張瑋川，李劍，王志宇，楊航，劉慶輝，李艷，嚴(yán)文浩

（南昌航空大學(xué)重金屬污染物控制與資源化國家地方聯(lián)合工程研究中心，南昌 330063）

從20 世紀(jì)開始，世界人口數(shù)量不斷增多，人們的生活和生產(chǎn)活動(dòng)也隨之變化，這使得自然資源和環(huán)境資源都面臨巨大的威脅。在人們生活生產(chǎn)活動(dòng)中，許多有毒有害的污染物被排放到了自然環(huán)境中，其中包括重金屬、持久性有機(jī)污染物、揮發(fā)性有機(jī)物、有機(jī)農(nóng)藥等。這些污染物對(duì)自然生態(tài)造成了十分嚴(yán)重的破壞，所以對(duì)于污染物修復(fù)和治理方法的研究日益受到關(guān)注。在眾多污染物修復(fù)方法中，生物修復(fù)法因修復(fù)效果好、修復(fù)成本較低，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，被廣泛應(yīng)用。

然而，單獨(dú)的植物修復(fù)或者微生物修復(fù)方法存在很多不足之處，比如修復(fù)效率低、專一性強(qiáng)、只能適用中低濃度污染等。而植物-微生物聯(lián)合修復(fù)是一種更加有效的修復(fù)方式，它成功彌補(bǔ)了這些缺陷。微生物和植物聯(lián)合修復(fù)不僅能使植物對(duì)污染物的耐受程度大大增加，而且還能夠促進(jìn)植物根系吸收土壤中營養(yǎng)物質(zhì)，提高植株生物量，并且微生物可以協(xié)同植物從土壤中向地上部分轉(zhuǎn)移污染物，并在植物體內(nèi)富集、轉(zhuǎn)化和利用，從而有效完成對(duì)環(huán)境污染的修復(fù)[1]。因此，利用植物-微生物聯(lián)合修復(fù)體系，尤其是內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)體系修復(fù)污染土壤的研究越來越受到關(guān)注。

內(nèi)生菌（Endophyte）是指定殖在植物表皮細(xì)胞層間隙或組織器官內(nèi)部，并與植物形成互利共生或無病害寄生的一類微生物[2]。越來越多的研究者發(fā)現(xiàn)從植物的組織內(nèi)部可以分離出微生物，故將這些微生物命名為內(nèi)生菌，并且開始關(guān)注內(nèi)生菌與植物之間的相互作用關(guān)系。

在長期的相互作用下，內(nèi)生菌與宿主植物之間結(jié)成了穩(wěn)定的共生關(guān)系。研究報(bào)道，內(nèi)生菌能產(chǎn)生促生物質(zhì)來促進(jìn)宿主植物的生長，還能進(jìn)行生物固氮和溶磷來幫助宿主植物吸收氮磷，而且內(nèi)生菌還可以增強(qiáng)宿主植物對(duì)生長環(huán)境中污染物的抗性[3-6]。本研究主要?dú)w納了近幾年植物接種內(nèi)生菌的方法，分析內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的定殖動(dòng)態(tài)特征，以及內(nèi)生菌-植物聯(lián)合修復(fù)污染土壤的作用機(jī)理和應(yīng)用前景，并且對(duì)今后的研究方向進(jìn)行了展望，為內(nèi)生菌-植物聯(lián)合修復(fù)污染土壤研究和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 內(nèi)生菌接種植物的方法

接種內(nèi)生菌的方法主要是通過模擬自然環(huán)境中內(nèi)生菌從植物的自然孔口或者傷口入侵到植物組織內(nèi)部的方法。如圖1 所示，人工接種具體來說就是利用植物的自然孔口或者人為制造的切口，使得內(nèi)生菌可以通過這些空隙進(jìn)入到植物組織內(nèi)部，從而在植物體內(nèi)定殖。對(duì)于通過植物自然孔口接種來說，根部接種內(nèi)生菌的主要途徑是根系與土壤等摩擦造成的傷口，而莖部接種則是將莖干上的皮孔、蜜腺等作為侵入通道，葉部侵入則是將氣孔、水孔等作為侵染通道進(jìn)入到植物內(nèi)部[7]。

