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本文聚焦于豆科植物、根瘤菌（Rhizobium）和丛枝菌根真菌（AM 真菌）的共生关系，探讨其在减轻重金属污染污水污泥影响方面的作用。研究发现，这种共生能促进植物生长、提高养分吸收，为植物修复提供新方向，对农业可持续发展意义重大。
### 1. 引言
豆科植物（Fabaceae）是仅次于谷物的重要主食，富含蛋白质、碳水化合物等营养物质，还能固氮，改善土壤质地和肥力。根瘤菌和 AM 真菌与豆科植物形成的三方共生关系，有助于植物吸收养分、抵御胁迫。污水污泥因含有植物生长所需元素，常被用作农业肥料，但其中的重金属会威胁生态系统。本文旨在探讨豆科植物在污水污泥重金属污染土壤修复中的作用。常见的豆科植物鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）和小扁豆（Lens culinaris Medik.），不仅是人类饮食的重要组成部分，还在植物修复中具有潜力。
2. 豆科作物中微生物的共生关系
2.1 根瘤菌
根瘤菌是能固氮的根瘤菌，在土壤和植物根系中自由生活，与豆科植物根系形成共生关系，形成根瘤，将空气中的氮气转化为植物可利用的氨。根瘤菌的数量、结瘤能力和固氮能力因土壤类型而异。接种高效根瘤菌菌株能提高豆类作物的结瘤、固氮、生长和产量。根瘤菌还能调节植物生长，抵抗生物和非生物胁迫，如土壤病原体、盐分、干旱、养分缺乏和重金属等。
2.2 丛枝菌根（AM）真菌
AM 真菌能与 80% 以上的陆地植物形成共生关系，分布广泛。AM 真菌通过菌丝吸收土壤中的磷、氮等养分，并转移到植物地上部分。AM 真菌还能扩大植物根系表面积，提高养分吸收效率。
- 2.2.1 AM 真菌作为天然生物肥料：AM 真菌能增加植物对养分的吸收，维持土壤结构，减少养分淋失，促进植物生长和提高产量，增强植物对土壤病害的抵抗力，还能激活土壤生物群落，在污染土壤中提高植物修复效率。
- 2.2.2 AM 真菌与植物抗逆性：AM 真菌能提高植物对干旱、盐分、高温和污染物等非生物胁迫的耐受性，增强植物的光合作用和抗氧化防御机制。部分 AM 真菌能通过产生糖蛋白 “Glomalins” 和蛋白质 “Metallothionine” 来固定重金属，降低其毒性。
3. 环境中的重金属
重金属污染是全球严重的环境问题，会影响陆地和水生生物，污染土壤、水和空气，且难以降解。
3.1 污水污泥
污水污泥是城市和工业活动产生的固体废弃物的主要组成部分，含有植物所需的养分，但也含有重金属和有机污染物。
- 3.1.1 主要成分：污水污泥主要由水、有机化合物、大量和微量营养素、重金属、有机微毒素和微生物组成。其中，重金属包括镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）、镍（Ni）和锌（Zn）等。
- 3.1.2 对植物的主要影响：污水污泥作为肥料能促进植物生长和提高产量，增加植物叶绿素含量和光合作用，但也会导致植物体内重金属积累，影响植物生长和食品安全。
- 3.1.3 对土壤的主要影响：污水污泥能改善土壤物理性质，如密度、渗透性和保水性；影响土壤化学性质，如 pH 值、阳离子交换容量；促进土壤微生物活动，但高浓度的重金属会抑制土壤微生物生长。
- 3.1.4 污水污泥中重金属的存在及其对健康和生产力的影响：污水污泥是农业土壤中重金属的主要来源之一，其重金属含量因来源和处理程度而异。重金属会通过食物链传递，对人类和动物健康造成威胁。
4. 微生物与植物 - 重金属的相互作用
根瘤菌接种能促进作物生长和提高植物生物量，增加植物氮含量。根瘤菌还能通过吸附和金属耐受等过程帮助植物生长，减少金属毒性。AM 真菌能通过将重金属固定在其几丁质细胞壁上，帮助修复重金属污染土壤，调节重金属在植物体内的运输，降低其毒性。
5. 植物修复的意义
植物修复是一种利用植物去除土壤中重金属的有效方法，包括植物稳定化、植物提取、植物挥发和植物过滤等技术。根瘤菌和 AM 真菌能增强植物修复能力，通过改变植物根系吸收特性，促进重金属吸收和积累，提高土壤肥力，减轻重金属对植物的毒性。
6. 结论与展望
污水污泥的循环利用对实现可持续农业至关重要，但其中的重金属会影响植物生长和土壤微生物共生关系。根瘤菌和 AM 真菌能帮助植物抵御重金属胁迫，但它们的作用受多种因素影响。未来研究应深入了解植物 - 根瘤菌 - AM 真菌与重金属的相互作用，合理利用污水污泥，促进农业可持续发展。
