丛枝菌根真菌_植物联合修复石油污染土壤研究进展

1、第8期石油是国民经济的生命线,是现代工业的重要战略资源,然而石油工业飞速发展的同时也带来了严重的环境危害。我国每年有近60万t 石油进入环境1,石油污染物具有致癌、致畸和致基因突变的潜在性,其开采、加工、运输、使用的过程或者风险事故的发生,都可能导致土壤中石油烃的污染,从而影响土壤的通透性,降低土壤质量,并阻碍植物根系的呼吸与吸收,对作物的产量性状和农艺性状产生影响,并最终通过食物链危害到人类健康2-3,现已被列为必须控制的重点污染物。因此,加快治理土壤石油污染是实现经济可持续发展和生态系统整体良性循环的关键所在。目前,生物修复因为经济而无二次污染,被认为是最有生命力的环境修复技术4-5。菌根

2、是由真菌与植物根系所建立的一种互惠共生体,其做为生物修复载体的应用研究才刚刚起步,其中丛枝菌根(Arbuscular基金项目:陕西省自然科学基金项目(2010JQ5007;延安大学项目资助(YD2009-03;作者简介:山宝琴(1970-,女,副教授,博士,主要从事环境生态学与土壤微生物研究,(手机130*(电子信箱xiaoshanbao ;*通讯作者,(手机130*(电子信箱liudefei-di 。Environmental Science &Technology第34卷第8期2011年8月Aug.2011山宝琴,刘亚峰,付小康,等.丛枝菌根真菌-植物联合修复石油污染土壤研究进展J

3、.环境科学与技术,2011,34(8:61-64.Shan Bao-qin,Liu Ya-feng,Fu Xiao-kang.Review on AM fungi and plant bioremediation of petroleum-contaminated soilJ.Environmental Science &Technology,2011,34(8:61-64.丛枝菌根真菌-植物联合修复石油污染土壤研究进展山宝琴1,刘亚峰2*,付小康1,王彩琴1,薛婷1(1.延安大学能源与环境工程学院,陕西延安716000;2.延安职业技术学院陕西延安716000摘要:丛枝菌根(Arbu

4、scular mycorrhiza ,AM 是由丛枝菌根真菌与植物根系所建立的一种互惠共生体,在自然界分布广泛,具有降解复杂有机污染物的能力。石油污染土壤中,利用土著的或外接的丛枝菌根真菌可以明显改善植物根际环境,提高土壤生物活性,从而加速土壤中石油污染物的降解。现有研究已证明丛枝菌根真菌修复石油污染土壤的可行性,并就丛枝菌根真菌与土壤其它微生物及植物联合修复效果等进行了多方面的有益探索,然而这一技术的研发与实际应用尚有很大距离。文章重点综述了国内外丛枝菌根真菌-植物联合修复石油污染土壤的研究现状,并探讨了这一生物修复技术在石油污染土壤治理中存在的限制因素、发展趋势和应用前景,旨在促进菌根生物

5、技术在石油污染土壤修复中的应用与发展。关键词:丛枝菌根真菌;生物修复;石油污染土壤中图分类号:X131.3文献标志码:A文章编号:1003-6504(201108-0061-04Review on AM Fungi and Plant Bioremediation of Petroleum-contaminated SoilSHAN Bao-qin 1,LIU Ya-feng 2*,FU Xiao-kang 1,WANG Cai-qin 1,XUE Ting 1(1.School of Energy and Environmental Engineering ,Yan an Universit

6、y ,Yan an716000,China ;2.Yan an Vocational and Technical College ,Yan an716000,China Abstract :Arbuscular mycorrhiza (AM are ubiquitous symbiotic associations between plants and microbes found in natural ecosystems.AM fungi are essential components of sustainable soil -plant systems.Indigenous and e

7、xogenous AM fungi infection can increase the bioremediation efficiency of petroleum-contaminated soil by improving soil microenvironment in the rhizosphere of host plant and by influencing microbial activities.Existing researches showed that AM bioremediation is an available and effective technology

8、.Effects of AM fungi and plant bioremediation were discussed ,as well as analysis of the limitations and distance between the research development and practical application.Progress and achievement of AM bio-technology were introduced including its main shortcomings and application prospect of AM bi

9、oremediation to petroleum-contaminated soil ,which aimed at facilitating the practical application of AM biotechnology in oil contaminated soil.Key words :Arbuscular mycorrhiza fungi ;bioremediation ;petroleum-contaminated soil第34卷 mycorrhiza ,AM 在自然界中分布最广6。丛枝菌根真菌属于真菌界球囊菌门球菌纲,是一类古老的、专性活体营养共生菌,相关研究证实