圖1 內(nèi)生菌接種植物的方法Figure 1 Method of inoculating endophytes to host plants

從表1 可以看出，人工接種植物內(nèi)生菌有多種方法，灌根法、浸根法、傷根法、蘸根法等方法是對(duì)植物根部進(jìn)行接種；傷莖法、涂莖法是對(duì)植物莖部進(jìn)行接種；噴霧法、傷葉法等則是對(duì)植物葉部的接種方法；另外也可在種子階段使用浸種法。但目前大多數(shù)研究主要集中在對(duì)植物根部的接種，這可能是由于植物所需營養(yǎng)物質(zhì)主要是通過根部吸收，當(dāng)土壤中內(nèi)生菌在植物根部吸收營養(yǎng)物質(zhì)時(shí)更容易侵染到植物內(nèi)部[7]。

2 內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的定殖

2.1 植物內(nèi)生菌定殖的檢測方法

因?yàn)樗拗髦参锷L在不同的生存環(huán)境中，內(nèi)生菌與宿主植物之間的作用難以分析，所以目前對(duì)于內(nèi)生菌在植物內(nèi)部的生命活動(dòng)的認(rèn)識(shí)不夠明晰，而對(duì)目標(biāo)內(nèi)生菌在宿主植物體內(nèi)進(jìn)行定殖檢測是解決這一問題的重要手段，要對(duì)內(nèi)生菌在宿主植物組織內(nèi)部的定殖動(dòng)態(tài)進(jìn)行追蹤，就需要采用合適的檢測方法，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性研究，并探討內(nèi)生菌在宿主植物體內(nèi)的定殖規(guī)律、內(nèi)生現(xiàn)象和內(nèi)生機(jī)制。

目前，對(duì)目標(biāo)內(nèi)生菌在宿主植物體內(nèi)的定殖檢測有很多方法（表1），其中抗生素標(biāo)記法是一種常用的定殖檢測方法，主要是通過人工誘變等手段作用于目標(biāo)內(nèi)生菌，使目標(biāo)菌出現(xiàn)具有抗高濃度抗生素的突變體，再將突變體篩選純化出來作為標(biāo)記菌株，用含高濃度抗生素的培養(yǎng)基進(jìn)行回收檢測。研究中主要使用利福平、鏈霉素、四環(huán)素、氨芐青霉素、卡那霉素等抗生素作為抗性標(biāo)記[21]。大多數(shù)研究中的抗生素標(biāo)記法采用利福平作為抗性標(biāo)記，因?yàn)槠渖锓乐涡誀钶^易保存。抗生素標(biāo)記法的優(yōu)勢在于簡單、高效、成本低，并且能夠?qū)z測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；但劣勢在于不夠準(zhǔn)確、回收下限較高。姚錦愛等[13]運(yùn)用抗生素標(biāo)記法使得菌株BA-3-K（Bacillus amyloliquefaciens）獲得對(duì)利福平和卡那霉素的穩(wěn)定抗性，從而研究其在蘭花中的定殖動(dòng)態(tài)。Glandorf等[15]通過免疫檢測驗(yàn)證了對(duì)利福平的抗性可以作為菌株WCS358（Pseudomonas putida）的穩(wěn)定標(biāo)記性狀。

表1 內(nèi)生菌的接種及其宿主植物Table 1 The inoculation of endophytes and their host plants

除此之外，還有外源基因標(biāo)記法，其中熒光蛋白標(biāo)記（Fluorescent protein labeling）是被廣泛采用的一種外源基因標(biāo)記法，這種方法是將不同顏色的熒光質(zhì)粒結(jié)合到其他生物中，使目標(biāo)生物攜帶顏色熒光，并且不影響該生物的正常生命活動(dòng)[22]。熒光蛋白標(biāo)記不需要生物具備其他輔助系統(tǒng)，發(fā)出的熒光可以使標(biāo)記菌株能夠更容易被看見，從而更加方便進(jìn)行追蹤檢測。熒光蛋白標(biāo)記主要有兩種轉(zhuǎn)化方法，分別是熱激轉(zhuǎn)導(dǎo)和電擊轉(zhuǎn)化，且很多研究者致力于熒光蛋白質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌的技術(shù)研究，使得這項(xiàng)技術(shù)不斷發(fā)展[23]。對(duì)于生物來說，熒光蛋白在保持熒光時(shí)不會(huì)干擾其正常生命活動(dòng)，因此熒光蛋白在生物研究過程中被許多研究者采用[24-25]。

