丛枝菌根真菌通过调节根际微生物群并激活根部的镉转运网络，增强了黑茄（Solanum nigrum）对镉的植物吸收能力

《Journal of Environmental Sciences》：Arbuscular mycorrhizal fungi enhance cadmium phytoextraction by Solanum nigrum via rhizosphere microbiome modulation and activation of root Cd transport networks

　　

陈玉琳|曾萌|史敖敖|崔团团|徐阳|邱荣亮

摘要

丛枝菌根真菌（AMF）与镉（Cd）超积累植物Solanum nigrum之间的共生关系为植物修复提供了一种有前景的策略，但其背后的机制仍不明确。本研究通过结合沙培实验（Cd浓度为0、10和50 μmol/L）、分隔土壤系统（Cd浓度为1、5和10 mg/kg）以及根际细菌群落分析的方法，阐明了AMF介导的Cd积累过程。在50 μmol/L Cd胁迫下，AMF接种显著提高了地上部和根部的Cd浓度，分别增加了36.9%和41.5%，证实了植物提取Cd的能力显著增强。转录组分析和加权基因共表达网络分析表明，AMF诱导了根部转运蛋白的重新编程，其中ZIP1被鉴定为可能与Cd吸收相关的转运蛋白，并通过qPCR和PLS-SEM得到了验证。分隔土壤实验显示，虽然AMF菌丝促进了磷（P）的吸收，但它们不太可能直接介导不同土层间的Cd转移，这表明Cd积累的增加主要源于根部局部的调控而非菌丝的直接运输。此外，AMF接种改变了根际细菌群落结构，但并未增加整体多样性；富集的细菌类群与土壤中可利用的Cd和P以及植物体内的Cd和P含量显著相关，表明AMF通过改变根际中的养分-金属相互作用间接调节了Cd的吸收。总体而言，AMF通过协调根部转运蛋白的激活、养分平衡和微生物群落的重组，增强了Solanum nigrum的Cd吸收能力。这些发现为AMF辅助的植物修复提供了全面的机制理解，并支持其在治理镉污染土壤中的应用。