丛枝菌根真菌与锗协同调控燕麦生长及缓解铋胁迫氧化损伤的双重机制研究

本研究针对铋(Bi)污染对燕麦(Avena sativa)生长的抑制作用，创新性地采用丛枝菌根真菌(AMF)和锗(Ge)双重干预策略。研究人员通过生理生化分析发现，AMF+Ge联合处理使生物量恢复率达123.9%，光合效率提升67%，显著降低H2O2和MDA等氧化损伤标志物，同时激活SOD、APX等抗氧化酶系统。该研究为重金属污染农田的生物修复提供了新型协同调控方案。

　　

在现代农业面临的重金属污染挑战中，铋(Bi)这种"低毒"金属正悄然成为新的环境隐患。虽然铋在医药领域作为胃药成分被广泛使用，但工业排放导致的土壤铋积累却会破坏植物根系功能，引发氧化应激连锁反应——从叶绿体损伤到DNA断裂，最终导致作物减产。更棘手的是，传统修复方法往往成本高昂且可能破坏土壤生态。面对这一困境，河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室的研究团队独辟蹊径，将目光投向自然界存在的两种"生物调节器"：稀有元素锗(Ge)和土壤中的丛枝菌根真菌(AMF)。

这项发表在《BMC Plant Biology》的创新研究揭示了AMF与Ge的协同作用机制。研究人员通过盆栽实验发现，500 mg/kg铋胁迫使燕麦鲜重暴跌65%，但AMF+Ge联合处理不仅完全逆转了这一损伤，还使光合效率提升67%。深入分析显示，这种"双管齐下"的策略能同时激活植物的三重防御系统：增强抗氧化代谢（总抗氧化能力提升129.2%）、优化解毒途径（谷胱甘肽相关化合物显著增加）以及改善渗透调节（脯氨酸积累增加184%）。该成果为发展绿色低成本的重金属修复技术提供了重要理论支撑。

关键技术方法包括：1) 采用Rhizophagus irregularis (MUCL 41833)菌株进行AMF接种；2) 设置500 mg/kg Bi土壤污染梯度；3) 通过LI-6400光合仪测定光合参数；4) 使用HPLC-PAD分析糖代谢产物；5) 采用FOX1法和TBA-MDA法检测氧化损伤标志物；6) 通过FRAP法和UPLC-TQD系统评估抗氧化代谢。

Impact of AMF, ge, Bi and their combination on biomass production and photosynthesis of oat

铋单独处理导致燕麦鲜重和干重分别下降65%和68.9%，而AMF+Ge+Bi三重处理使生物量指标反超对照组92.8-123.9%。光合速率在铋胁迫下降低55.8%，但联合处理仅剩26%的抑制率，表明协同作用显著改善了能量代谢效率。

Impact of AMF, ge, Bi and their combination their combination on detoxification

铋暴露使金属硫蛋白(MTC)水平激增112.8%，而Ge处理使谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性提高26%。值得注意的是，AMF+Ge组合使植物螯合肽(PCs)合成增加17.3%，显示双重干预能优化重金属螯合途径。

Impact of AMF,ge,Bi and their combination on oxidative damage markers

铋胁迫下H₂O₂和MDA分别升高93.3%和61.7%，但AMF+Ge处理使这两个指标回落至接近对照水平。热图分析显示氧化应激相关基因表达被显著抑制。

Impact of AMF, ge, Bi and their combination on antioxidants capacity

联合处理使总抗氧化能力(TAC)提升129.2%，槲皮素类黄酮增加47.6%。酶活性分析显示，APX和SOD活性分别提高229%和29.7%，构成抵御ROS的第一道防线。

Effect of AMF, ge, Bi and their combination on osmorregulation markers

渗透调节物质呈现剂量依赖性积累，其中脯氨酸在AMF+Ge+Bi处理下增幅达184.2%。糖代谢分析显示，蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性提高38.6%，为渗透调节提供碳骨架支持。

这项研究通过多组学分析证实，AMF与Ge的协同作用构建了"物理屏障-化学螯合-代谢调节"的三维防御网络。其创新性体现在：1) 首次揭示Ge通过电子传递链调节减轻铋毒性的分子机制；2) 阐明AMF菌丝网络对铋的空间阻隔效应；3) 建立重金属胁迫下碳氮代谢重编程模型。该成果不仅为作物抗逆育种提供新靶点，更开创了"真菌-微量元素"联合修复的新范式，在污染农田安全利用方面具有重要应用前景。未来研究可进一步优化Ge-AMF配比，并探索在不同作物-土壤系统中的普适性规律。