苗志加，孟祥源，李書緣，馬超，李晴，安賀鑾，趙鑫，趙志瑞，2，3*

（1.河北地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院，石家莊 050031；2.河北省高校生態(tài)環(huán)境地質(zhì)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心，石家莊 050031；3.河北省水資源可持續(xù)利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新中心，石家莊 050031；4.河北地質(zhì)大學(xué)自然資源資產(chǎn)資本研究中心，石家莊 050031）

土壤重金屬污染是關(guān)乎人類健康和糧食安全的重大問題。采礦、冶煉、電子工業(yè)、化石燃料燃燒、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動所產(chǎn)生的重金屬是土壤重金屬的主要來源[1-2]。重金屬污染具有隱蔽性、難降解、易積累等特點，土壤中過量的重金屬可以通過生物鏈在人體內(nèi)富集，對人體產(chǎn)生“三致”毒害作用[3-4]，因此土壤重金屬污染修復(fù)是目前亟需開展的工作。目前，常用的土壤重金屬修復(fù)方法有物理法、化學(xué)法、生物法[5]。植物修復(fù)作為生物法中的一種，其與物理化學(xué)方法相比，具有成本低、對土壤沒有二次污染及損傷、簡單易行等優(yōu)點[6]，同時也存在植株矮小、生長緩慢、修復(fù)效率低、修復(fù)時間長等缺點[7]，但是微生物和植物的聯(lián)合作用可以彌補單一修復(fù)技術(shù)的缺陷。

叢 枝 菌 根 真 菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是一種能與大多數(shù)陸地植物建立互惠共生關(guān)系的土壤有益菌[8]，可以幫助宿主植物擴大根系，促進(jìn)植物吸收營養(yǎng)元素及礦物質(zhì)，刺激菌根分泌抗氧化物質(zhì)抵御重金屬污染脅迫，從而達(dá)到提高植物修復(fù)效果的目的[9]。目前，關(guān)于接種AMF 對重金屬脅迫下植物生長發(fā)育、重金屬吸收、分布規(guī)律及富集特征方面的影響研究較多，但是關(guān)于AMF增強植物修復(fù)重金屬污染的機理研究并不深入?；诖?，本文概述了AMF對土壤重金屬修復(fù)的作用效果，并分別從植物、土壤及真菌自身3個角度闡述了AMF對重金屬的解毒機制。

1 AMF概述

1885年，F(xiàn)rank定義了“菌根”這一名詞[10]，它是一種高等植物和真菌的特殊共生體，與植物共生的真菌為菌根真菌，其菌絲可延伸到根際周圍和土壤中[11]。按照真菌在植物根系的寄生位置可以將菌根分為內(nèi)生菌根（Endomycorrhiza）、外生菌根（Ectomycorrhiza）以及內(nèi)外生菌根（Ectoendomycorrhiza）[12]。AMF 是一種內(nèi)生菌根真菌，其與植物形成的菌根主要包括菌絲體、泡囊和孢子等結(jié)構(gòu)，因在宿主植物根皮層細(xì)胞內(nèi)的“叢枝”結(jié)構(gòu)而得名[13]。目前研究和應(yīng)用較多的AMF 有根孢囊霉屬（Rhizophagus）中的異形根孢囊霉（Rhizophagus irregularis）、根內(nèi)根孢囊霉（Rhizophagusintraradices），球囊霉屬中的摩西球囊霉菌（Glomus mosseae），斗管囊霉屬（Funneliformis）中的摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）、地斗管囊霉（Funneliformis geosporum），多樣孢囊霉屬（Diversispora）中的地表多樣孢囊霉（Diversispora epigaea）[14-18]等。AMF 廣泛分布于各陸地生態(tài)系統(tǒng)中，其能與80%～90%的陸生植物共生形成菌根結(jié)構(gòu)，這對于維持植物的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要意義[19]。目前研究表明，AMF 在促進(jìn)植物生長、增強植物在逆境脅迫下耐性、提高植物修復(fù)重金屬及有機物污染能力方面都有十分重要的作用。

