叢枝菌根真菌強(qiáng)化高粱幼苗修復(fù)鍶污染土壤的研究

，，，，，

(1. 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，洛陽(yáng)市共生微生物與綠色發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471023；2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,甘肅 蘭州 730020；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

放射性核素鍶-90(90Sr)形成于核武器和核反應(yīng)堆爆炸，為235U和239Pu的裂變產(chǎn)物[1]。90Sr的半衰期為28.79年，為β輻射體，是一種重要的長(zhǎng)壽命、高毒類(lèi)核素[2]。90Sr能夠造成重金屬和放射性雙重污染，不能被生物降解，一旦釋放到環(huán)境中，90Sr就會(huì)在土壤中富集積累，被植物根部吸收后進(jìn)入植物體內(nèi)，再通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，進(jìn)而對(duì)人體造成危害。90Sr屬于堿土元素，其化學(xué)形態(tài)與鈣元素非常相似，可沉積在含鈣的骨組織中并滯留多年，對(duì)人體的危害極大[3]。隨著我國(guó)核工業(yè)的發(fā)展、鈾礦勘探和開(kāi)采活動(dòng)增加，尤其是退役鈾礦逐漸積累, 放射性核素污染土壤的治理與修復(fù)問(wèn)題引起了人們的重視[4]。截至2017年底，西北處置場(chǎng)累計(jì)接收放射性廢物共13857.74 m3，總活度為5.67×1014Bq。北龍?zhí)幹脠?chǎng)累計(jì)接收大亞灣核電廠和嶺澳核電廠產(chǎn)生的放射性廢物包總體積為2291.24 m3，總活度為7.95×1013Bq[5]。面臨不容樂(lè)觀的放射性核素土壤污染的總體形勢(shì)，開(kāi)展90Sr污染土壤的修復(fù)研究很有必要。研究表明放射性核素在環(huán)境中與其穩(wěn)定性同位素在環(huán)境中的行為相似[6]。因此，觀察穩(wěn)定鍶-88在土壤和植物中的行為，是一個(gè)預(yù)測(cè)模擬其放射性同位素鍶-90的方法。

植物修復(fù)是利用植物根部吸收和富集污染土壤中的重金屬，并轉(zhuǎn)移至地上部分，在不破壞土壤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上從土壤中清除重金屬[7]。植物修復(fù)技術(shù)以其費(fèi)用低、環(huán)境友好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于重金屬污染土壤的治理工程中。Prasad等[8]比較了植物修復(fù)3H、235U、239Pu、137Cs和90Sr污染土壤的效果，結(jié)果顯示富集核素的能力與植物類(lèi)型有關(guān)。谷類(lèi)作物富集90Sr的濃度相差2～4倍，而不同農(nóng)作物之間的差別則達(dá)到27倍[9]。在植物修復(fù)能力的評(píng)價(jià)體系中包括兩個(gè)重要指標(biāo)：生物富集系數(shù)(bioconcentration factor，BCF)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(translocation factor，TLF)。其中，BCF是植物地上部分的重金屬富集濃度與土壤介質(zhì)中重金屬濃度的比值，TLF是植物地上部分的重金屬濃度和根中重金屬濃度之間的比值。BCF和TLF都大于1是判定為超富集植物的重要標(biāo)準(zhǔn)。一些具備超富集能力的植物類(lèi)型，比如牛皮菜(Betavulgaris)被發(fā)現(xiàn)具有累積90Sr的功能[10]。然而，這些植物的生物量相對(duì)較小，在長(zhǎng)期的修復(fù)時(shí)間內(nèi)吸收重金屬的總量有限，限制了這些植物的修復(fù)效率和效果。在某些情況下，較高的地上生物量可以彌補(bǔ)較低的地上富集濃度[11]。因此，植物的生物量也被列為評(píng)價(jià)修復(fù)能力的重要指標(biāo)之一。理想的修復(fù)植物應(yīng)該具有3個(gè)特征：1)BCF>1；2)TLF>1；3)生物量大。一些能夠富集重金屬的作物品種被用于植物修復(fù)，比如水稻(Oryzasativa)、玉米(Zeamays)和高粱(Sorghumbicolor)的地上部分能夠富集鍶[12]。反枝莧(Amaranthusretroflexus)地上部分富集90Sr的濃度低于印度芥菜(Brassicajuncea)和寬葉菜豆(Phaseolusacutifolius)，但由于反枝莧的生物量較大，因此，其地上部分富集的90Sr總量高于印度芥菜和寬葉菜豆[13]。高粱是一類(lèi)能源作物，具有生物量高、生長(zhǎng)速度快等特點(diǎn)。此外，高粱的秸稈可通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)生物燃料乙醇，發(fā)酵后的廢渣可作為養(yǎng)殖飼料和造紙?jiān)希瑥亩梢匝h(huán)利用，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。已有研究表明高粱具有積累重金屬至地上部分的能力，比如鎘和鋅[14]。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)高粱對(duì)金屬鍶的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)接近于1，具有修復(fù)鍶污染土壤的潛能。

