植物—根际微生物—重金属之间的互作新见解

　　

　　重金属是土壤中主要的一类污染物，也是植物面临的最主要的非生物胁迫之一。在长期的适应和进化过程中，一些植物对重金属产生了很强的耐受和富集能力。筛选重金属富集型植物并解析相关机制对于农业上应对土壤重金属污染具有重要意义。

　　商陆属（Phytolacca L.）植物以高大草本为主，其中商陆（P. acinosa）、垂序商陆（P. americana）等物种对重金属锰（Mn）、镉（Cd）和多种稀土元素都具有很强的富集能力，在土壤污染修复中具有重要应用潜力，但目前对于商陆属植物响应土壤重金属的根际机理研究还很少。 

　　中国科学院昆明植物研究所资源室许建初研究团队以垂序商陆作为对照，研究了二十蕊商陆（P. icosandra）和多雄蕊商陆（P. polyandra）对Cd的富集特征及其根际响应机理。结果发现二十蕊商陆和多雄蕊商陆比垂序商陆表现出更强的Cd富集能力。相对于未种植植物的土壤，3种商陆属植物根际土壤的pH、有效Cd和细菌群落都发生改变。其中高丰度的乳酸杆菌属（Lactobacillus）细菌特异性地富集在3种商陆属植物根际土壤中。根据土壤pH、有效Cd和根际微生物之间的相关性分析结果，研究人员推断商陆属植物根际招募的乳酸杆菌可能通过分泌有机酸、短链脂肪酸等酸性物质降低土壤pH，从而提高根际土壤中Cd的生物有效性，进而促进植物对Cd的富集。研究人员进一步通过外源接种在种水平鉴定到的鼠乳杆菌（L. murinus）、加氏乳杆菌（L. gasseri）和罗伊氏乳杆菌（L. reuteri）菌株对该推断进行了验证。 

　　该研究为理解植物—根际微生物—重金属之间的互作提供了新的见解，也为土壤Cd污染的植物修复提供了新的生物资源。研究结果以Rhizospheric Lactobacillus spp. contribute to the high Cd-accumulating characteristics of Phytolacca spp. in acidic Cd-contaminated soil为题发表在国际期刊Environmental Research上。中国科学院昆明植物研究所李雄博士为论文的第一兼通讯作者，许建初研究员、科研助理李伯群和已毕业博士生刘园园对该研究做出了贡献。研究得到了中国科学院青年创新促进会（2020387）和云南省野外科学观测研究站（202205AM070007）的支持。 

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图1 论文的Graphical abstract 

 

图2 外源接种乳酸杆菌菌株对二十蕊商陆根际土壤pH和有效Cd浓度的影响