在植物-真菌-土壤體系中，AMF 菌絲的存在增大了植物根系與土壤的接觸面積，從而可以幫助植物根系吸收水分以及營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)植物生長。很多研究表明，接種AMF 可以活化根系土壤中氮磷元素，從而提高玉米（Zea mays）、小麥（Triticum aestivum）、大豆（Glycine max）等主要糧食作物的產(chǎn)量[20-21]，增加苜蓿（Medicago sativa）、白三葉草（Trifolium repens）、黑麥草（Lolium perenne）等草本植物植株高度、生物量以及根系長度[22-23]。AMF 促進(jìn)植物生長的同時能幫助植物抵抗生物和非生物脅迫，提高植物對不良環(huán)境的接受程度。生物脅迫包括害蟲、雜草及病原菌，其中真菌導(dǎo)致的病害占所有統(tǒng)計的85%以上[24]。目前已被報道的具有抗病蟲害能力的AMF 有摩西管柄囊霉、地斗管囊霉、摩西球囊霉、地表球囊霉、縮球囊霉、幼套球囊霉、根內(nèi)根孢囊霉等，其中90%以上集中在球囊霉科的球囊霉屬和斗管囊霉屬[24]。非生物脅迫主要有干旱、鹽堿、重金屬等。干旱環(huán)境下，AMF 可以顯著提高植物的生長指標(biāo)和光合參數(shù)[25]，菌絲可直接吸收部分水分改善植物水分狀況[26]，還可誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)間接提高植物的抗旱性[27]。徐瑤等[28]發(fā)現(xiàn)在NaCl 脅迫下接種摩西球囊霉能減緩紅花的鹽脅迫，主要通過以下途徑：提高紅花滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量、增強礦質(zhì)元素的吸收、減少紅花對Na+的吸收、減少鹽對葉綠素合成的干擾及減少膜脂過氧化的程度等。面對重金屬的毒害，Deram 等[29]研究了Cd、Pb 和Zn復(fù)合污染土壤中AMF的定殖情況，發(fā)現(xiàn)菌根侵染幾乎完全不受土壤污染的影響，這說明AMF可以抵抗重金屬的脅迫。將AMF 與重金屬修復(fù)相關(guān)聯(lián)最早是在2002年，Jamal等[30]首次發(fā)現(xiàn)在Zn 和Ni污染土壤中接種AMF可以提高大豆和小扁豆對重金屬的吸收效率，從而引發(fā)了科研人員對于AMF 緩解土壤重金屬污染方面的關(guān)注。

2 AMF對重金屬污染土壤的修復(fù)

AMF 緩解土壤重金屬污染的方式主要是通過影響植物對重金屬的吸收，但AMF 種類繁多，其功能呈現(xiàn)多樣化，因此對于不同宿主植物以及不同重金屬的作用效果也不一致。表1 總結(jié)了近年來關(guān)于AMF 對重金屬修復(fù)的相關(guān)研究及修復(fù)效果。一般來說，接種AMF 可促進(jìn)重金屬固定在植物根系部分，減少其向地上部分的遷移。在Cd 濃度為400 mg·L-1條件下分別接種5 種AMF，各處理均明顯促進(jìn)了芹菜對Cd 的吸收，根部Cd 含量、Cd 滯留率及富集系數(shù)顯著提升（P＜0.05），莖葉部Cd 含量、遷移率顯著降低（P＜0.05）[9]。Huang等[39]在4種Pb水平下（0、90、900、3 000 mg·kg-1）對刺槐接種摩西管柄囊霉進(jìn)行對比實驗，結(jié)果表明接種菌劑植株的根和莖的Pb積累和轉(zhuǎn)運能力更強，但葉片中的Pb 積累和轉(zhuǎn)運能力更低。然而并不是所有的AMF 都可以將重金屬螯合固定在根部。如沾屑多樣孢囊霉可以增加紫花苜蓿地上部分Cd、Zn 兩種重金屬的累積量，減少根部Zn 含量[40]，這表明部分AMF 也可能促進(jìn)重金屬向地上部分的轉(zhuǎn)移。此外也有研究表明，AMF 在植物根部定殖對植物吸收重金屬幾乎沒有影響[41]。Citterio 等[42]在100 μg·g-1Cd 和Ni 及300μg·g-1Cr 污染的土壤中接種摩西球囊霉菌，發(fā)現(xiàn)與不接種菌劑的植物相比，兩者植物器官中的Cd 和Cr 含量沒有統(tǒng)計學(xué)差異，并認(rèn)為植物體內(nèi)吸收的重金屬的分布與土壤重金屬含量有關(guān)。接種AMF后不同植物對重金屬脅迫產(chǎn)生的響應(yīng)差異較大，甚至同種AMF 對于不同品種的同類植物的重金屬累積效應(yīng)也有差距。Chen等[43]觀察到，外來AMF能促進(jìn)雌性植物根系對Pb的吸收和積累，但對雄性植物根系沒有促進(jìn)作用。宿主植物類型、對菌根依賴強度以及基因型的差異會對AMF 的作用效果產(chǎn)生影響[44]。AMF對植物吸收和轉(zhuǎn)運重金屬的效應(yīng)可以是促進(jìn)、抑制或不產(chǎn)生影響，但目前AMF與哪些特定的植物聯(lián)合表現(xiàn)出促進(jìn)或是抑制作用，尚無一致的結(jié)論。

