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外生菌根真菌能够促进植物在重金属污染土壤的生长,这为利用植物进行生态修复提供了一个有效的途径。而利用菌根植物进行生态修复的前提和基础是了解外生菌根真菌和外生菌根抗重金属毒害机理。针对外生菌根真菌增强寄主植物抗重金属胁迫能力的机理,以往的研究主要集中在积累机制,而对外生菌根真菌通过主动的自我调节机制缓解重金属毒害的研究还很少见报道。菌根真菌能否通过调节自身的新陈代谢和分泌作用等生理生态活动来增强植物对重金属毒害的抗性呢?这一机理的探讨正得到广泛的关注。
本论文以外生菌根真菌美味牛肝菌(Boletusedulis)和铆钉菇(Gomphidiusviscidus)为对象,研究两种菌根真菌对重金属的耐受性,以及重金属在菌根真菌培养体系中的积累分配;通过分析pH值和葡萄糖添加量对菌根真菌生长和生理活动的影响,探讨外界培养条件对菌根真菌抗性的影响。并在此基础上,深入细胞层面分析菌根真菌细胞壁对重金属的吸附作用,以及重金属污染条件下,菌根分泌物中的总有机碳含量和有机酸含量,探讨菌根真菌和外生菌根对重金属胁迫的响应机制和抗性机理。
研究结果表明,在固体培养基和液体培养基生长情况下,两种外生菌根真菌均具有较好的Cu、Cd耐受性。菌根真菌可以通过调节自身的培养环境pH值达到缓解重金属毒害的目的。同时,菌根真菌可以通过对重金属的积累分配作用而缓解毒害,菌根真菌菌丝积累能力较大,菌丝分泌物也有较强的积累能力。pH环境对菌根真菌的抗重金属胁迫能力有较大的影响。过高或过低的pH环境均不利于菌根真菌的生长,也不利于菌根真菌的抗性表现。重金属胁迫作用下,菌根真菌可以主动改变起始pH环境而改善生长环境。葡萄糖添加量差异影响菌根真菌的抗性表现,无论是否存在重金属胁迫,菌根真菌的葡萄糖利用率均无显著差异。对照的菌根真菌呼吸速率大于重金属处理的菌根真菌呼吸速率。
细胞层次的研究表明两种菌根真菌细胞壁的离子交换量(CEC)均较大。与植物根系细胞壁相比,菌根真菌菌丝相对较高的离子交换量,预示着菌根植物根系表面比非菌根植物根系表面对重金属有更强的吸附力。随着重金属处理浓度的增加,铆钉菇细胞壁CEC增大,而美味牛肝菌细胞壁CEC减小。接种菌根真菌的植物根系,重金属Cu2+处理后,分泌物中的TOC含量显著大于重金属Cu2+处理前;未接种菌根真菌的植物根系,重金属Cu2+处理前后,分泌物中的TOC含量无显著性差异。重金属Cd2+胁迫下,接种菌根真菌的根系分泌的草酸含量大于未接种的根系,这预示着菌根能够分泌更多的有机酸以螯合重金属,达到缓解重金属毒害的目的。