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丛枝菌根共生强化超富集植物龙葵提取土壤Cd的机制研究

批准号:
42107016
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨旭
依托单位:
学科分类:
环境土壤学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨旭

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
重金属镉(Cd)是影响我国耕地土壤环境质量的首要无机污染物,严重影响土地安全利用和人体健康。我们前期研究表明丛枝菌根真菌(AMF)显著促进超富集植物龙葵对Cd的积累,但菌根如何增强龙葵重金属Cd提取的作用机制仍不清楚。本项目以菌根促进龙葵Cd积累的菌根际调控机制为研究主线,通过稳定同位素与转录组分析,明确AMF提高该共生体系对Cd获取的直接(吸收)与间接(促生)作用,并定量菌根吸收途径对Cd吸收的贡献。同时,通过多区室盆栽培养、X射线荧光光谱法以及高通量测序平台,系统深入分析龙葵-AMF共生体系根土界面关键环境因子变化对重金属Cd活化的作用,从根际与菌丝际理化参数、生物学特征及其对微生物“招募”互作的差异出发,揭示菌根强化超富集植物对重金属提取的菌根际调控过程。项目研究可为植物-微生物互作增强超富集植物修复能力,实现重金属污染的绿色修复提供理论依据。
英文摘要
Cadmium (Cd) is the primary inorganic pollutant that affects the cultivated land quality in China, and seriously affects the safe use of soil and human health. Our previous studies showed that arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) significantly promoted Cd accumulation in the Cd-hyperaccumulator Solanum nigrum (S. nigrum), but the related mechanism is still unclear. This project focuses on the mycorrhizal regulation mechanism on promoting Cd accumulation in S. nigrum. Based on the previous work, the Cd stable isotope and the transcriptome technique will be used to prove the direct and indirect effects, and the contribution rate of the mycorrhizal absorption pathway to Cd accumulation in S. nigrum. And the effects of key environmental factors at the root-soil interface on the Cd activation in this symbiosis system will be identified by the multi-compartment pot culture system, the X-ray fluorescence spectrometry, and the high-throughput sequencing technique. The rhizosphere and mycelial mechanism regulating the Cd uptake of the S. nigrum-AMF system will be revealed, by analyzing the physical and chemical parameters, the biological characteristics of the rhizosphere and mycelium, and the difference in the microbial interactions. This project will provide a scientific basis for plant-microbe interaction to enhance the remediation ability of hyperaccumulators, and realize the green remediation of the heavy metal-contaminated soil.
实施土壤污染防治契合我国“打好污染防治攻坚战”的重大战略需求。镉是我国最受关注的土壤污染物之一。丛枝菌根真菌(AMF)可显著促进镉超富集植物生长及对重金属的吸收,是提高植物提取效率的重要手段。但AMF促进超富集植物重金属镉提取的调控机制仍不清楚。本项目从根系吸收与菌根际微生物功能变化等角度剖析AM真菌增强镉超富集植物龙葵获取土壤镉的作用机制。基于区室分隔、转录组以及高通量测序(宏基因组等)方法研究发现:超富集植物接种AMF后能够显著增加其生物量、镉和磷的吸收和提取效率。在促生长方面,AMF强烈诱导龙葵根系氮、磷吸收关键基因表达,其中pht1;3、pht1;11与pht1;7、NPF5.2与AMT3-1等基因增强倍数高达100-1500倍。AMF增强龙葵菌根际土壤微生物磷循环相关的基因丰度(特别是磷矿化基因)。该结果表明AMF通过增强菌根际微生物磷循环功能(磷矿化)以及龙葵根系磷吸收关键基因表达促进龙葵的生长和磷养分吸收,以间接促生效应增强龙葵对镉的获取。此外,AMF直接影响龙葵根系镉吸收关键候选基因表达(如ZIP1与ZIP11),同时介导菌根际微生物cadA功能相关基因影响龙葵镉抗性,以直接促吸收为辅影响龙葵对镉的获取。本项目为超富集植物-AMF共生体修复镉污染土壤的吸收过程及其菌根际微生物的生态与功能提供了一定的理论依据,为菌根强化超富集植物对重金属提取的菌根际调控过程及实现重金属污染的绿色修复提供理论参考。
AM真菌驱动蜈蚣草-玉米间作体系获取土 壤砷的根系互作过程及其根际调控机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    杨旭
  • 依托单位:
国内基金
海外基金