近年來，隨著人們對(duì)綠色熒光蛋白（Green fluorescent protein，GFP）結(jié)構(gòu)和功能認(rèn)識(shí)的逐步深入，GFP 編碼的基因已經(jīng)成為最具有應(yīng)用前景的標(biāo)記物[26-27]。GFP 基因來源于水母[28]，表達(dá)綠色熒光蛋白。綠色熒光蛋白標(biāo)記的優(yōu)勢在于對(duì)標(biāo)記目標(biāo)進(jìn)行檢測時(shí)可以直接進(jìn)行活體觀察，檢測靈敏度高，且被標(biāo)記目標(biāo)無需加入其他引物就能夠穩(wěn)定發(fā)出綠色熒光。綠色熒光蛋白可用以檢測在宿主植物體內(nèi)標(biāo)記菌株的實(shí)時(shí)生命活動(dòng)，從而更加精確地進(jìn)行目標(biāo)內(nèi)生菌的跟蹤研究，與其他外源基因標(biāo)記相比具有明顯的優(yōu)勢[29]。但熒光蛋白標(biāo)記也有許多問題亟待解決，例如對(duì)目標(biāo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)不成功或者熒光顏色較暗，而且引入外源基因會(huì)使細(xì)胞正常代謝過程受到影響，使得標(biāo)記目標(biāo)的生物學(xué)效益降低，同時(shí)會(huì)因?yàn)楸粯?biāo)記的細(xì)胞死亡后不再發(fā)出熒光而無法檢測[18,30]。

2.2 植物內(nèi)生菌的定殖動(dòng)態(tài)

內(nèi)生菌在宿主植物體內(nèi)的定殖是一個(gè)空間上和時(shí)間上的動(dòng)態(tài)過程。遲峰[16]研究了根瘤菌在水稻體內(nèi)的定殖過程，結(jié)果表明根瘤菌先定殖在水稻根際表面，接種6 d 后從根部裂隙進(jìn)入內(nèi)部，在10～14 d 擴(kuò)散到相鄰組織，21 d 后開始向地上部分遷移。李強(qiáng)等[31]檢測侵染小麥幼苗根部的莖瘤固氮根瘤菌（Azorhizobium caulinodans）的定殖動(dòng)態(tài)，結(jié)果顯示該菌先通過根尖破損處定殖在根部組織細(xì)胞間隙和細(xì)胞內(nèi)，隨后向上遷移定殖到葉片部位。這些研究都說明了內(nèi)生菌會(huì)在宿主植物組織間移動(dòng)，是一個(gè)在空間上的動(dòng)態(tài)定殖。不僅如此，內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的定殖同樣也是一個(gè)時(shí)間上的動(dòng)態(tài)過程，內(nèi)生菌在宿主植物內(nèi)的定殖菌量會(huì)隨著時(shí)間變化發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。Bisht 等[10]在美洲黑楊的根部接種內(nèi)生菌SBER3（Bacillussp.）后對(duì)其定殖菌量進(jìn)行測定，結(jié)果表明這個(gè)內(nèi)生菌的定殖菌量隨時(shí)間延長而穩(wěn)定增加。劉文韜等[11]研究表明，在芘污染環(huán)境下，功能內(nèi)生菌株Enterobactersp.PRd5在小麥和空心菜組織內(nèi)部的定殖量相較于無污染對(duì)照組有顯著增加。這說明面對(duì)外部污染物的脅迫，對(duì)污染物具有抗性或者降解功能的內(nèi)生菌可以更好地在宿主植物體內(nèi)定殖。雖然有很多研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了內(nèi)生菌在植物體內(nèi)定殖的部分規(guī)律，但宿主植物的種類和生長環(huán)境，以及內(nèi)生菌的種類和接種方式，都會(huì)影響內(nèi)生菌在宿主植物各組織器官間的遷移運(yùn)動(dòng)和某一時(shí)間段定殖菌數(shù)量的動(dòng)態(tài)過程。這給系統(tǒng)總結(jié)內(nèi)生菌在宿主植物體內(nèi)的定殖動(dòng)態(tài)規(guī)律帶來了很大困難。

