草酸和内生真菌Fusarium sp. A-2与Macleaya cordata协同增强铀污染土壤的植物修复效率及其修复机制

《Journal of Environmental Radioactivity》：Synergistic enhancement of phytoremediation efficiency and mechanisms of uranium-contaminated soil by oxalic acid and endophytic fungus Fusariumsp. A-2 with Macleaya cordata

植物修复铀污染土壤协同效应研究。通过草酸与内生真菌Fusarium sp. A-2协同作用，显著提升乌尔超积累植物Macleaya cordata的铀积累量至59.08 μg/株，促进铀从残留态向碳酸盐结合态转化，激活TCA循环及氨基酸代谢等抗氧化通路，同时重塑根际微生物群落结构。

　　铀污染土壤的修复是一个全球关注的环境问题，尤其在铀矿开采和尾矿库周边地区。铀作为一种非必需元素，不仅对土壤生态系统造成破坏，还可能通过食物链影响人类健康。为了有效应对这一问题，科学家们正在探索多种修复技术，其中植物修复因其环境友好性和经济性，逐渐成为研究热点。本研究聚焦于利用草酸和内生真菌 *Fusarium* sp. A-2 的协同作用，以提高 *Macleaya cordata* 对铀污染土壤的修复效率。

*Macleaya cordata* 是一种具有较强铀富集能力的植物，其耐寒、耐旱特性以及快速生长和高生物量产出，使其成为理想的修复候选。然而，铀污染对植物的生理和生化过程产生负面影响，包括抑制光合作用、干扰呼吸作用，以及引发氧化应激反应。这些反应可能导致细胞膜结构受损，影响植物的正常生长和发育。因此，提高 *Macleaya cordata* 的铀耐受性，增强其对铀的吸收和转运能力，是提升其修复效率的关键。

研究通过温室盆栽实验，探讨了草酸和 *Fusarium* sp. A-2 协同作用对 *Macleaya cordata* 修复能力的影响。实验设计了四个处理组：对照组（CK）、草酸处理组（A）、*Fusarium* sp. A-2 处理组（F）以及草酸与 *Fusarium* sp. A-2 的协同处理组（AF）。实验结果表明，AF 组的 *Macleaya cordata* 在铀富集方面表现最佳，每株植物的总铀积累量达到 59.08 微克。这表明草酸和内生真菌的协同作用能够显著提升铀的生物可利用性，从而促进其在植物体内的积累和转运。

草酸能够与铀形成可溶性螯合物，提高铀在土壤中的可移动性。而 *Fusarium* sp. A-2 作为 *Macleaya cordata* 的内生菌，能够通过促进植物分泌有机酸，改变根系周围的微环境，进一步提高铀的生物可利用性。这种协同效应不仅增强了铀的溶解和转运能力，还降低了根细胞壁对铀的固定作用，使得铀更容易被植物吸收。同时，实验发现，草酸的加入促进了铀从根部向地上部分的转运，这一过程可能是一种植物的自我保护机制，通过将有毒的铀转移到对毒性相对敏感的地上部分，从而减少对根部的直接伤害。

植物在铀胁迫下的生理和生化反应呈现出明显的阶段性变化。在实验初期，铀显著抑制了植物的光合效率、蒸腾速率和气孔导度，同时增加了氧化应激产物如丙二醛（MDA）的积累。然而，随着时间推移，植物逐渐适应了铀胁迫，蒸腾速率和气孔导度有所恢复，MDA 和还原型谷胱甘肽（GSH）的水平趋于稳定。这一适应过程反映了植物在面对重金属胁迫时的复杂调节机制，包括抗氧化系统和代谢途径的调整。

微生物群落的多样性变化也是研究的重要发现之一。实验中，通过高通量测序技术分析了根际微生物群落的组成和功能。结果显示，协同处理组（AF）的细菌多样性显著增加，尤其是在 *Proteobacteria* 和 *Ascomycota* 等耐胁迫微生物的富集方面表现突出。这些微生物的活动可能通过促进土壤中铀的转化和移动，间接提高了植物对铀的吸收能力。此外，真菌的引入还可能通过改变土壤的化学性质，改善其结构，从而为植物提供更适宜的生长环境。

代谢组学分析进一步揭示了植物在铀胁迫下的分子响应机制。实验发现，协同处理组的植物根部代谢物发生了显著变化，包括有机酸及其衍生物的上调。这些代谢物不仅增强了铀的生物可利用性，还通过螯合作用和抗氧化机制提高了植物的耐受性。此外，实验还发现，不同处理组的代谢途径存在显著差异，其中谷氨酸-天冬氨酸-丙氨酸代谢和三羧酸循环（TCA cycle）的激活，为植物提供了更多的能量支持，有助于其在铀胁迫下的生存和修复能力的提升。

尽管研究取得了积极成果，但仍存在一些局限性。例如，部分机制，如光合功能的抑制和抗氧化反应的调节，缺乏直接的分子证据，如转录组数据或关键酶活性测定。此外，研究尚未完全量化草酸和真菌代谢物对铀迁移的具体贡献。因此，未来的研究需要进一步探讨这些机制，以更全面地理解协同作用的分子基础，并为实际应用提供更可靠的理论支持。

总体而言，本研究为铀污染土壤的植物修复提供了新的思路和方法。通过草酸和内生真菌的协同作用，不仅可以提高 *Macleaya cordata* 对铀的吸收和转运能力，还能改善根际微生物群落的结构和功能，增强植物的抗氧化能力和代谢适应性。这些发现不仅对铀污染土壤的修复具有重要意义，也为其他重金属污染治理提供了借鉴。随着相关研究的深入，植物修复技术有望成为一种可持续、高效的生态修复手段。