【高校创新成果发布】第24期：AM真菌-小麦共生体系对农田Cd污染钝化修复关键技术

      （一）成果概况      

      土壤重金属原位钝化修复技术具有修复速率快、稳定性好、费用较低、操作简单、可以实现“边生产边修复”等特点，对于中低浓度污染的土壤具有较好的应用前景。郭晖教授团队开展有针对性的稳定与钝化方法应用研究。

图1  钝化修复技术原理图

      1.am真菌-小麦共生体系对cd胁迫的耐受性研究

      以白三叶草作为宿主植物，通过盆栽培养法扩繁培养3个月后的am真菌效果较好，根内根孢囊霉（ri）侵染率为89%-93%，含孢量为每20克329-354个，摩西斗管囊霉（fm）侵染率为89%-92%，含孢量为每20克326-342个。培养出的am真菌和四种小麦均能建立共生关系，am真菌侵染率总体上随cd胁迫增加呈下降趋势。小麦总生物量随cd浓度的增大总体呈减小趋势，接种am真菌可有效提高小麦生物量，增强小麦对cd胁迫的耐受性。

      2.am真菌-小麦共生体系对cd胁迫的生理响应机制

      以矮抗58为例，探究了am真菌-小麦共生体系对土壤cd污染的生理响应。结果表明小麦比叶重、叶绿素含量、净光合作用速率、丙二醛含量、抗氧化酶活性随cd浓度的增大呈减小趋势，接种am真菌可显著提高小麦的光合能力和抗氧化酶活性。

      3.am真菌-小麦共生体系对cd污染的钝化修复机制

      以矮抗58为例，探究了am真菌-小麦共生体系对土壤cd污染的钝化修复机制。结果表明am真菌-小麦共生体系对土壤cd污染的钝化修复机制是降低土壤有效cd含量，减少小麦根系对cd的吸收。cd20下接种ri、fm、rf后土壤有效cd占比分别降低了21.62%、17.83%、19.18%，根系吸收系数分别降低了34.41%、39.46%、27.36%。

      4.am真菌-小麦共生体系的土壤cd含量安全阈值

      通过回归分析法建立了土壤cd含量与籽粒cd含量的对数线性模型，根据国家标准（gb 2762-2017）中限定的小麦籽粒cd含量0.10 mg·kg^-1确定土壤cd含量的安全生产阈值。接种ri、fm、rf后，矮抗58的土壤cd含量安全阈值由0.4278 mg· kg^-1提高到0.7700 mg·kg^-1、0.7520 mg·kg^-1、0.7366 mg·kg^-1，百农207的土壤cd含量安全阈值由0.4153 mg·kg^-1提高到0.6873 mg·kg^-1、0.6603 mg·kg^-1、0.6609 mg·kg^-1，郑麦136的土壤cd含量安全阈值由0.3713 mg·kg^-1提高到0.6597 mg·kg^-1、0.6518 mg·kg^-1、0.6263 mg·kg^-1，周麦22的土壤cd含量安全阈值由0.3459 mg·kg^-1提高到0.6071 mg·kg^-1、0.6090 mg·kg^-1、0.5911 mg·kg^-1。

      研究结果表明，am真菌应用于小麦土壤cd污染的钝化修复，接种am真菌可缓解cd胁迫对小麦的毒害，提高土壤cd含量安全生产阈值。

      （二）应用前景

      该技术在利用菌根技术原位钝化修复小麦土壤cd污染，达到降低小麦籽粒cd含量的目的，对提升小麦质量、保障农业安全生产具有重要意义。据统计，我国每年受重金属污染的粮食约 1200万吨，导致的粮食减产高达100万吨，直接经济损失至少200亿元。我国小麦产量约占粮食总产量的25%，该技术得到推广后，每年约能保障300万吨小麦的质量安全，按照小麦2200元/吨的价格计算，能额外带来66亿元的经济效益，附加的社会效益和环境效益不可估量。

图 2  am真菌-矮抗58共生体系土壤cd含量和小麦籽粒对数拟合曲线

 图 3   am真菌-百农207共生体系土壤cd含量和小麦籽粒对数拟合曲线

图 4   am真菌-郑麦136共生体系土壤cd含量和小麦籽粒对数拟合曲线

图5   am真菌-周麦22共生体系土壤cd含量和小麦籽粒对数拟合曲线

      适用于中度、轻度重金属污染土壤的治理，以及重金属复合污染土壤的修复。