3 內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)土壤的應(yīng)用

3.1 對(duì)土壤重金屬的修復(fù)

單一的植物或微生物修復(fù)土壤重金屬污染的效果不佳，而內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)體系能夠有效提升修復(fù)土壤重金屬污染的能力。萬勇[32-33]從鎘的超富集植物龍葵中分離篩選出了內(nèi)生菌DE5（Variovorax paradoxu），經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試能夠耐受Cd 濃度為200 mg·L-1，與未接種的空白對(duì)照組相比，接種了DE5的青葙根部生物量增加了125.0%，其對(duì)Cd 的富集能力增強(qiáng)了81%。Li 等[34]將內(nèi)生細(xì)菌K3-2（Enterobactersp.）定殖到蘇丹草中能夠有效增加植物的生物量和植物體內(nèi)Cu2+的積累量，與未接種內(nèi)生菌的對(duì)照組相比，接種了內(nèi)生菌的植物對(duì)Cu2+的吸收量從49%提升至95%。Babu 等[35]從樟子松的根中分離得到GSB-1 菌株（Bacillus thuringiensis），該菌株可以產(chǎn)生促進(jìn)植物生長的因子，并提升去除潛在有毒金屬的效果，將GSB-1 植入宿主植物體內(nèi)后，植物幼苗中的葉綠素含量、生物量，以及Cu、As、Ni、Zn 和Pb 等重金提取效果都有所增加。

3.2 對(duì)土壤有機(jī)污染物的修復(fù)

隨著研究者們對(duì)于植物與微生物聯(lián)合修復(fù)的不斷探索，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有多個(gè)菌屬能和宿主植物建立良好的相互作用關(guān)系，其中芽孢桿菌屬（Bacillussp.）、假單胞菌屬（Pseudomonassp.）和不動(dòng)桿菌屬（Acinetobactersp.）等具有降解柴油[36-37]、苯酚[38]、芘[39]等有機(jī)污染物的能力。大多數(shù)從植物內(nèi)分離出的內(nèi)生菌都具有促進(jìn)植物生長的特點(diǎn)，并且內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)所表現(xiàn)出的修復(fù)潛力相較于單獨(dú)運(yùn)用內(nèi)生菌或植物修復(fù)更加具有優(yōu)勢[40-41]。Germaine 等[42]構(gòu)建了一種萘降解內(nèi)生菌株假單胞菌VM1441（Pseudomonas putida），這種菌株可以有效定殖在植物根際和根部組織內(nèi)部，幫助宿主植物抵抗萘的侵害，在含有萘的環(huán)境中與未接種植物相比，接種后的植物種子發(fā)芽率和植物蒸騰率都有所提高，并且有效降解了環(huán)境中的萘。Khan等[43]研究發(fā)現(xiàn)假單胞菌屬PD1（Pseudomonas putida）接種到柳樹和草中均可以促進(jìn)宿主植物的生長，將接種植株和未接種植株栽種到含菲土壤中，接種植株對(duì)菲的去除效率提升了25%～40%。田林雙[44]將擬內(nèi)生菌莖點(diǎn)霉菌B3（Phomopsis liquidambari）定殖到水稻中，與未接種植株一起放置到菲的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)接種植株可以在菲環(huán)境中更好生長，并且接種菌株還能增強(qiáng)水稻中菲的降解效果。這些研究表明接種具有降解有機(jī)物功能的內(nèi)生菌可以有效強(qiáng)化植物對(duì)土壤有機(jī)物污染的修復(fù)能力，為修復(fù)土壤有機(jī)物污染的方法提供了重要參考。

4 內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)的機(jī)理

如圖2 所示，內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)的機(jī)理主要包括兩部分：一方面，植物可以為內(nèi)生菌提供適宜的生長環(huán)境和生命活動(dòng)所需的營養(yǎng)物質(zhì)，使得內(nèi)生菌生物量增加；另一方面，內(nèi)生菌能夠通過調(diào)節(jié)生長因子、生物固氮和溶磷等方式促進(jìn)宿主植物生長，并且內(nèi)生菌可降解污染物或者降低其毒性，從而提升宿主植物的污染修復(fù)能力，使得土壤中污染物向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖2 內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)機(jī)理Figure 2 Mechanism of endophyte-assisted phytoremediation