叢枝菌根(arbuscular mycorrhizae，AM)是所有菌根種類(lèi)中最重要的互惠共生體之一，近85%的植物種類(lèi)能夠形成叢枝菌根(AM)，在自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中廣泛分布。近些年來(lái)，應(yīng)用植物-微生物共生體強(qiáng)化植物的抗污染耐性，提高污染土壤修復(fù)效率已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。陳良華等[16]研究表明接種AMF能顯著提高美洲黑楊(Populusdeltoides)對(duì)鉛和鎘的富集能力。研究表明在重金屬污染條件下，接種AMF能提高宿主植物的養(yǎng)分吸收能力、增加植物地上生物量、增強(qiáng)植物抗氧化酶系的抗逆能力，從而提高植物對(duì)重金屬的富集能力[17-18]。研究表明AMF能夠增加甘草(Glycyrrhizauralensis)生物量、根系磷含量和葉片中的葉綠素含量，并顯著提高甘草對(duì)重金屬的耐受能力[19]。研究表明接種AMF能促進(jìn)根際土壤磷酸酶和蛋白酶的活性，且酶活性的增加量與菌根侵染率呈極顯著相關(guān)關(guān)系，接種AMF能夠改善翅果油樹(shù)(Elaeagnusmollis)幼苗的微生態(tài)環(huán)境，提高根際土壤肥力[20]。本研究擬開(kāi)展AMF對(duì)高粱的鍶富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力的影響以及土壤酶活性和土壤養(yǎng)分狀況研究，評(píng)價(jià)接種AMF對(duì)高粱根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響，評(píng)估AMF在強(qiáng)化高粱修復(fù)核素鍶污染土壤的應(yīng)用價(jià)值，從而對(duì)AMF-植物共生體對(duì)核素鍶污染的土壤修復(fù)技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試菌種：叢枝菌根真菌為透光球囊霉(Glomusdiaphanum)、地球囊霉(Glomusgeosporum)、摩西球囊霉(Glomusmosseae)、地表球囊霉(Glomusversiforme)。菌種由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。以花生(Arachishypogaea)為宿主在土壤中進(jìn)行菌種培育繁殖80 d后，清除花生的地上部分，將土壤和侵染的根段混合物作為接種劑，另以相同重量在烘箱中經(jīng)170 ℃滅菌2 h的菌劑土壤為對(duì)照(non-AFM)。

供試植物：本實(shí)驗(yàn)中所用的供試植物為高粱。高粱種子由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。種子經(jīng)75%的酒精浸泡5 min后用3% H2O2滅菌10 min，再用滅菌水沖冼3次。

供試土壤：實(shí)驗(yàn)所用土壤均取自河南科技大學(xué)周山校區(qū)農(nóng)場(chǎng)土。土壤基本理化性質(zhì)按常規(guī)方法測(cè)定[21]。試驗(yàn)所用土壤的基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年3月1日至5月30日在河南省洛陽(yáng)市開(kāi)元校區(qū)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。經(jīng)過(guò)混合處理后的實(shí)驗(yàn)用土均勻地放入袋子中，并用高壓滅菌鍋在121 ℃下進(jìn)行濕熱滅菌處理24 h，冷卻待用。每個(gè)塑料盆(高=16 cm，底徑=12 cm，口徑=22 cm)裝風(fēng)干土8 kg，將20粒高粱種子播種于每個(gè)塑料盆中，待出苗后定苗為10株。將分析純?cè)噭㏒rCl2·6H2O溶于水中制成溶液，施入盆中設(shè)置Sr2+濃度為725 mg·kg-1，充分混勻，平衡3周。由于土壤中鍶的本底值為25.06 mg·kg-1，因此，最終土壤中的鍶濃度為750 mg·kg-1。采用雙層接種法將接種劑以每盆40 g的量加入盆缽2/3處(撒勻，鋪平)，以滅菌后的接種劑作為對(duì)照(non-AFM)。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1菌根侵染率 在鍶處理60 d后，取鍶濃度處理的高粱整株幼苗，每盆取6株。分別用直尺、游標(biāo)卡尺，對(duì)幼苗的株高、根長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。叢枝菌根染色參考Phillips等[22]的方法進(jìn)行。計(jì)算菌根侵染率。