10、AM 真菌具有降解复杂有机污染物的能力,AM 真菌与植物共生体-丛枝菌根的形成,可明显提高植物的修复效率7,因而在石油污染土壤的修复中受到越来越多的关注。本文重点综述AM 真菌-植物联合修复石油污染土壤的研究现状,并讨论该生物技术的限制因素及应用前景,旨在促进菌根生物技术在石油污染土壤修复中的应用与发展。1丛枝菌根修复技术研究现状丛枝菌根修复技术能有效结合微生物修复和植物修复技术的长处,针对石油污染的原位修复来说,可以利用土著的或外接的AM 真菌,通过改善植物根际环境,提高土壤生物活性,从而加速土壤中石油污染物的降解,达到强化修复石油污染土壤的目的。国内外AM 真菌-植物生物修复技术多聚焦于矿

11、山复垦、重金属污染治理、荒漠植被恢复等领域8-9,并有很多成功范例,Noyd 等10把AM 真菌Glomus in -traradice 和Glomus claroideum 接种到牧草上,成功地恢复了矿渣地的植被,达到了修复和复垦的目的。Sylvia 等11在美国佛罗里达海岸侵蚀大面积防治中,通过接种AM 真菌提高了滨海燕麦草在贫瘠沙滩上的成活率,促进了植株生长;菌根侵染能增加蜈蚣草根中U 的浓度和吸收量12,有利于植物稳定U 尾矿。这些成功范例,使学者开始关注AM 真菌在石油污染土壤中的贡献和潜力,从不同角度验证了AM 真菌修复石油污染土壤的可行性,并对如何提高石油污染物降解率的适宜条件,

12、不同AM 真菌混合接种、AM 真菌-细菌及AM 真菌-植物联合修复效果等方面进行了有益探索。耿春女13等研究发现,AM 真菌的孢子不仅能在石油污染土壤中存活,而且当石油污染物浓度达到10000mg/kg 时,Glomus constinctum 对三叶草根系的侵染率还能达到82.86%。进一步的研究表明14,接种G.geospora ,G.mosseae 以及混接AM 真菌和细菌能显著提高柴油的降解率。何翊等15玉米接种田间试验表明接种AM 真菌土壤石油烃降解效果好于接种细菌与外生菌根,其石油烃降解率为53%78%。王丽萍等通过盆栽实验将AM 真菌Glomus mosseae 和Glomus

13、versifome 接种到玉米上,结果表明两种菌种的协同作用好于单接种,可有效促进植物生长和石油烃降解16,但修复效果难以持久。杨婷种植紫花苜蓿和黑麦草促进土壤中多环芳烃的降解试验中,接种外源Glomus coledonium 菌剂显著提高了修复效率,表明AM 真菌侵染可以提高植物对多环芳烃污染土壤的修复效率。韩慧龙等17在泥浆体系中考察了刺孢小克银汉霉菌(Cunninghamella echinulata 和阴沟肠杆菌(En -terobacter cloacae 的生长及其对石油烃的降解过程。结果表明,混合培养体系中石油烃的降解率高于真菌和细菌纯培养体系石油烃降解率的总和;进一步实施真菌-

14、细菌微生物在石油烃污染土壤中的原位修复试验18,结果表明其生长及对石油烃的降解不受土著微生物的抑制,证实了真菌-细菌协同修复石油烃污染耕地的可行性及其良好的应用前景。这些试验与探索对AM 真菌与其它与土壤其它有益微生物协同互作降解石油污染物的效果有重要意义。2丛枝菌根修复技术现存局限丛枝菌根主要功能是提高宿主的适宜度,尤其在恶劣土壤条件下,植物对AM 真菌的共生依赖度随土壤条件的恶化而增强19,因此AM 真菌-植物联合修复既能降解土壤石油污染物,又能促进污染土壤植被恢复。然而这一技术的探索距离实践应用还有很大距离,其研发和应用尚存在以下几个方面的问题:(1AM 真菌是专性活体微生物,不能进行纯