4.1 內(nèi)生菌對(duì)植物的促生機(jī)制

許多研究者對(duì)內(nèi)生菌促進(jìn)植物生長的機(jī)制進(jìn)行了探索。內(nèi)生菌對(duì)宿主植物的生長有一定的促進(jìn)作用，相較于沒有接種內(nèi)生菌的植物而言，接種內(nèi)生菌的植株生長情況較好，具體體現(xiàn)在種子發(fā)芽、幼苗存活、植株高度、植株干質(zhì)量和生物量積累等多方面[32-33,43-44]。

4.1.1 調(diào)節(jié)植物生長

內(nèi)生菌能夠促進(jìn)宿主植物光合作用，從而促進(jìn)植物生長。Mirzahossini 等[45]將接種了內(nèi)生菌Epichloe coenophiala的高羊茅（Festuca arundinacea）放置在含高濃度Ni 的環(huán)境中，與未接種內(nèi)生菌的對(duì)照組相比，接種內(nèi)生菌植株體內(nèi)的葉綠素含量有很大的提升。內(nèi)生菌還能夠分泌一些促進(jìn)植物生長發(fā)育的生長調(diào)節(jié)劑，例如吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）、細(xì)胞分裂素（Cytokinin，CTK）、赤霉素（Gibberrellin acid，GA）等，這些生長調(diào)節(jié)劑可以在促進(jìn)植物生長的同時(shí)有效緩解環(huán)境污染物對(duì)植物的毒害作用[46]。內(nèi)生菌還可以加強(qiáng)植物的蒸騰作用，提升水分利用效率，從而促進(jìn)宿主植物的生長，提高在缺水環(huán)境下的存活率[47]。

4.1.2 生物固氮和溶磷

植物的正常生命代謝活動(dòng)需要氮元素來維持，但是氮元素大多以氮?dú)獾男问酱嬖?，不能被植物直接利用，所以需要通過生物固氮給植物提供氮元素。生物固氮是將氮?dú)馔ㄟ^微生物的作用，轉(zhuǎn)變成可以讓植物吸收的銨根離子，用以維持植物的正常生長[48]。諸如F.tricinctum、A.alternata、Epichlo? coenophiala等內(nèi)生菌能夠分泌一些特定的酶，這些酶對(duì)于植物吸收氮元素的過程有一定的調(diào)控作用，將這些內(nèi)生菌定殖到植物體內(nèi)可以促進(jìn)植物對(duì)氮元素的吸收，并且使得宿主植物的根系得到強(qiáng)化[49-50]。

磷也是維持植物生命活動(dòng)的重要元素之一，但是自然環(huán)境中大部分的磷元素以難溶無機(jī)復(fù)合物的形式存在，植物無法直接吸收，而部分內(nèi)生菌可以將這些難溶的復(fù)合物通過酸化、螯合或者離子交換作用轉(zhuǎn)換成能夠被植物利用的磷元素，例如Piriformospora indica和Pseudomonassp.[51-52]。

4.1.3 分泌鐵載體

鐵元素是植物生長不可或缺的元素,植物缺少鐵元素會(huì)導(dǎo)致葉片黃化。雖然鐵元素在地殼中的含量很高，但是大部分鐵以氧化態(tài)或氫氧化態(tài)的形式存在，溶解度極低[53]。鐵載體是對(duì)三價(jià)鐵離子（Fe3+）和二價(jià)鐵離子（Fe2+）具有高度親和力的蛋白質(zhì)，能與重金屬離子結(jié)合形成螯合物，部分內(nèi)生菌可以分泌鐵載體，結(jié)合宿主植物所需要的金屬離子，向植物提供促進(jìn)生長所需的金屬元素[54]。Chen 等[55]從龍葵（Solanum nigrumL.）中分離出的內(nèi)生菌產(chǎn)氣腸桿菌（Enterobacter aerogenes）可以分泌鐵載體，并有效促進(jìn)植物生長，提高植物修復(fù)土壤中Cd污染的能力。

