地上和地下部分P含量分别提高14.15%~24.64%,31.59%~66.44%,128.91%~218.74%和49.02%~87.99%。此外,接种AMF有利于提高侧柏抗氧化酶系统中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽转移酶(GST)活性、ASA-GSH循环循环转运效率。与不接种相比,接种R.intraradices显著降低Pb胁迫下侧柏地上部分H2O2含量(17.71%~32.45%)和MDA含量(19.71%~22.11%)及地下部分H2O2含量(6.54%~15.38%)和MDA含量(8.95~28.11%);接种F.mosseae显著降低Pb胁迫下侧柏H2O2和MDA含量,地上部分降低20.66%~37.49%和15.03%~30.51%,地下部分降低16.75%~18.34%和10.75%~28.75%。结果表明,接种AMF有利于侧柏在Pb胁迫下的生长并维持活性氧稳态,减少其生长过程中的氧化损伤,有效减轻重金属毒害,从而增强侧柏的耐Pb能力。3.侧柏根谷胱甘肽转移酶(GST)基因的克隆、生物信息学分析和表达分析克隆得到2个GST家族基因PoGST1和PoGST2。序列分析表明,PoGST1基因开放阅读框(ORF)为696 bp,预测编码231个氨基酸,蛋白分子量为56.7 k Da,理论等电点是5.17;PoGST2基因的ORF为672 bp,预测编码223个氨基酸,蛋白分子量为55.2 k Da,理论等电点是5.17。q RT-PCR(quantitative real-time,PCR)结果表明:Pb胁迫下,侧柏地下部分PoGST1和PoGST2基因显著下调,而R.intraradices和F.mosseae调控侧柏地下部分PoGST1和PoGST2响应重金属Pb胁迫上调,在500、1000和2000 mg×kg-1 Pb胁迫下PoGST1和PoGST2基因表达量均高于不接种,表明在一定浓度Pb胁迫下接种AMF可以提高PoGST1和PoGST2的表达量。综上所述,AMF与侧柏形成共生,有利于侧柏的生长,增强侧柏根系对重金属Pb的固持作用,降低Pb转运系数。同时,接种AMF能够在一定程度上缓解根系受损、提高营养状况和光合作用。此外,AMF通过改善ASA-GSH循环转运效率和提高循环的关键酶(GST)活性,实现对植物细胞中活性氧的清除,减少其生长过程中的氧化损伤,有效减轻重金属毒害。本研究对AMF在Pb污染地区侧柏育苗造林、生态修复及可持续林业生产中提供了理论基础。