菌根侵染率=(根段中被菌根侵染的長(zhǎng)度/檢測(cè)根段的長(zhǎng)度)×100%

1.3.2菌根依賴(lài)性 取不同AMF處理的高粱整株幼苗，每盆取6株。105 ℃殺青30 min，然后在55 ℃條件下持續(xù)烘干至恒重，用分析天平稱(chēng)重。計(jì)算菌根依賴(lài)性。

菌根依賴(lài)性=(接種叢枝菌根真菌的植株干重/未接種的植株干重)×100%

1.3.3株高、根長(zhǎng)、生物量的測(cè)定 取不同AMF處理的高粱整株幼苗，每盆取6株。分別用直尺、游標(biāo)卡尺，對(duì)幼苗的株高、根長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。105 ℃殺青30 min，然后在55 ℃條件下持續(xù)烘干至恒重，用分析天平稱(chēng)量其干重。

1.3.4鍶富集濃度的測(cè)定和計(jì)算 植物被烘干后，取其根、莖、葉3種器官各2.0 g，250 ℃灰化處理，持續(xù)增溫至500 ℃，灰化2 h。將1 g灰化樣品加入6 mL的HCl-HNO3-H2O2(體積比為1∶1∶1)。采用ICP-AES(電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法)測(cè)定鍶的含量[23]。

生物富集系數(shù)(BCF)=植物地上部分鍶含量/(處理鍶濃度+土壤本底值)。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TLF)=地上部分鍶富集濃度/根中鍶富集濃度。在富集植物中，TLF>1， 在非富集植物中，TLF<1[24]。

1.3.5土壤營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定 采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，采用凱氏蒸餾法測(cè)定土壤全氮，采用濃硫酸高氯酸消解—鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷，采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷，采用乙酸銨浸提—原子吸收光譜法測(cè)定土壤速效鉀[21]。

1.3.6土壤酶活性的測(cè)定 采用3, 5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定轉(zhuǎn)化酶活性，采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉(PNPP)比色法測(cè)定磷酸酶活性，采用茚三酮比色法測(cè)定蛋白酶活性，采用尿素-凱氏定氮法測(cè)定脲酶活性，采用TTC法測(cè)定脫氫酶活性[25]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

以接種處理為固定因素(自變量)，對(duì)所有參數(shù)(因變量)進(jìn)行單因素方差分析。以P<0.05概率水平為最小顯著性差異(LSD)進(jìn)行判定。所有統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS軟件(version 13.0；SPSS Institute Chicago，IL，USA)統(tǒng)計(jì)。每個(gè)處理3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鍶脅迫下高粱幼苗的菌根侵染率

圖1 鍶脅迫下高粱幼苗的菌根侵染率Fig.1 The mycorrhizal infection rate of S. bicolor seedlings under strontium stress 不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著 (P<0.05)。下同。Different lowercase letters in the treatments are significantly different at the 0.05 level. The same below.

4組AMF處理的侵染率都大于50%。侵染率最高的為地球囊霉(75%)，顯著高于其他菌種(P<0.05)。摩西球囊霉與地表球囊霉的侵染率無(wú)顯著差異(P>0.05)，分別為60.67%和54.67%。摩西球囊霉和透光球囊霉的侵染率存在顯著差異(P<0.05)，而地表球囊霉與透光球囊霉的侵染率無(wú)顯著差異(P>0.05)。透光球囊霉的侵染率為50.33%(圖1)。

2.2 接種叢枝菌根真菌對(duì)鍶脅迫下高粱幼苗生長(zhǎng)的影響

接種AMF的高粱幼苗的生物量顯著增加(P<0.05)，其中，地球囊霉和摩西球囊霉處理組中高粱幼苗的地上生物量顯著高于地表球囊霉和透光球囊霉組(P<0.05)。地球囊霉和摩西球囊霉處理組中高粱的地上生物量與對(duì)照處理相比分別增加了54.72%和49.82%，根生物量分別增加了53.26%和37.92%。地表球囊霉和透光球囊霉組中高粱的地上生物量與對(duì)照相比分別增加了28.91%和33.92%，根生物量分別增加了12.32%和19.44%。接種AMF顯著增加了高粱幼苗的株高和根長(zhǎng)(P<0.05)。其中，地球囊霉和摩西球囊霉處理組中高粱

