同步辐射在菌根吸收转运铬机理研究中发挥重要作用

　　丛枝菌根真菌（AMF）是一类能够与陆地上大多数植物形成共生关系的土壤真菌。AMF一方面从宿主植物获取碳水化合物，另一方面则能够从土壤中吸收矿质养分（如磷、氮等）并传输给植物，以改善植物营养状况。有研究表明，丛枝菌根能够显著提高植物对铬胁迫环境的适应能力，因而在铬污染土壤生态恢复中具有潜在应用价值。然而，关于菌根吸收转运铬的过程及机理还不清楚，而这对于理解菌根共生体耐铬机理及应用菌根修复技术均具有重要意义。中国科学院生态环境研究中心陈保冬课题组对丛枝菌根共生体系中铬的迁移转化过程及机制进行了深入研究，相关研究成果在《Environmental and Experimental Botany》（2016，122：10–18）和《Journal of Hazardous Materials》（2016，316：34–42）上发表。 

　　该研究组前期研究发现菌根共生体系能够促进植物对磷的吸收，同时强化根系对铬的固持作用，减少铬向地上部的分配从而降低铬对植物的毒害。进一步对比研究了不同磷添加水平和接种AMF对植物耐铬能力的影响，发现单独添加磷并不能达到菌根对植物所产生的积极效应。基于同步辐射光源的微区X 射线荧光分析（SR μ-XRF，北京同步辐射装置4W1B-X射线荧光微分析实验站）发现铬在非接种植物主根中主要分布于皮层和维管束部位，而在接种植物主根根系中则只分布于皮层部位 （图1）），由此证实了丛枝菌根能够抑制铬经由木质部向植物地上部运输。研究进一步通过分室培养系统探究了丛枝菌根根外菌丝对铬的吸收和转运作用，发现根外菌丝能够吸收铬并转运到菌根根系中，但似乎并没有将铬转运到植物地上部，而是更多的固持在菌根根系中，说明根外菌丝在菌根固持铬中具有重要作用（Wu et al., 2016. Environmental and Experimental Botany 22:10-18）。进一步通过双重无菌培养系统结合FE-SEM-EDS、X 射线近边吸收精细结构(X-ray absorption fine structure, XAFS)（北京同步辐射装置1W1B-XAFS实验站）和扫描透射X 射线显微分析(scanning transmission soft X-ray microscopy, STXM) （上海光源BL08U1A线站）研究发现AM根外菌丝能够还原六价铬成三价铬，并多以磷酸铬类似物的形式固持在菌丝表面的类似于胞外聚合物（EPS）的颗粒物 （图2）中，由此根外菌丝对铬的固持减少了铬向植物细胞的转运，减轻了铬对植物的毒害（Wu et al., 2016. Journal of Hazardous Materials 316:34-42）。 

　　该研究揭示了铬污染情况下菌根对植物的保护效应及其关键机制，同时也阐明了铬在菌根介导的植物-土壤系统中的生物地球化学过程，为应用菌根技术进行污染土壤生态修复提供了理论依据。 

　　图1 添加10 mg kg-1 Cr(Ⅵ)情况下，蒲公英（Taraxacum platypecidum）主根横切面Cr及营养元素（Ca、K、Fe、Cu和 Zn）分布图[同步辐射X射线荧光微区分析（SR μ-XRF） ，光斑尺寸为50 μm] 

　　图2 丛枝菌根根外菌丝对六价铬的还原固持过程与机理

　　发表文章： 

　　Songlin Wu, Xin Zhang, Baodong Chen*, Zhaoxiang Wu, Tao Li, Yajun Hu, Yuqing Sun, Youshan Wang. Chromium immobilization by extraradical mycelium of arbuscular mycorrhiza contributes to plant chromium tolerance. Environmental and Experimental Botany 122 (2016): 10–18. 

　　Songlin Wu, Xin Zhang, Yuqing Sun, Zhaoxiang Wu, Tao Li, Yajun Hu, Jitao Lv, Gang Li, Zhensong Zhang, Jing Zhang, Lirong Zheng, Xiangjun Zhen, Baodong Chen*. Chromium immobilization by extra- and intraradical fungal structures of arbuscular mycorrhizal symbioses. Journal of Hazardous Materials 316 (2016): 34–42.