4.2 內(nèi)生菌強(qiáng)化植物修復(fù)重金屬污染物的機(jī)制

4.2.1 提高植物對(duì)重金屬的抗性

在重金屬脅迫下，內(nèi)生菌通常比植物更加耐受多種重金屬污染，在內(nèi)生菌與宿主植物相互作用下，宿主植物對(duì)重金屬的抗性進(jìn)一步增強(qiáng)。內(nèi)生菌能夠提升宿主植物對(duì)污染環(huán)境的適應(yīng)能力，并加強(qiáng)其對(duì)污染環(huán)境的修復(fù)效果[56-57]。重金屬脅迫下的植物會(huì)在體內(nèi)積累大量的活性氧（Reactive oxygen species，ROS），這嚴(yán)重影響到植物的正常生命活動(dòng)，對(duì)植物細(xì)胞膜的完整性、植物內(nèi)酶的活性、植物細(xì)胞器功能等造成很大的損害[58-60]。研究表明植物體內(nèi)的超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）、過氧化物酶（Peroxidase，POD）、抗壞血酸過氧化物酶（Ascorbate peroxidase，APX）、谷胱甘肽還原酶（Glutathione reductase，GR）和谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPX）等抗氧化酶能有效減輕重金屬對(duì)植物的危害[61]。Hamilton 等[62]則發(fā)現(xiàn)接種內(nèi)生菌能夠有效提高宿主植物內(nèi)抗氧化酶的活性，進(jìn)而提升宿主植物對(duì)重金屬的抗性。

4.2.2 改變重金屬的生物有效性

內(nèi)生菌可以產(chǎn)生許多能夠與重金屬結(jié)合、改變重金屬生物有效性的物質(zhì)，例如鐵載體、有機(jī)酸和表面活性劑等，這些物質(zhì)能夠有效減輕重金屬對(duì)宿主植物的脅迫[54]。Pan 等[63]從東南景天中分離出內(nèi)生菌熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens），通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種菌能夠分泌鐵載體，將其接種到含Cd污染的（甘藍(lán)型）油菜（Brassica napus）后，與未接種植株相比，宿主植物對(duì)Cd2+的吸收能力顯著提高，說明鐵載體能夠結(jié)合植物體內(nèi)的重金屬，強(qiáng)化植物對(duì)重金屬的吸收。Ma 等[64]將內(nèi)生菌E6S（Achromobacter piechaudii）接種到伴礦景天（Sedum plumbizincicola）之中，發(fā)現(xiàn)其在植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸及可溶性磷酸鹽，可以提高土壤中Cd、Zn、Pb 的生物可利用性，進(jìn)而提升宿主植物對(duì)土壤中這些重金屬的吸收能力。Long 等[65]從東南景天中分離出了多種具有Zn 和Cd 抗性的內(nèi)生菌，并且發(fā)現(xiàn)銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）能夠分泌一種脂化合物的表面活性劑，可以提高對(duì)重金屬Zn的溶解能力和東南景天對(duì)土壤中重金屬Zn的提取效率。

4.3 內(nèi)生菌強(qiáng)化植物修復(fù)有機(jī)污染物的機(jī)制

4.3.1 內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的共代謝

大多數(shù)有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)生物有毒害作用，所以很難被微生物用作直接碳源，并且一些有機(jī)物還會(huì)對(duì)微生物的生長繁殖有抑制作用。但是，研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌可能會(huì)通過共代謝降解植物體內(nèi)存在的有機(jī)污染物[66-67]。研究者們針對(duì)內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的共代謝提出了兩種可能。Stumpe 等[68]認(rèn)為植物通過光合作用合成糖類、有機(jī)酸和氨基酸等生長物質(zhì)，這些物質(zhì)為內(nèi)生菌提供了碳源和能源，并且可以促進(jìn)內(nèi)生菌產(chǎn)生誘導(dǎo)酶將有機(jī)污染物降解，使得植物體內(nèi)有機(jī)物的降解效果增強(qiáng)。Subramanyam 等[69]則認(rèn)為植物會(huì)產(chǎn)生諸如黃酮類化合物、水楊酸和木質(zhì)素衍生物等代謝產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可以被內(nèi)生菌當(dāng)作初級(jí)底物所利用，而且這些物質(zhì)與許多有機(jī)污染物具有相似的結(jié)構(gòu)，甚至是一些有機(jī)物污染降解的中間產(chǎn)物或誘導(dǎo)劑，所以會(huì)刺激內(nèi)生菌產(chǎn)生能夠降解有機(jī)污染物的活性酶，從而提升有機(jī)物的降解效果。