幼苗的株高和根長(zhǎng)顯著高于地表球囊霉和透光球囊霉處理(P<0.05)。地球囊霉和摩西球囊霉處理組中高粱的株高與對(duì)照相比分別增加了30.73%和23.02%，根長(zhǎng)分別增加了39.87%和36.41%。地表球囊霉和透光球囊霉處理組中高粱的株高與對(duì)照相比分別增加了13.03%和10.73%，根長(zhǎng)分別增加了11.75%和11.96%(表2)。

表2 接種AMF對(duì)鍶脅迫下高粱幼苗生長(zhǎng)的影響Table 2 The effect of AMF inoculation on the growth of S. bicolor seedlings under strontium stress

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Means with different lowercase letters in the same column are significantly different at the 0.05 level in different treatments. The same below.

與對(duì)照(菌根依賴(lài)性為100%)相比，4組接種AMF的高粱幼苗都表現(xiàn)出顯著的菌根依賴(lài)性(P<0.05)，說(shuō)明AMF對(duì)高粱幼苗生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。其中，地球囊霉和摩西球囊霉處理組的菌根依賴(lài)性顯著高于地表球囊霉和透光球囊霉處理(P<0.05)。地球囊霉和摩西球囊霉處理與對(duì)照相比分別增加了54.44%和47.61%。與對(duì)照相比，地表球囊霉和透光球囊霉接種處理分別增加了25.83%和31.23%(圖2)。

圖2 鍶脅迫下高粱幼苗的菌根依賴(lài)性Fig.2 The mycorrhizal dependency of S. bicolor seedlings under strontium stress

2.3 接種AMF對(duì)高粱幼苗鍶富集能力的影響

與對(duì)照相比，經(jīng)過(guò)AMF處理的高粱幼苗地上部分和根中的鍶濃度顯著增加(P<0.05)；其中最顯著的是地球囊霉和摩西球囊霉處理，高粱幼苗地上部分的鍶濃度與對(duì)照相比分別增加了86.05%和72.33%，根中鍶濃度分別增加了30.18%和21.83%。其次是地表球囊霉和透光球囊霉處理，高粱幼苗地上部分的鍶濃度與對(duì)照相比分別增加了58.89%和62.43%，根中鍶濃度分別增加了12.88%和15.48%(表3)。

將4組AMF處理組的侵染率與高粱幼苗地上部分的鍶濃度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，菌根侵染率與高粱幼苗地上部分的鍶濃度呈顯著正相關(guān)(r=0.706，P=0.010)，即隨著菌根侵染率的增加，高粱幼苗吸收鍶的能力， 以及轉(zhuǎn)運(yùn)鍶至地上部分的能力均隨之增強(qiáng)(圖3)。對(duì)照組中高粱幼苗對(duì)鍶的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集系數(shù)都小于1，分別為0.87和0.62(表4)。AMF侵染后高粱幼苗的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集系數(shù)都顯著高于對(duì)照(P<0.05)，除摩西球囊霉處理高粱幼苗的富集系數(shù)小于1(0.95±0.06)外，其余的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和生物富集系數(shù)都大于1。AMF處理顯著增強(qiáng)了高粱幼苗對(duì)金屬鍶的富集能力。

表3 鍶脅迫下接種AMF高粱幼苗各部位鍶富集濃度Table 3 Effect of AMF on strontium absorption of S. bicolor seedlings under strontium stress (mg·kg-1)

圖3 菌根侵染率與高粱幼苗地上部分鍶富集濃度的相關(guān)性Fig.3 The correlation of mycorrhizal infection rate and shoot strontium concentration of S. bicolor seedlings

2.4 接種AMF對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)成分的影響

接種AMF對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀和速效鉀均沒(méi)有顯著影響(表5)。在接種地球囊霉、摩西球囊霉和地表球囊霉處理中，土壤全磷和速效磷含量與對(duì)照相比顯著減少(P<0.05)，全磷分別減少了20.32%、16.33%和15.89%；速效磷分別減少了18.49%、14.91%和12.98%。