表1 AMF修復(fù)重金屬污染的作用效果Table 1 Effects of AMF on remediation of heavy metal pollution

AMF 的作用效果還與重金屬含量、重金屬種類、菌根真菌種類、土壤理化特性、金屬之間的競爭、植物-微生物關(guān)聯(lián)類型、植物生長條件和根系密度[45]、植物對污染物的耐受性和重金屬的生物有效性[46]等諸多因素有關(guān)。目前人們關(guān)注較多的因素為重金屬含量與土壤理化特性的影響。隨著土壤重金屬污染程度的增加，可能存在一個臨界含量，低于該含量時，AMF 促進(jìn)植物對重金屬的吸收，而高于該水平時，重金屬向寄主植物地上部分的轉(zhuǎn)移受到抑制[47]。如Zn元素在植物生長過程中發(fā)揮著重要作用，是植物體必需的營養(yǎng)元素，但當(dāng)含量過高時，其也是一種潛在的有毒金屬。Chen 等[48]在石灰性土壤中添加不同比例的Zn（ZnSO4溶液）來研究AMF 在紅三葉草Zn 吸收中的作用，結(jié)果均顯示對應(yīng)臨界施Zn 量為50 mg·kg-1。這一結(jié)果并不是對所有土壤及植物都適用，對于不同土壤類型和植物物種的臨界值還需要更準(zhǔn)確地確定。一般來說，沙土、輕壤土中孢子密度較大，黏土中較小[49]；有機質(zhì)、速效氮、速效鉀含量較高的土壤AMF豐度及侵染率較大，而pH較大、速效磷含量較高的土壤AMF存活會受到抑制[50]。因此土壤的理化性質(zhì)會影響菌根侵染程度，從而間接影響AMF對土壤重金屬的修復(fù)效果。AMF耐重金屬脅迫的規(guī)律及上述影響因子發(fā)揮的作用機理目前尚不明確，仍需進(jìn)一步研究。

目前，AMF 增強植物修復(fù)土壤重金屬污染能力這一技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用，其限制因素除AMF 作用效果不一、對土壤及植物的限制條件較高外，還與AMF 很難進(jìn)行離體純培養(yǎng)有關(guān)。AMF 菌劑擴繁常用的方法有盆栽培養(yǎng)、無土培養(yǎng)、大田培養(yǎng)、離體純培養(yǎng)和離體雙重培養(yǎng)[51]。其中盆栽培養(yǎng)成本低廉、操作簡單，是目前應(yīng)用最為廣泛的菌劑培養(yǎng)方法，但是其缺點是培養(yǎng)周期長、培養(yǎng)效率較低。無土培養(yǎng)對配置要求較高，需要專業(yè)設(shè)備和技術(shù)人員，成本較為昂貴，并不能作為主要的菌劑生產(chǎn)手段。大田培養(yǎng)成本最低，可快速獲得大量菌劑，但得到的真菌孢子不易收集且不夠純凈。AMF 的離體純培養(yǎng)方法還處于探索階段，目前沒有取得突破性進(jìn)展，因此限制了其在各領(lǐng)域的深入研究及其在生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用[52-53]。我國也已經(jīng)分離獲得了多個高效菌株，但由于市場需求有限、技術(shù)體系不成熟及缺乏投入，尚未實現(xiàn)實驗菌劑的大規(guī)模工廠化生產(chǎn)和廣泛的商品化應(yīng)用[54]。

