从代谢组学视角揭示AMF调控芦苇镉转运解毒的浓度适应性机制及其修复应用价值

本研究针对丛枝菌根真菌(AMF)与芦苇(Phragmites australis)共生体系对镉(Cd)污染修复的生理机制尚不明确的问题，通过分析不同Cd浓度(1 mg/L, 5 mg/L)与暴露时间(7天, 30天)下芦苇组织Cd积累、超微结构及根系代谢组变化，发现AMF通过激活苯丙烷类生物合成增强细胞壁厚度，并依据Cd浓度差异调控能量代谢与螯合作用（高浓度）或氨基酸核苷酸代谢（低浓度），实现Cd向地上部转运或根部固定的动态平衡，为AMF辅助植物修复Cd污染土壤提供理论依据。

　　

代谢组学研究发现，丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF)与芦苇(Phragmites australis, Pa)的共生体系对镉(Cadmium, Cd)污染展现出浓度依赖性的适应策略。通过设置不同Cd浓度(1 mg/L和5 mg/L)与暴露时长(7天和30 days)，研究人员分析了芦苇四种组织中Cd及营养元素的积累情况，并结合超微结构观察和根系代谢组学图谱，揭示了AMF-Pa共生系统在Cd解毒、营养元素重新分配以及亚细胞结构改变中所涉及的生化途径与分子机制。

具体而言，在低Cd浓度(1 mg/L)短期(7天)处理下，AMF降低了芦苇所有组织中的Cd积累；而在高Cd浓度(5 mg/L)长期(30天)处理下，AMF仅降低了根部Cd含量，却促进了Cd从根部向地上部分的转运。除Cd外，AMF还显著改变了老根中铜(Cu)、锌(Zn)和磷(P)的生物积累，并在所有处理中影响了根内铁(Fe)的分布。

高浓度Cd(5 mg/L)会导致细胞超微结构受损，但接种AMF能有效保护细胞内细胞器的完整性，并诱导细胞壁增厚。进一步机制解析表明，在高Cd胁迫下，AMF通过增强能量代谢和螯合作用，推动Cd向地上部转运，从而减轻内皮层Cd毒性；而在低Cd条件下，AMF则激活氨基酸和核苷酸代谢，抑制Cd吸收并将其固定于根组织内，减少向地上部分的转移。此外，AMF还能通过苯丙烷类(Phenylpropanoid)生物合成途径强化细胞壁，形成物理屏障应对Cd毒性。

这些发现系统阐释了AMF依据环境Cd浓度动态调控Cd转运与积累的适应性机制，为利用AMF-植物共生系统修复Cd污染土壤提供了关键理论支撑。