叢枝菌根真菌_植物聯(lián)合修復石油污染土壤研究進展

1、第8期石油是國民經(jīng)濟的生命線,是現(xiàn)代工業(yè)的重要戰(zhàn)略資源,然而石油工業(yè)飛速發(fā)展的同時也帶來了嚴重的環(huán)境危害。我國每年有近60萬t 石油進入環(huán)境1,石油污染物具有致癌、致畸和致基因突變的潛在性,其開采、加工、運輸、使用的過程或者風險事故的發(fā)生,都可能導致土壤中石油烴的污染,從而影響土壤的通透性,降低土壤質量,并阻礙植物根系的呼吸與吸收,對作物的產(chǎn)量性狀和農(nóng)藝性狀產(chǎn)生影響,并最終通過食物鏈危害到人類健康2-3,現(xiàn)已被列為必須控制的重點污染物。因此,加快治理土壤石油污染是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)整體良性循環(huán)的關鍵所在。目前,生物修復因為經(jīng)濟而無二次污染,被認為是最有生命力的環(huán)境修復技術4-5。菌根

2、是由真菌與植物根系所建立的一種互惠共生體,其做為生物修復載體的應用研究才剛剛起步,其中叢枝菌根(Arbuscular基金項目:陜西省自然科學基金項目(2010JQ5007;延安大學項目資助(YD2009-03;作者簡介:山寶琴(1970-,女,副教授,博士,主要從事環(huán)境生態(tài)學與土壤微生物研究,(手機130*(電子信箱xiaoshanbao ;*通訊作者,(手機130*(電子信箱liudefei-di 。Environmental Science &Technology第34卷第8期2011年8月Aug.2011山寶琴,劉亞峰,付小康,等.叢枝菌根真菌-植物聯(lián)合修復石油污染土壤研究進展J

3、.環(huán)境科學與技術,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.叢枝菌根真菌-植物聯(lián)合修復石油污染土壤研究進展山寶琴1,劉亞峰2*,付小康1,王彩琴1,薛婷1(1.延安大學能源與環(huán)境工程學院,陜西延安716000;2.延安職業(yè)技術學院陜西延安716000摘要:叢枝菌根(Arbu

4、scular mycorrhiza ,AM 是由叢枝菌根真菌與植物根系所建立的一種互惠共生體,在自然界分布廣泛,具有降解復雜有機污染物的能力。石油污染土壤中,利用土著的或外接的叢枝菌根真菌可以明顯改善植物根際環(huán)境,提高土壤生物活性,從而加速土壤中石油污染物的降解。現(xiàn)有研究已證明叢枝菌根真菌修復石油污染土壤的可行性,并就叢枝菌根真菌與土壤其它微生物及植物聯(lián)合修復效果等進行了多方面的有益探索,然而這一技術的研發(fā)與實際應用尚有很大距離。文章重點綜述了國內(nèi)外叢枝菌根真菌-植物聯(lián)合修復石油污染土壤的研究現(xiàn)狀,并探討了這一生物修復技術在石油污染土壤治理中存在的限制因素、發(fā)展趨勢和應用前景,旨在促進菌根生物

5、技術在石油污染土壤修復中的應用與發(fā)展。關鍵詞:叢枝菌根真菌;生物修復;石油污染土壤中圖分類號:X131.3文獻標志碼:A文章編號: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 在自然界中分布最廣6。叢枝菌根真菌屬于真菌界球囊菌門球菌綱,是一類古老的、專性活體營養(yǎng)共生菌,相關研究證實

10、AM 真菌具有降解復雜有機污染物的能力,AM 真菌與植物共生體-叢枝菌根的形成,可明顯提高植物的修復效率7,因而在石油污染土壤的修復中受到越來越多的關注。本文重點綜述AM 真菌-植物聯(lián)合修復石油污染土壤的研究現(xiàn)狀,并討論該生物技術的限制因素及應用前景,旨在促進菌根生物技術在石油污染土壤修復中的應用與發(fā)展。1叢枝菌根修復技術研究現(xiàn)狀叢枝菌根修復技術能有效結合微生物修復和植物修復技術的長處,針對石油污染的原位修復來說,可以利用土著的或外接的AM 真菌,通過改善植物根際環(huán)境,提高土壤生物活性,從而加速土壤中石油污染物的降解,達到強化修復石油污染土壤的目的。國內(nèi)外AM 真菌-植物生物修復技術多聚焦于礦

