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球囊霉素是由AM 真菌产生的一种含金属离子的糖蛋白[12-14],主要存在于AM 真菌菌丝体和孢子壁层结构中,对维护AM 真菌本身的生物及生理功能极为重要[15],当球囊霉素随菌丝和孢子降解而进入土壤后,又成为土壤有机源;并且其独特的“超级胶水”黏附能力,能提高土壤团粒结构的稳定性和抗侵蚀能力,促进沙化土壤恢复。对球囊霉素的研究可进一步明确AM 真菌在维持土壤结构、促进营养物质循环中的地位和作用。
AMF 能通过若干机制影响矿区生态系统:AMF 将土壤中的营养元素转移到宿主植物,促进植物生长量的增加,增加了植物的净生产力;AMF 通过促进土壤中有机物质的分解增加了宿主植物对土壤营养物质的吸收和运输,外生菌丝把宿主植物体内的营养元素运向土壤,从而改善土壤颗粒结构,通过和其它土壤微生物的共同作用来提高矿区废弃地的生态能力;菌丝体的直接影响,例如所产生的球囊霉素,通过球囊霉素或AMF 相关微生物[16]和菌丝的联合作用,间接增加了生物碳固持;发育良好的菌根,增加了于土壤接触的表面积,菌丝伸长在辅助植物营养吸收的同时,使土壤通气性增加,作物残体和土壤充分接触,加速了有机质的积累,降低了土壤的扰动,创造了良好的土壤环境。
3 AMF 在矿区废弃地生态修复中的应用
当前菌根国内外研究主要集中在如下几个方面:
3.1 研究方法
从传统的植物生理学研究水平深入到植物群落水平,进一步扩大到了生态系统水平。张淑彬等[17]在盆栽试验条件下,应用灭菌的露天煤矿区回填土壤为培养基质,研究8 个AMF菌种(株)对沙打旺生长及根系侵染的影响。结果表明,分离自江西和新疆的Glomus rnosseae的2 个菌株在露天煤矿区回填土壤上能够显着提高沙打旺的生物量,并能有效改善植株的磷、氮营养;其侵染率均在50%以上,且根外繁殖体数显着高于其他接种处理,从而说明此两个菌株在该土壤上具有良好的生态适应能力,有助于露天煤矿区植被重建和生态恢复等研究工作的进一步开展。D. L. Mummey[18]等对接种前的AMF 所决定的植物根部群落组成进行了研究,结果发现聚集在根部的AMF 群落受到接种前AMF 的强烈影响。
3.2 研究范围
从室内研究逐渐过渡到野外原位研究;且同位素示踪技术的运用,使得AMF 的功能逐渐定性量化。
刘惠欣等[19]采用铁尾矿盆栽的方法对接种菌根真菌的大豆生长、菌根侵染率及尾矿养分变化进行了研究。结果表明,接种菌根真菌可以促进植物对养分的吸收,提高植株生物量,同时可改善尾矿。这2 种丛枝菌根与植物间表现出良好的相互依赖性和较高的菌根侵染率,取得了明显生态效应。杜善周等[20]定位监测接种菌根的生态来探索菌根技术在矿区治理的效应,结果表明,菌根对植物生长具有明显的促进作用,菌根侵染率达到了80%以上,菌根与植物共生良好。肖艳萍等[21]对云南金顶铅锌矿区丛枝菌根真菌(AMF)资源进行了调查,从32 种植物的83 个根际土壤样本中分离鉴定出5 属36 种丛枝菌根真菌,球囊霉属和无梗囊霉属为金顶铅锌矿区中丛枝菌根真菌的优势属。金顶铅锌矿区植物根际土壤中较高的AMF 孢子密度和物种丰富度说明AMF 对重金属污染具有较强的抗(耐受)性。Miller[22]等研究表明, 丛枝菌根菌丝体长度、活性和位置对土壤结构的稳定性有重要作用。
A.Nakano-Hylander 等[23]人使用13C 标记和脂肪酸分析,进行了盆栽实验,从而对培育植物幼苗过程中AMF 菌丝中的C 分布进行了研究,结果表明,通过菌根网的C 分布受宿主植物种类的影响,并证实了外生AM 真菌菌丝作为C 汇库的重要性。
3.3 研究重点
有以下方面值得重点关注:
(1)在全球气候变化下,本领域已在各种不同条件下进行了AMF 在矿区生态系统的研究。
肖雪毅等[243]通过温室盆栽试验研究了白三叶草和黑麦草在单独和混合种植情况下单独或混合接种丛枝菌根真菌Glomus mosseae 和Glomus versiforme 对铜尾矿砂中植物生长和矿质营养的影响.王红新等[25]采用盆栽试验方法,研究了不同培养基质条件下,接种丛枝菌根真菌和不接种菌根(对照)处理对玉米生物量及植株对重金属元素吸收的影响。结果表明,无论接种与否,植株的生物量都随覆土厚度增大而增大;接种菌根处理中,植株地上部cr、cd、Pb 等重金属元素的含量比对照处理均有明显降低;植株没有表现出受害症状,表明接种菌根可以显着提高玉米植株地上部对重金属的抵抗作用。