3 AMF增強植物重金屬耐性機制

AMF 促進(jìn)植物吸收重金屬，提高其對重金屬耐受性，減小重金屬毒害作用的機制十分復(fù)雜。在共生系統(tǒng)中，土壤、植物以及真菌自身對于重金屬脅迫都會發(fā)生系列變化以進(jìn)行防御，AMF 可以作為植物和土壤之間的橋梁，在吸收、轉(zhuǎn)運、固定重金屬過程中發(fā)揮重要作用。一方面，AMF 可以通過改善植物的生長狀況、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運蛋白抑制重金屬吸收、增強植物抗氧化能力等途徑提高植物對重金屬脅迫的抗性；另一方面，AMF 可以通過菌絲吸附固持重金屬、分泌有機酸螯合重金屬、改變重金屬有效態(tài)含量等途徑減緩重金屬對植物的毒害作用。以下分別從生長稀釋及限制吸收作用、抗氧化機制、螯合重金屬機制、吸附固持重金屬機制4個方面來詳細(xì)闡述。

3.1 生長稀釋及限制吸收作用

許多研究報道，接種AMF 能夠增加植物根系對微量元素及礦物質(zhì)等營養(yǎng)元素的吸收，幫助植物吸收水分，使植物各生長指標(biāo)得到改善[55-57]，如圖1 中的①、②過程。這種生長刺激與以下事實有關(guān)：AMF 將吸收網(wǎng)絡(luò)延伸到根際的養(yǎng)分消耗區(qū)之外，從而可以接觸到更大體積的土壤[58-59]。此外，真菌菌絲遠(yuǎn)比根細(xì)，因此能夠穿透較小的氣孔并吸收更多的營養(yǎng)[60]。在Cd脅迫下，接種AMF能顯著提高Cd污染土壤中植物新梢的氮磷含量[61]。Sudová 等[62]從污染基質(zhì)中分離出來的AMF 密集定殖片段中的P和Pb的濃度顯著高于非定殖片段，這表明真菌結(jié)構(gòu)除積累重金屬外還可以累積礦質(zhì)營養(yǎng)元素。P 是植物生長所必需的營養(yǎng)元素，它在土壤中是不可移動的，大部分P 與有機分子或礦物表面結(jié)合，植物根系自身對P 的利用率較低[63]。AMF可以輔助吸收P元素，通過AMF輔助途徑可提供高達(dá)80%的無機磷[64-65]。真菌菌絲一方面增加宿主植物根表面積以吸收更多的P，另一方面也能水解有機磷。菌絲吸收無機磷后將其運送到根內(nèi)叢枝結(jié)構(gòu)中，從而與宿主交換營養(yǎng)物[66]。除此之外，AMF 可以通過調(diào)控磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白基因表達(dá)來加速宿主植物對磷酸鹽的吸收，Gao等[67]的研究表明，根內(nèi)球囊霉菌與棉花共生，可使棉花根和葉中磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白家族基因激活和上調(diào)，棉花生物量中的P 含量提高了43.27%。AMF 也可以幫助植物吸收N、Ca、S、K、Zn 等其他營養(yǎng)元素。通過對上述元素的吸收，植物中的重金屬相對含量能夠減少，這一過程可以解釋為“生長稀釋”效應(yīng)[48，68-70]。

圖1 AMF增強宿主植物重金屬抗逆性機制示意圖（根據(jù)陳保冬等[58]修改）Figure 1 Mechanism of AMF enhancing heavy metal resistance in host plants（revision after Chen et al[58]）