4.3.2 內(nèi)生菌產(chǎn)生特定酶對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行逐步降解

內(nèi)生菌可以分泌出多種具有特異性的酶，這些酶對(duì)有機(jī)污染物的降解具有促進(jìn)作用。Ning 等[70]將黃孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）置于含菲的環(huán)境中，可以從內(nèi)生菌中分離得到細(xì)胞色素P450和錳過氧化物酶，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了提高錳過氧化物酶的活性可以有效提升菲的降解效果。Corrêa 等[71]發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌具有獨(dú)特的木質(zhì)素氧化系統(tǒng)，可以分泌出漆酶、木質(zhì)素酶和過氧化物酶等特異性酶，對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行高效降解。Ambrose等[72]研究表明內(nèi)生菌定殖在植物體內(nèi)后可以產(chǎn)生水楊酸羥化酶，對(duì)植物體內(nèi)的水楊酸進(jìn)行降解，提升內(nèi)生菌在宿主植物內(nèi)部的穩(wěn)定性，并且還能夠產(chǎn)生其他特異性酶對(duì)植物體內(nèi)的有機(jī)污染物進(jìn)行降解。劉世亮等[73]推測一些能降解多環(huán)芳烴的微生物會(huì)產(chǎn)生加氧酶，可以在多環(huán)芳烴的苯環(huán)內(nèi)加入氧原子使環(huán)斷裂，從而達(dá)到降解多環(huán)芳烴的效果。不同的底物會(huì)誘導(dǎo)內(nèi)生菌產(chǎn)生相應(yīng)的酶，這些酶可以將難降解的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成更容易降解的物質(zhì)，并且這些轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)還可以當(dāng)作內(nèi)生菌的碳源，用來進(jìn)行生命活動(dòng)，從而更加高效地降解有機(jī)污染物[74]。

5 結(jié)論與展望

內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)體系因其降解效率高、修復(fù)徹底等優(yōu)點(diǎn)在環(huán)境污染修復(fù)領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注，也取得了很多研究成果。內(nèi)生菌聯(lián)合植物降解污染物受到土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分、溫度、降水等難以控制的環(huán)境條件的影響較大，在自然環(huán)境中應(yīng)用此方法仍存在難點(diǎn)。

（1）受植物生長環(huán)境等因素的影響，依然無法完全解釋在內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)體系中，內(nèi)生菌和植物之間通過相互作用來降解污染物的機(jī)理。比如內(nèi)生菌在宿主植物定殖后的轉(zhuǎn)移規(guī)律和持久性，以及植物代謝產(chǎn)物對(duì)內(nèi)生菌處理污染物的影響。

（2）污染物的降解通常是由多種內(nèi)生菌共同作用，而目前大多數(shù)研究只針對(duì)單一內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)，對(duì)于多種內(nèi)生菌組合在宿主植物內(nèi)相互作用、聯(lián)合代謝及其在植物內(nèi)部的分布還鮮有報(bào)道。

（3）就應(yīng)用范圍來看，目前大多數(shù)微生物聯(lián)合植物修復(fù)體系主要針對(duì)土壤污染，其對(duì)空氣和水體污染的修復(fù)同樣具有很大潛力，亟待加強(qiáng)研究。

因此，對(duì)于內(nèi)生菌聯(lián)合植物修復(fù)污染的研究可以從以下幾個(gè)方面深入：

（1）將內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的定殖規(guī)律與處理污染物的能力相關(guān)聯(lián)，研究內(nèi)生菌的定殖對(duì)于植物處理污染能力的影響。

（2）應(yīng)用內(nèi)生菌-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)處理空氣中的污染物。

（3）開展多種內(nèi)生菌與植物聯(lián)合體系在自然環(huán)境中相互作用的模擬研究，探究多種不同的內(nèi)生菌與植物的聯(lián)合修復(fù)體系，從而為實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。