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综述:种间共舞:细菌、真菌与植物在污染土壤中的互作生存之道
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月19日 来源:Applied Soil Ecology 4.8
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(编辑推荐)本综述系统阐释了污染土壤中细菌(BBIs)、真菌(BFIs)与植物(PBIs/PFIs)的复杂互作网络,揭示了其通过生物膜形成、交叉喂养(cross-feeding)、菌根共生(mycorrhiza)等机制协同降解多环芳烃(PAHs)和重金属(HMs),为生物修复(bioremediation)和植物修复(phytoremediation)技术优化提供理论支撑。
Abstract
土壤作为细菌、真菌和植物共同栖息的动态生境,其污染环境下的种间互作形成独特的"超有机体"(meta-organism)。研究证实,细菌-细菌(BBIs)、细菌-真菌(BFIs)和植物-微生物(PBIs/PFIs)的协同关系能显著提升有机/无机污染物的降解效率。其中,白腐真菌(WRF)与细菌的代谢协同可加速多环芳烃(PAHs)如苯并(a
)蒽的氧化分解,而植物根际微生物群通过分泌植物促生物质(PGPRs)和胞外聚合物(EPS)增强系统抗逆性。
Bacteria-bacteria interactions
有机污染驱动下的细菌互作(BBIs)呈现精密的代谢分工。需氧途径中,交叉喂养(cross-feeding)现象普遍存在——如鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas
)降解菲(phenanthrene)产生的中间产物被邻单胞菌(Plesiomonas
)利用。群体感应(QS)系统调控的生物膜形成则通过14
C标记实验证实能提升污染物降解效率达40%。
Bacteria-fungi interactions
白腐真菌(WRF)与细菌的联合培养使苯并(a
)2
蒽降解率提升3.2倍。真菌分泌木质素过氧化物酶(LiP)启动PAHs氧化后,假单胞菌(Pseudomonas
)通过双加氧酶途径完成终产物矿化。膜泡(MVs)转移则实现跨物种电子传递,该机制在芘(pyrene)降解中贡献率达28%。
Plant-microbe interactions
根际菌群通过1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶降低植物乙烯胁迫,丛枝菌根(AMF)则通过菌丝网络将重金属(Hg2+
)转化为惰性形态。内生真菌刺盘孢(Colletotrichum
)能诱导植物超氧化物歧化酶(SOD)活性提升5倍以抵抗氧化损伤。
Tripartite interactions
三明治式互作模型显示:接种根瘤菌(Rhizobium
)和菌根真菌的豆科植物对Cd的吸收效率提高70%。细菌-真菌-植物三方通过代谢互补形成"降解链",其中细菌负责芳香环开环,真菌转化重金属形态,植物则通过蒸腾作用驱动污染物迁移。
Future perspectives
当前研究在微生物组装的时空动态解析方面存在局限。气候变化背景下,温度升高可能使BFIs的降解效率波动达±15%,这要求开发更具适应性的工程菌群。新型纳米材料辅助的微生物固定化技术或将成为突破方向。
Conclusion
污染土壤中的种间互作如同精密的"分子舞蹈",从细菌的群体感应(QS)到真菌-植物的"共生对话",各机制协同构成四级防御网络:物理屏障(生物膜)→化学转化(酶降解)→生物调控(信号分子)→生态修复(物质循环)。这种跨界协作模式为土壤修复提供了仿生学范本。
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