AMF 刺激植物根系分泌的有機酸等物質(zhì)影響土壤微生物群落的組成，間接改變宿主植物根系周圍土壤的理化性質(zhì)，改善土壤養(yǎng)分[71]，并通過促進(jìn)植物對營養(yǎng)元素的吸收稀釋植物體內(nèi)重金屬含量，達(dá)到解毒的目的。Jansa等[72]曾表明AMF 與土壤微生物之間是互利共生的關(guān)系。AMF 菌絲分泌物優(yōu)先被菌絲體表面或附近的特定微生物群落利用，而與AMF 相關(guān)的微生物通過微生物介導(dǎo)的氮礦化、氮固定和磷增溶作用，又為真菌提供專屬的氮磷等其他不可利用的養(yǎng)分。袁麗環(huán)等[73]的研究表明翅果油樹幼苗接種AMF后，根面上的細(xì)菌、放線菌、固氮菌的數(shù)量顯著增加，植物可吸收利用的氮磷含量增高。

植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運蛋白在限制重金屬吸收過程中發(fā)揮著重要作用，AMF 定殖可以影響部分轉(zhuǎn)運蛋白的編碼基因表達(dá)[74-75]。這些蛋白包括鋅轉(zhuǎn)運蛋白、金屬硫蛋白、90kD 熱休克蛋白以及谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等[76]。上述蛋白的基因表達(dá)受到抑制會降低植物對重金屬的吸收程度，從而達(dá)到解毒的目的。Sun 等[31]在Se 脅迫的土壤中接種AMF，發(fā)現(xiàn)AMF 與玉米共生降低了Se 吸收相關(guān)離子轉(zhuǎn)運蛋白基因（ZmPht2、ZmNIP2；1、ZmSultr1；3）的表達(dá)，Se 從土壤到玉米根系的跨膜轉(zhuǎn)運過程受到抑制。除Se 外，也有研究發(fā)現(xiàn)，AMF 可以降低As、Cd、Cu、Zn 等相關(guān)離子轉(zhuǎn)運蛋白基因的表達(dá)[77]。

3.2 抗氧化機制

當(dāng)植物受到重金屬脅迫時，其體內(nèi)分泌的抗氧化酶等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以清除金屬誘導(dǎo)的活性氧化自由基（ROS），減輕重金屬對植物的氧化損害，提高植物的耐性。在金屬脅迫下，植物體內(nèi)的抗氧化酶含量降低，AMF 可以調(diào)節(jié)抗氧化酶系統(tǒng)，減少植物細(xì)胞內(nèi)ROS 的積累，減輕膜脂過氧化程度，確保物質(zhì)運輸和能量傳遞[78]。楊玉榮[79]通過對比盆栽實驗，發(fā)現(xiàn)AMF接種明顯增強了Pb脅迫條件下刺槐幼苗葉片中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、抗壞血酸過氧化物酶活性，AMF 通過促進(jìn)宿主植物的抗氧化酶活性提高植物的抗逆性。

3.3 螯合重金屬機制

重金屬污染程度較高的土壤中，AMF 自身細(xì)胞內(nèi)外及宿主植物根系都會分泌相關(guān)物質(zhì)對重金屬進(jìn)行抵御，以增加土壤中重金屬的穩(wěn)定性，減少對植物的毒害作用。AMF 分泌物（如細(xì)胞壁分泌的黏液、聚磷酸鹽、有機酸根離子、無機酸根離子等）可以螯合過量的重金屬，阻礙重金屬的遷移[80]。重金屬脅迫下，AMF 也能刺激植物根系有機酸的分泌。這些分泌物包括氨基酸、糖類、酚類、次生代謝產(chǎn)物等低分子量分泌物和多糖、蛋白質(zhì)等高分子量分泌物[79]。根系有機酸具有一個或多個羥基、氨基或羧基等活性官能團，在土壤-根界面與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合-解離作用，活化土壤中的營養(yǎng)元素，將離子態(tài)的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘暂^低或者無毒的螯合態(tài)，從而降低重金屬離子對植物細(xì)胞的毒害作用[81]。一些超累積植物已被證實可以通過釋放有機酸來緩解重金屬脅迫，如超累積植物葉芽鼠耳芥根部分泌的蘋果酸和檸檬酸可螯合Zn 離子[82]。此外，有機酸對重金屬的另一作用為改變根際土壤pH，進(jìn)而影響土壤中重金屬的有效性。Claroideoglomus etunicatum真菌侵染玉米可顯著促進(jìn)根系分泌有機酸，從而降低pH 及As 的生物有效性，抑制玉米對As 的吸收，但該菌作用于蜈蚣草會得到相反的結(jié)果[83]。張慧娟[84]發(fā)現(xiàn)接種AMF 能降低刺槐根系分泌有機酸的總量，從而顯著提高根際土壤pH，土壤中離子交換態(tài)Pb 含量隨pH 升高而減少，進(jìn)而減輕了Pb 脅迫對刺槐的毒害作用。上述分析表明，AMF對植物根系有機酸分泌的影響效果并不一致，因此在評價其影響時應(yīng)該考慮AMF 種類、宿主植物類型、土壤自身理化性質(zhì)等多方面因素。