11、山復墾、重金屬污染治理、荒漠植被恢復等領域8-9,并有很多成功范例,Noyd 等10把AM 真菌Glomus in -traradice 和Glomus claroideum 接種到牧草上,成功地恢復了礦渣地的植被,達到了修復和復墾的目的。Sylvia 等11在美國佛羅里達海岸侵蝕大面積防治中,通過接種AM 真菌提高了濱海燕麥草在貧瘠沙灘上的成活率,促進了植株生長;菌根侵染能增加蜈蚣草根中U 的濃度和吸收量12,有利于植物穩(wěn)定U 尾礦。這些成功范例,使學者開始關注AM 真菌在石油污染土壤中的貢獻和潛力,從不同角度驗證了AM 真菌修復石油污染土壤的可行性,并對如何提高石油污染物降解率的適宜條件,

12、不同AM 真菌混合接種、AM 真菌-細菌及AM 真菌-植物聯(lián)合修復效果等方面進行了有益探索。耿春女13等研究發(fā)現(xiàn),AM 真菌的孢子不僅能在石油污染土壤中存活,而且當石油污染物濃度達到10000mg/kg 時,Glomus constinctum 對三葉草根系的侵染率還能達到82.86%。進一步的研究表明14,接種G.geospora ,G.mosseae 以及混接AM 真菌和細菌能顯著提高柴油的降解率。何翊等15玉米接種田間試驗表明接種AM 真菌土壤石油烴降解效果好于接種細菌與外生菌根,其石油烴降解率為53%78%。王麗萍等通過盆栽實驗將AM 真菌Glomus mosseae 和Glomus

13、versifome 接種到玉米上,結果表明兩種菌種的協(xié)同作用好于單接種,可有效促進植物生長和石油烴降解16,但修復效果難以持久。楊婷種植紫花苜蓿和黑麥草促進土壤中多環(huán)芳烴的降解試驗中,接種外源Glomus coledonium 菌劑顯著提高了修復效率,表明AM 真菌侵染可以提高植物對多環(huán)芳烴污染土壤的修復效率。韓慧龍等17在泥漿體系中考察了刺孢小克銀漢霉菌(Cunninghamella echinulata 和陰溝腸桿菌(En -terobacter cloacae 的生長及其對石油烴的降解過程。結果表明,混合培養(yǎng)體系中石油烴的降解率高于真菌和細菌純培養(yǎng)體系石油烴降解率的總和;進一步實施真菌-

14、細菌微生物在石油烴污染土壤中的原位修復試驗18,結果表明其生長及對石油烴的降解不受土著微生物的抑制,證實了真菌-細菌協(xié)同修復石油烴污染耕地的可行性及其良好的應用前景。這些試驗與探索對AM 真菌與其它與土壤其它有益微生物協(xié)同互作降解石油污染物的效果有重要意義。2叢枝菌根修復技術現(xiàn)存局限叢枝菌根主要功能是提高宿主的適宜度,尤其在惡劣土壤條件下,植物對AM 真菌的共生依賴度隨土壤條件的惡化而增強19,因此AM 真菌-植物聯(lián)合修復既能降解土壤石油污染物,又能促進污染土壤植被恢復。然而這一技術的探索距離實踐應用還有很大距離,其研發(fā)和應用尚存在以下幾個方面的問題:(1AM 真菌是專性活體微生物,不能進行純

15、培養(yǎng),因此研究AM 真菌對石油污染物降解的影響主要是通過菌根侵染率、孢子數(shù)量、植物生長狀況、植物生理等間接指標進行表征,不利于AM 真菌降解石油污染物生理生化機制的深入研究。(2對AM 真菌群落結構和演替規(guī)律的系統(tǒng)認知不足,降解石油烴污染物質的AM 真菌菌種選擇缺乏針對性。鑒于土壤性質的時空異質性及AM 真菌與宿主植物的相互選擇性,篩選特定生態(tài)系統(tǒng)中宿主植物-AM 真菌-土壤最佳組成,是制定高效菌劑的前提和基礎,也是逆境生態(tài)恢復獲得成功的重要影響因素。同理,目前所涉及的研究中宿主植物多以小麥、玉米和黃豆等農(nóng)作物為主15-16,也缺乏耐油污的自然分布植物的篩選。(3AM 真菌與土壤其它有益微生物

