摘要: 近些年来土壤生态系统中的塑料污染引起了人们的重视，由于塑料的降解周期长，在环境中受外力的作用会降解形成尺寸更小的纳米塑料（NPs）,已经被证实能够对作物产生负面作用，被植物根系吸收，通过蒸腾作用迁移至地上部，随着食物链传递到人类产生危... 展开 近些年来土壤生态系统中的塑料污染引起了人们的重视，由于塑料的降解周期长，在环境中受外力的作用会降解形成尺寸更小的纳米塑料（NPs）,已经被证实能够对作物产生负面作用，被植物根系吸收，通过蒸腾作用迁移至地上部，随着食物链传递到人类产生危害。因此，迫切需要开发出一项能够有效降低植物吸收NPs的方法，减少纳米塑料带来的健康风险以及对农业生产的负面效应。 丛枝菌根真菌（AM真菌）能够与80％以上的陆生植物形成共生关系，在土壤生态系统中占据重要的生态位，通过直接和间接方式协助宿主植物抵御外源胁迫，促进植物生长。本试验以AM真菌（Rhizophagusirregularis）为研究对象，采用乳液聚合法合成具有不同表面电荷的纳米聚苯乙烯（PS-NPs）,通过盆栽试验，从AM真菌-作物的共生体系与NPs互作为切入点，揭示AM真菌对NPs胁迫下植物生理生化（光合系统、氧化应激-抗氧化系统）和分子水平（转录组、关键基因表达）响应机制;基于经过RiT-DNA转化的毛状根构建无菌纯培养体系，结合水通道蛋白和质子泵抑制技术，阐明NPs对AM真菌结构和功能的影响;利用高通量测序技术，进一步揭示NPs胁迫对共生体系菌根际和菌丝际土壤微生物群落结构和植物磷吸收的影响机制，具体研究结果如下: （1）接种AM真菌能够提高带正电荷和带负电荷纳米塑料胁迫下生菜生物量。在土壤∶砂=1∶1（v/v）的基质中加入5gkg-1不同表面电荷的NPs会降低生菜地上部生物量。添加带正电荷PS-NH2和带负电荷PS-SO3H的NPs（粒径约30nm）的处理中，AM真菌能使生菜地上部生物量增加25％～100％,并降低地上部带正电荷NPs的含量。接种AM真菌提高了带电NPs胁迫下生菜地上部抗坏血酸（ASA）含量，并降低了超氧阴离子自由基（O2·-）和过氧化氢（H2O2）含量;在PS-SO3H胁迫下，AM真菌还降低了叶片丙二醛（MDA）含量并提高了谷胱甘肽（GSH）含量和光合速率（Pn）,说明接种AM真菌能够提高生菜活性氧（ROS）清除能力减轻氧化胁迫，增强了植物的抗逆能力。转录组学分析结果也表明，接种AM真菌导致植物激素信号、细胞壁代谢和氧化剂清除相关的防御基因表达上调。综上所述，菌根共生通过降低氧化胁迫、增加地上部生物量、提高抗氧化活性和光合作用改善了生菜的生长状态。使用经过RiT-DNA转化的毛状根构建无菌纯培养体系和荧光标记的NPs研究了不同电荷NPs在根外菌丝中的吸收和转运。结果表明，根外菌丝能主动捕获NPs,不同表面电荷NPs均能够通过被动运输进入根外菌丝，并进一步将其输送到根部。菌丝分泌物会加速正电NPs团聚，抑制NPs向菌丝内部迁移。通过菌丝途径进入植物的带正电荷的PS-NH2被固定在皮层细胞中，而电中性的PS和带负电荷的PS-COOH能够进入中柱鞘，存在向地上部转运的可能。 (2)第三章节中使用RiT-DNA转化的毛状根构建二分室无菌纯培养体系，研究NPs对AM真菌共生前阶段孢子共生信号识别和萌发、菌丝发育、和真菌功能的影响。并通过盆栽试验，研究NPs处理后孢子的侵染能力以及菌根共生后的磷吸收能力变化。结果表明，对于孢子，pH升高加剧了NPs在AM真菌孢子表面的附着，少量NPs能够进入孢子内部。附着的NPs抑制了AM真菌孢子对合成独脚金内酯的识别能力，细胞内Ca2+震荡强度显著降低，导致孢子不能在远距离通过菌丝伸长与寄主植物建立共生关系。对于根外菌丝，NPs能够进入根外菌丝，通过诱导活性氧产生破坏菌丝的细胞膜通透性和细胞器结构，降低与ATP合成相关的琥珀酸脱氢酶(SDH)活性，抑制菌丝伸长和分枝形成。盆栽试验中，NPs处理后的AM真菌孢子在根中的总侵染率和丛枝侵染率均显著降低，土壤中的菌丝长度密度下降，导致土壤磷酸酶活性和磷循环相关功能基因(ppk、phnK和gcd)相对丰度降低，阻碍AM真菌介导的磷矿化过程。本试验的研究结果证实了NPs对AM真菌共生前阶段的负面影响。通过影响孢子萌发和菌丝伸长改变AM真菌与宿主植物共生关系的建立以及磷获取能力。 (3)在本章节中，通过二分室盆栽试验，构建仅含有菌丝的土壤环境，研究NPs对土壤微生物群落和植物磷吸收作用机制的影响。结果表明，在根际区域AM真菌能够提高无机磷吸收相关的功能基因gcd和ppk的相对丰度。通过降低Chao1和Shannon指数并提高Actinobacteria的相对丰度，同时降低Acidobacteria的相对丰度，从而形成特定的土壤微生物群落，增强土壤磷活化能力，促进磷吸收。NPs会导致玉米根生物量减少，提高Gammaproteobacteria的相对丰度，降低土壤有效磷含量。在菌丝室土壤中，AM真菌能够降低Shannon和Pielou_e指数，提高菌丝密度，并提高微生物共生网络间的连接数，增强微生物间的关联性。此外，通过提高Gammaproteobacteria和Alphaproteobacteria的相对丰度，促进有机磷转化为无机磷。添加NPs会降低phoD基因的相对丰度，降低磷酸酶活性，抑制土壤磷活化和周转过程。 本研究以AM真菌-植物共生体和纳米颗粒（NPs）为研究对象，探究了NPs在共生体中的吸收和迁移过程，并阐述了NPs如何阻碍AM真菌孢子萌发和侵染过程的影响机制，以及NPs对根际和菌丝际土壤微生物群落结构及植物磷吸收的影响，为使用AM真菌减轻陆地生态系统中NPs的环境风险提供了科学依据。 收起