2.5 接種AMF對(duì)土壤酶活性的影響

接種AMF顯著影響了土壤酶活性，AMF對(duì)不同土壤酶活性的影響有差異(表6)。蛋白酶、脲酶和脫氫酶在所有處理中均沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。其中，接種AMF顯著增加了土壤磷酸酶活性(P<0.05)，與對(duì)照相比，增加了21.43%～30.36%。地球囊霉、摩西球囊霉和地表球囊霉接種處理顯著增加了土壤轉(zhuǎn)化酶活性，分別增加了28.87%、28.87%和25.77%。

表4 接種AMF對(duì)高粱幼苗富集鍶的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和生物富集系數(shù)的影響Table 4 Effect of AMF on the translocation factor and bioconcentration factor of S. bicolor seedlings

表5 接種AMF對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)成分的影響Table 5 Effect of AMF on soil nutrients

表6 接種AMF對(duì)土壤酶活性的影響Table 6 Effect of AMF on soil enzyme activities

3 討論

3.1 AMF對(duì)高粱幼苗抗鍶能力的影響

在本研究中，4種AMF對(duì)高粱幼苗的侵染率都超過(guò)了50%，其中，侵染率最高的為地球囊霉(75%)，顯著高于其他AMF(P<0.05)，這可能是因?yàn)榈厍蚰颐乖阪J脅迫下有更好的耐受能力。在本研究中，4種接種叢枝菌根真菌的高粱幼苗都表現(xiàn)出顯著的菌根依賴(lài)性(P<0.05)，說(shuō)明叢枝菌根共生體對(duì)高粱幼苗生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用。接種AMF顯著提高了高粱幼苗的生物量(P<0.05)。其中，接種地球囊霉和摩西球囊霉對(duì)高粱幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用效果最好。地球囊霉和摩西球囊霉處理組中高粱幼苗的地上生物量與對(duì)照相比分別增加了54.72%和49.82%，根生物量分別增加了53.26%和37.92%。這可能是由于金屬鍶抑制了植物生長(zhǎng)，AMF侵染高粱幼苗后產(chǎn)生了龐大的植物根系—菌絲體網(wǎng)絡(luò)，植物提供的碳源通過(guò)根的皮層細(xì)胞到達(dá)菌絲，為菌絲生長(zhǎng)提供有利條件，這些菌絲又促進(jìn)了植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，提高了植物根系獲取土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力[26]，從而顯著提高了高粱幼苗的生物量。接種AMF處理顯著增強(qiáng)了高粱幼苗耐受鍶的能力。高粱幼苗對(duì)地球囊霉和摩西球囊霉的菌根依賴(lài)性最強(qiáng)，生物量分別高于對(duì)照54.44%和47.61%。前人研究表明摩西球囊霉等叢枝菌根真菌通過(guò)增強(qiáng)植物光合效率及產(chǎn)物同化，從而增加宿主植物的生物量和對(duì)金屬銫的耐性[20]。叢枝菌根緩解了土壤中鍶污染對(duì)高粱幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，說(shuō)明叢枝菌根-植物的聯(lián)合修復(fù)具有良好的修復(fù)效果及應(yīng)用前景。

