全国环境纳米技术及生物效应学术研讨会丛枝菌根真菌对纳米氧化铁的生物效应的影响

【作者】 曹际玲； 冯有智； 林先贵；

【机构】 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室； 中国科学院大学；

【摘要】 随着纳米科技的快速发展和纳米产品的广泛应用,ENMs经其生产、使用和废弃处理等过程不可避免的进入水体、土壤和大气等环境中。因此,其潜在的环境生态效应已引起国内外的广泛关注。植物是陆地生态系统的重要组成部分,纳米颗粒的植物生物效应是揭示其生态效应的基础。目前关于纳米颗粒植物生物效应的研究多基于无菌化的水/沙培实验,缺乏微生物的参与。丛枝菌根(AM)真菌由于其在促进植物养分吸收、增强植物抗逆性和对污染物形态转化与控制等方面具有重要的作用,AM真菌的"参与"或将影响纳米颗粒的植物生物效应。本研究选取对AM真菌依赖性强的玉米为供试植物,不同浓度的纳米氧化铁(FeONPs)为供试材料,待苗龄达20天,测定AM真菌对FeONPs玉米生物效应的影响。结果发现:1)与对照相比,随FeONPs浓度的增加玉米幼苗生物量呈下降趋势,其中高浓度Fe ONPs处理下降幅达显著水平,玉米幼苗地上部地下部降幅分别达20.7%和15.9%(p<0.05);2)接种AM真菌玉米根系AM侵染率趋于升高,与对照相比,不同浓度的FeONPs处理下玉米幼苗生物量未发生显著变化,即AM真菌缓解了高浓度FeONPs对玉米幼苗的毒害作用。进一步的机理研究发现,由于AM真菌与玉米根系的互惠共生关系,促进了玉米根系吸收更多养分,并且通过将Fe固定在其菌丝体内,阻止了Fe往地上部的转运减少了地上部Fe含量,从而缓解高浓度Fe ONPs对玉米的毒害作用。3)AM真菌的"参与"不仅直接影响了FeONPs的植物生物效应,还能间接改善植物生境。高通量测序发现:与对照相比,高浓度FeONPs处理下,细菌群落结构发生显著分异,Anaerolineae, Planctomycea, Sphingobacteria, Chloracidobacteria,Acidobacteria and Nitrospira占比显著降低,而接种AM真菌恢复了细菌群落结构和Planctomycea,Sphingobacteria, Chloracidobacteria, Acidobacteria的占比,增加了Anaerolineae和Nitrospira的占比。鉴于土壤微生物在土壤养分循环和地力可持续性上举足轻重的作用,本结果揭示了接种AM真菌可通过恢复土壤细菌群落结构,改善FeONPs处理下土壤C、N养分循环。本文将土壤-植物-微生物作为一个整体,发现AM真菌能够在短期和长期两个层面上影响FeONPs的植物生物效应,即短期内,AM真菌可缓解Fe ONPs对植物的毒害作用;长期上,AM真菌通过恢复土壤细菌群落结构有助于土壤养分供应的可持续性,进而保障植物的生长。该认知不仅表明土壤微生物在研究植物对纳米颗粒响应上的重要性,还为纳米颗粒土壤污染修复和抗性植物的研究上提供了理论依据。更多还原