AMF 還可以分泌一種頑疏水、耐熱、頑抗的糖蛋白——球囊霉素相關(guān)蛋白（Glomalina-related soil protein，GRSP），它包含在菌絲和孢子壁中[85]，在菌絲和孢子衰老后被釋放到土壤和沉積物中。GRSP的有利位置可以幫助菌絲黏附在污染物表面，有助于將重金屬固定在土壤-菌絲界面[86]，圖1 中④過程可以表示重金屬被阻滯在菌根共生結(jié)構(gòu)中。González-Chávez等[87]分別用檸檬酸、硼酸和鹽酸多次解吸與GRSP 溶液結(jié)合的Cu，發(fā)現(xiàn)Cu 很難被全部解吸下來，解吸后Cu 含量占解吸前含量的7.2%～12.0%，這說明球囊霉素對土壤中重金屬有強化學(xué)絡(luò)合作用，可降低這些元素的生物可利用性和毒性風(fēng)險。Wang 等[88]通過主成分分析表明，9 種重金屬的綜合指標(biāo)與GRSP 含量呈正相關(guān)，GRSP 的大量分布可以提高重金屬的固定潛力[89]。有機酸及GRSP可改變重金屬的形態(tài)從而降低重金屬在土壤中的遷移及其生物有效態(tài)含量，如圖1中⑤過程所示。

3.4 吸附固持重金屬機制

AMF 的根外菌絲能夠吸附部分重金屬（圖1中的③過程）。利用菌絲與植物根系直徑差異懸殊這一特點，可以采用玻璃珠分室培養(yǎng)系統(tǒng)收集菌絲，研究菌絲對重金屬的吸附。陳保冬等[90]發(fā)現(xiàn)離體真菌菌絲能夠吸附Mn、Zn 和Cd，吸附量分別為自身干物質(zhì)量的1.6%、2.8%和13.3%。AMF 菌絲通過自身吸附作用將重金屬阻攔在植物根系外，減少進(jìn)入植物體內(nèi)的重金屬含量，即AMF 的“過濾機制”。同時龐大的菌絲體系可以增大植物根系與土壤接觸位點，增加對重金屬的吸附量[91]。