3.2 AMF對(duì)高粱幼苗富集轉(zhuǎn)運(yùn)鍶能力的影響

AMF通過(guò)對(duì)重金屬的活化或鈍化、吸收與固持作用直接影響到植物對(duì)重金屬的吸收累積和在體內(nèi)的分配。目前關(guān)于AMF對(duì)植物富集重金屬能力的影響尚沒(méi)有一致的結(jié)論。研究發(fā)現(xiàn)接種AMF顯著增強(qiáng)萬(wàn)壽菊(Tageteserecta)對(duì)Cd的吸收能力以及將Cd向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)的能力[27]。接種AMF提高了翅莢木(Zeniainsignis)的重金屬累積量[28]。在本研究中，AMF活化了土壤中的金屬鍶，增加了高粱幼苗中的鍶濃度。與對(duì)照相比，接種AMF處理顯著增加了高粱幼苗地上部分和根的鍶濃度(P<0.05)。經(jīng)過(guò)AMF處理的高粱幼苗，其地上部分的鍶濃度高于地下部分，具體表現(xiàn)在TLF都大于1。綜上所述，AMF能夠促進(jìn)宿主植物對(duì)核素鍶的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)。AMF應(yīng)用于植物吸收的研究結(jié)果證實(shí)，在接種AMF之后，植物對(duì)重金屬的吸收量有顯著的增加。這可能是由于在重金屬污染條件下，這種由AMF和植物形成的共生體可以改善植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，并且有效地提高植物的抗逆性[29]，以及增強(qiáng)植物對(duì)重金屬污染的抗性，從而使植物所受到的重金屬毒害作用得到緩解[30]，通過(guò)對(duì)這些重金屬離子在植物體內(nèi)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得土壤中的重金屬被高效地提取出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)植物修復(fù)[31]。然而，也有研究認(rèn)為，由于AMF的定殖部位在于植物的根系，因此可以促進(jìn)根系對(duì)重金屬的吸收和固持作用，從而導(dǎo)致重金屬更多地被固定于土壤中。Liu等[23]研究表明，在高濃度Cd處理水平下，接種摩西球囊霉顯著提高了玉米根中Cd的富集濃度，降低了玉米地上部分的Cd富集，表明接種AMF顯著增強(qiáng)了玉米對(duì)重金屬Cd的固持作用。同樣地，黃晶等[32]研究發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿(Medicagosativa)在接種AMF后，Cd和Zn在植物根中的富集濃度顯著增加，而地上部分的Cd和Zn含量卻呈減少趨勢(shì)，表明AMF降低Cd、Zn是由于根部向地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)造成的，進(jìn)一步使得重金屬被固定在土壤當(dāng)中，從而減輕植物可能遭受的重金屬毒害。然而，AMF對(duì)植物根系吸收和固持重金屬的增強(qiáng)效應(yīng)，可能是由于接種AMF顯著增加了植物生物量，伴隨產(chǎn)生了植物對(duì)重金屬吸收的“稀釋效應(yīng)”[33]。在植物富集重金屬總量相同的情況下，AMF處理增加了植物的生物量，則植物體內(nèi)重金屬濃度(植物單位生物量富集重金屬的含量)降低。

3.3 AMF接種高粱幼苗對(duì)鍶污染土壤中養(yǎng)分和土壤酶活性的影響

菌根真菌侵染植物，使植物的根圍土壤代謝活動(dòng)發(fā)生改變，從而影響植物根圍微生物種群數(shù)量的變化。菌根真菌的形成也有利于解磷微生物的生長(zhǎng)繁殖，增加土壤中有機(jī)磷的含量。AMF能夠改善植物的營(yíng)養(yǎng)狀況，尤其是磷營(yíng)養(yǎng)。AMF會(huì)促進(jìn)植物根系分泌有機(jī)酸，活化土壤中的有機(jī)磷，分泌磷酸酶水解土壤中的有機(jī)或無(wú)機(jī)磷酸鹽，從而增強(qiáng)植物對(duì)難溶性磷的吸收，降低重金屬的濃度[34]。在本研究中，接種地球囊霉和摩西球囊霉顯著提高了土壤全磷和速效磷含量，與對(duì)照相比，全磷分別減少30.74%和26.41%；速效磷分別減少了18.49%和14.91%。土壤中這部分磷的減少可能是AMF介導(dǎo)而輸送至宿主植物體內(nèi)。研究表明接種AMF的黑麥草(Loliumperenne)地上部分和根系中的磷含量相比于未接菌黑麥草都有顯著提高[35]。在本研究中，接種AMF顯著增加了土壤磷酸酶活性(P<0.05)，與對(duì)照相比，增加了21.43%～30.36%。地球囊霉、摩西球囊霉和地表球囊霉接種處理顯著增加了土壤轉(zhuǎn)化酶活性，增加了25.77%～28.87%。付曉峰等[17]研究表明AMF會(huì)促進(jìn)土壤微生物分泌土壤酶，增強(qiáng)酸性磷酸酶、堿性磷酸酶、脲酶和蛋白酶的活性。AMF可通過(guò)多種機(jī)制來(lái)協(xié)同影響根際環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分的可利用性，增加植物生物量，并在一定程度上解除重金屬對(duì)土壤酶的抑制作用，從而減輕重金屬對(duì)植物的毒害[36-37]。

4 結(jié)論

接種AFM顯著增加了高粱幼苗的生物量，緩解了土壤中的鍶污染對(duì)高粱幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，提高了土壤磷酸酶活性。AMF處理使高粱幼苗對(duì)核素鍶的富集、轉(zhuǎn)運(yùn)能力等都顯著增強(qiáng)。其中，地球囊霉對(duì)增強(qiáng)高粱幼苗對(duì)鍶耐受能力的效果最好。綜上所述，AMF可促進(jìn)高粱幼苗對(duì)鍶的富集和耐受能力，說(shuō)明叢枝菌根—高粱幼苗共生體具有良好的修復(fù)效果和應(yīng)用前景。