16、之間互作機理需要深入研究,AM 真菌本身就是土壤微生物的重要組成部分,可占到土壤微生物總生物量的5%50%20;AM 真菌與其它微生物間的互作(刺激與拮抗研究表明,菌根根際中微生物數(shù)量大大高于非菌根際,AM 真菌與有益土壤微生物如根瘤菌、自養(yǎng)固氮細菌、溶磷酸細菌和真菌,有益的放線菌之間是協(xié)同作用21,深入研究它們間降解石油類污染物的協(xié)作機理,及促進植物的生長的機制有利于提高修復的效率及穩(wěn)定性。(4研究的菌劑多為單一菌種使得修復效果難以62第8期持久,由于石油組成的復雜性及難降解性,單一菌種無法完全降解石油烴類污染物。自然條件下,宿主植物根圍AM真菌多樣性豐富22-23,不同AM真菌生物學性質差

17、異很大,篩選功能互補性菌種,有利于AM 真菌種群演替,進而對植物群落結構產(chǎn)生影響。(5針對石油污染土壤進行原位修復是未來石油污染土壤修復的一個重要方向。鑒于實驗室條件和現(xiàn)場環(huán)境條件存在較大差異,在石油開采污染現(xiàn)場氣候條件下開展的生物修復試驗具有更為重要的實踐指導意義。3叢枝菌根修復技術發(fā)展及應用前景3.1豐富的AM真菌種質資源及生存環(huán)境多樣性到目前為止,世界范圍內(nèi)已報道AM真菌新種近200個,分屬4目、7科、9屬24,且廣泛存在于自然界各種逆境環(huán)境中,如鹽堿地,退化土壤,退化草原,水土流失地,污水灌溉區(qū),石油污染土壤,煤礦土,重金屬污染土壤及一些工業(yè)污染區(qū)中AM真菌的多樣性都很豐富25-26,

18、為篩選優(yōu)良菌種提供了可能。不同AM 真菌對石油污染物的耐受力不同,石油污染土壤的土著菌種可能因長期適應變異而產(chǎn)生更強的耐受性。3.2AM真菌的宿主植物的多樣性AM真菌的宿主范圍十分廣泛,可與陸地上80%以上植物形成共生關系,據(jù)調(diào)查,除燈芯草科、十字花科等少數(shù)科的植物不能或不易形成菌根外,大多數(shù)的植物包括苔鮮、蕨類、裸子植物、被子植物都能被AM 真菌侵染27-28,為有針對的制定特定生態(tài)系統(tǒng)中AM 真菌-植物高效菌劑奠定了前提和基礎。3.3相關學科飛速發(fā)展及學科間的滲透融合2l世紀分子遺傳學,生物技術工程、植物科學、微生物學、環(huán)境化學和環(huán)境工程等學科相互交叉,彼此促進,為AM真菌-植物生物修復技

19、術的發(fā)展應用提供了技術支持。DNA區(qū)、同工酶、糖蛋白、脂肪酸基礎序列或RFLP(限制性內(nèi)切酶片段長度多態(tài)性等分子鑒定法通過分析AM真菌的分子特征來確定AM真菌種類,更具有科學性29-30。通過土壤微生物總DNA的提取,運用PCR-DGGE、PCR-SSCP和PCR-RFLP31等DNA指紋技術對AM真菌種群多樣性進行分析,可以更直接和可靠地反映土壤微生物的多態(tài)性。同時,分子生物學技術的發(fā)展也為構建高效修復污染土壤的基因工程菌和轉基因植物開辟廣闊的前景。全社會正在形成并強化的生態(tài)文明意識及生態(tài)道德,使生態(tài)風險小,成本低的綠色生物修復技術倍受青睞,為AM真菌-植物聯(lián)合修復的研究提供了良好的發(fā)展機遇

20、。4結語綜上所述,作為一門新興的學科,AM真菌-植物聯(lián)合修復技術有極大的潛力和廣闊的發(fā)展前景,未來研究應就石油污染土壤中AM真菌的多樣性及特異性、AM真菌在石油污染脅迫環(huán)境下的生長代謝、與宿主植物的互作機理,AM真菌降解石油污染物的分子調(diào)控機制等方面進行深入研究,促進高效優(yōu)質菌劑的研發(fā),加速AM真菌-植物聯(lián)合修復的實踐應用。參考文獻1陸秀君,郭書海,孫清,等.石油污染土壤的修復技術研究現(xiàn)狀及展望J.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,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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