AMF 菌絲中存在的轉(zhuǎn)運蛋白在緩解重金屬毒害及重金屬區(qū)域化過程中起到重要作用。從Glomus intraradices中分離出來的GintABC1基因可以誘導(dǎo)ATP 結(jié)合子轉(zhuǎn)運蛋白將重金屬（如Cu、Cd 等）絡(luò)合物轉(zhuǎn)運至液泡中[92]；其根外菌絲中的Zn 轉(zhuǎn)運蛋白與AMF 緩解Zn 毒害及Zn 的區(qū)域化有關(guān)[7]。當(dāng)重金屬進(jìn)入根細(xì)胞后，生物體常會將重金屬穩(wěn)定在某一特定部位從而降低關(guān)鍵生理功能部位重金屬含量，在這一過程中部分重金屬限制基因開始發(fā)揮作用，AMF 的存在也可以調(diào)控植物相關(guān)基因的表達(dá)。如HMA3基因可以將Cd 螯合到根細(xì)胞的液泡中，從而降低Cd 從根到地上部分的易位率[93-94]。接種摩西管柄囊霉菌后HMA3基因表達(dá)上調(diào)，這與根中Cd 含量較高，地上部分Cd 含量較低的結(jié)果一致[95]。表2 總結(jié)了接種AMF對相關(guān)轉(zhuǎn)運蛋白基因表達(dá)調(diào)控的結(jié)果，證明了AMF可以通過阻滯重金屬進(jìn)入細(xì)胞、降低植物對重金屬的吸收轉(zhuǎn)運、根部細(xì)胞螯合重金屬、刺激宿主合成植物螯合素等途徑減緩重金屬毒性。但沒有直接證據(jù)表明AMF 可以直接調(diào)控植物體內(nèi)相關(guān)基因表達(dá)，這也可能是接種AMF 后植物體的生理響應(yīng)對相關(guān)基因的表達(dá)產(chǎn)生了影響。部分研究認(rèn)為AMF 菌絲分隔重金屬，降低植物重金屬含量，同時也會抑制這些轉(zhuǎn)運基因的表達(dá)。Motaharpoor 等[104]的研究表明，接種AMF會使污染土壤中植物螯合素合酶合成基因（MSPCS1）、金屬硫蛋白合成基因（MSMT2）、兩種轉(zhuǎn)運基因（MsIRT1和MsNRAMP1）的轉(zhuǎn)錄豐度降低，這可能是菌絲的金屬隔離使根細(xì)胞中的Cd 濃度不足，無法誘導(dǎo)上述基因的表達(dá)。AMF 對重金屬吸收相關(guān)離子轉(zhuǎn)運蛋白基因表達(dá)的調(diào)節(jié)作用可能與不同植物在不同生長時期和不同環(huán)境條件下的特定重金屬含量有關(guān)。到目前為止，關(guān)于AMF 對重金屬脅迫下植物吸收相關(guān)離子的分子學(xué)機制研究尚在起步階段，AMF 對重金屬的分子響應(yīng)常伴隨植物體內(nèi)重金屬含量和礦物質(zhì)營養(yǎng)狀況的變化，因此難以判斷AMF 是直接調(diào)控還是間接調(diào)控基因的表達(dá)[58]。明確AMF 對于重金屬脅迫下基因表達(dá)的直接作用，系統(tǒng)闡述AMF 增強植物重金屬抗性分子學(xué)機制是未來要開展的工作。

表2 AMF調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)運蛋白基因表達(dá)的結(jié)果Table 2 Results of AMF regulating gene expression of related transporters

4 總結(jié)與展望

（1）隨著土壤及農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)問題的出現(xiàn)，土壤污染治理技術(shù)也得到重視。叢枝菌根真菌（AMF）強化植物修復(fù)重金屬污染是一種綠色健康、經(jīng)濟有效的修復(fù)手段。但目前該技術(shù)仍有很多局限，如修復(fù)時間較長，對于復(fù)合污染土壤修復(fù)效果不佳，對土壤肥力、水分的自然和人為條件要求較高，這些缺點導(dǎo)致大部分研究只是停留在實驗室階段，并不能投入到實際應(yīng)用中。如何解決上述缺陷，是目前研究的重點和難點。

（2）AMF 增強植物在重金屬脅迫下的耐受機理十分復(fù)雜且受到諸多因素的影響，本文只是簡單地綜述了其中幾個重要因素，對于此方面的研究仍在繼續(xù)。此外，分子生物學(xué)的發(fā)展有助于AMF修復(fù)土壤重金屬機理的研究。雖然目前也有一些報道從分子生物學(xué)角度分析了AMF 的作用機制，但是AMF 是否直接作用于植物基因表達(dá)的調(diào)控，又是怎樣誘導(dǎo)植物分泌某些聚合物的問題目前尚不清楚，有待繼續(xù)研究。

（3）目前，AMF 的離體培養(yǎng)以及工業(yè)化菌劑的制備仍是亟待解決的技術(shù)難題，解決這一問題將會對聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中的發(fā)展提供幫助。