白腐真菌Phanerochaete chrysosporium通过调控根际微生物组与根系代谢降低水稻重金属积累的机制研究

本研究针对农田重金属污染导致作物吸收累积的关键问题，通过接种白腐真菌Phanerochaete chrysosporium（PC），发现其可显著降低水稻籽粒中Sb、As、Pb、Zn等重金属含量（降幅8%-98%），并揭示PC通过富集Mycobacterium等有益菌属、调控组氨酸代谢等4条关键通路及L-谷氨酸等代谢物，实现重金属减量吸收的协同机制，为生物修复技术提供新策略。

　　

论文解读

在湖南锡矿山等矿区，采矿活动导致土壤中锑（Sb）、砷（As）、铅（Pb）等重金属复合污染，不仅破坏土壤微生物生态，更通过水稻等作物进入食物链威胁人类健康。传统物理化学修复方法成本高且易破坏土壤结构，而微生物修复因环境友好备受关注。然而，白腐真菌Phanerochaete chrysosporium（PC）如何通过调控根际微生物与植物代谢协同降低重金属吸收的机制尚不明确。为此，研究人员在Sb污染农田开展实验，揭示了PC的多重作用机制。

研究采用田间试验设计，将水稻品种日本晴（Oryza sativa L. spp. japonica）分为PC处理组和对照组（CK），通过原子吸收光谱测定重金属含量，16S rRNA高通量测序分析根际微生物组，超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS）技术解析根系代谢物，并结合KEGG通路富集分析探究调控网络。

3.1 水稻产量与重金属浓度
PC处理未显著影响水稻千粒重和鲜重，但使籽粒中Sb、As、Pb、Zn分别降低8%、98%、57%和36%（p<0.05），表明PC在保障产量的同时有效阻控重金属转移。

3.2 微生物组成与多样性
PC显著增加根际Proteobacteria（+20%）和Bacteroidota（+39%）丰度（p<0.05），并特异性富集Mycobacterium（+53%）等有益菌属。这些菌群通过固氮、金属螯合等功能协同缓解重金属胁迫。

3.3 根系代谢与通路调控
代谢组学发现PC上调L-谷氨酸、尿苷等32种差异代谢物，显著激活组氨酸代谢、吡啶代谢等4条通路。其中尿苷（pyrimidine代谢）通过促进DNA甲基化增强植物抗逆性，L-谷氨酸（组氨酸代谢）则通过螯合作用降低重金属活性。

讨论与意义
该研究首次阐明PC通过"微生物-代谢物-重金属"三重调控网络实现修复：① PC分泌胞外多糖促进Sphingomonas等益生菌定殖；② 激活的代谢通路产生有机酸（如天冬氨酸）直接螯合重金属；③ 关键代谢物（如胞嘧啶）增强植物抗氧化防御系统。研究成果发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，为复合污染农田的生物修复提供理论依据和技术支撑。未来需进一步验证PC在不同土壤类型中的普适性，并解析其分子调控网络。