15、培养,因此研究AM 真菌对石油污染物降解的影响主要是通过菌根侵染率、孢子数量、植物生长状况、植物生理等间接指标进行表征,不利于AM 真菌降解石油污染物生理生化机制的深入研究。(2对AM 真菌群落结构和演替规律的系统认知不足,降解石油烃污染物质的AM 真菌菌种选择缺乏针对性。鉴于土壤性质的时空异质性及AM 真菌与宿主植物的相互选择性,筛选特定生态系统中宿主植物-AM 真菌-土壤最佳组成,是制定高效菌剂的前提和基础,也是逆境生态恢复获得成功的重要影响因素。同理,目前所涉及的研究中宿主植物多以小麦、玉米和黄豆等农作物为主15-16,也缺乏耐油污的自然分布植物的筛选。(3AM 真菌与土壤其它有益微生物

16、之间互作机理需要深入研究,AM 真菌本身就是土壤微生物的重要组成部分,可占到土壤微生物总生物量的5%50%20;AM 真菌与其它微生物间的互作(刺激与拮抗研究表明,菌根根际中微生物数量大大高于非菌根际,AM 真菌与有益土壤微生物如根瘤菌、自养固氮细菌、溶磷酸细菌和真菌,有益的放线菌之间是协同作用21,深入研究它们间降解石油类污染物的协作机理,及促进植物的生长的机制有利于提高修复的效率及稳定性。(4研究的菌剂多为单一菌种使得修复效果难以62第8期持久,由于石油组成的复杂性及难降解性,单一菌种无法完全降解石油烃类污染物。自然条件下,宿主植物根围AM真菌多样性丰富22-23,不同AM真菌生物学性质差

17、异很大,筛选功能互补性菌种,有利于AM 真菌种群演替,进而对植物群落结构产生影响。(5针对石油污染土壤进行原位修复是未来石油污染土壤修复的一个重要方向。鉴于实验室条件和现场环境条件存在较大差异,在石油开采污染现场气候条件下开展的生物修复试验具有更为重要的实践指导意义。3丛枝菌根修复技术发展及应用前景3.1丰富的AM真菌种质资源及生存环境多样性到目前为止,世界范围内已报道AM真菌新种近200个,分属4目、7科、9属24,且广泛存在于自然界各种逆境环境中,如盐碱地,退化土壤,退化草原,水土流失地,污水灌溉区,石油污染土壤,煤矿土,重金属污染土壤及一些工业污染区中AM真菌的多样性都很丰富25-26,

18、为筛选优良菌种提供了可能。不同AM 真菌对石油污染物的耐受力不同,石油污染土壤的土著菌种可能因长期适应变异而产生更强的耐受性。3.2AM真菌的宿主植物的多样性AM真菌的宿主范围十分广泛,可与陆地上80%以上植物形成共生关系,据调查,除灯芯草科、十字花科等少数科的植物不能或不易形成菌根外,大多数的植物包括苔鲜、蕨类、裸子植物、被子植物都能被AM 真菌侵染27-28,为有针对的制定特定生态系统中AM 真菌-植物高效菌剂奠定了前提和基础。3.3相关学科飞速发展及学科间的渗透融合2l世纪分子遗传学,生物技术工程、植物科学、微生物学、环境化学和环境工程等学科相互交叉,彼此促进,为AM真菌-植物生物修复技

19、术的发展应用提供了技术支持。DNA区、同工酶、糖蛋白、脂肪酸基础序列或RFLP(限制性内切酶片段长度多态性等分子鉴定法通过分析AM真菌的分子特征来确定AM真菌种类,更具有科学性29-30。通过土壤微生物总DNA的提取,运用PCR-DGGE、PCR-SSCP和PCR-RFLP31等DNA指纹技术对AM真菌种群多样性进行分析,可以更直接和可靠地反映土壤微生物的多态性。同时,分子生物学技术的发展也为构建高效修复污染土壤的基因工程菌和转基因植物开辟广阔的前景。全社会正在形成并强化的生态文明意识及生态道德,使生态风险小,成本低的绿色生物修复技术倍受青睐,为AM真菌-植物联合修复的研究提供了良好的发展机遇

20、。4结语综上所述,作为一门新兴的学科,AM真菌-植物联合修复技术有极大的潜力和广阔的发展前景,未来研究应就石油污染土壤中AM真菌的多样性及特异性、AM真菌在石油污染胁迫环境下的生长代谢、与宿主植物的互作机理,AM真菌降解石油污染物的分子调控机制等方面进行深入研究,促进高效优质菌剂的研发,加速AM真菌-植物联合修复的实践应用。参考文献1陆秀君,郭书海,孙清,等.石油污染土壤的修复技术研究现状及展望J.沈阳农业大学学报,2003,34(1:63-67.Lu Xiu-jun,Guo Shu-hai,Sun Qing,et al.Current situa-tion of remediation te

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