丛枝菌根真菌Funneliformis mosseae修复东北黑土四环素污染的机制研究

针对东北黑土四环素污染威胁粮食安全的问题，研究人员通过接种丛枝菌根真菌(AMF)Funneliformis mosseae，系统研究了其对大豆生长、土壤微生物群落及四环素降解的影响。结果表明，F. mosseae定殖显著提升大豆生物量62.75%，降低土壤四环素含量61.18%，并通过调控氮循环菌群和抗氧化酶系统改善土壤微环境。该研究为抗生素污染农田的生物修复提供了新策略。

　　

中国东北黑土被誉为"耕地中的大熊猫"，但近年来抗生素污染问题日益严重。四环素(TC)作为畜牧养殖业常用抗生素，通过粪尿排放进入土壤后，不仅威胁微生物群落稳定性，还可能通过食物链危害人类健康。尤其令人担忧的是，长期暴露于高浓度抗生素会诱导微生物产生耐药性，破坏土壤氮循环过程。面对这一严峻挑战，寻找高效、安全的生物修复方法成为当务之急。

丛枝菌根真菌(AMF)作为自然界最广泛的植物共生真菌，能与80%的陆生植物形成互利关系。先前研究表明，AMF能通过增强宿主抗氧化能力、促进养分吸收等方式帮助植物抵御环境胁迫。然而，关于AMF能否通过调控土壤微生物群落来降解抗生素，特别是单一菌种Funneliformis mosseae对四环素的直接降解能力，仍缺乏明确证据。

这项发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》的研究，首次系统揭示了F. mosseae通过"植物-微生物"协同作用修复四环素污染黑土的分子机制。研究人员选择东北主栽作物大豆(Glycine max)为宿主植物，设置四组处理：空白对照(CK)、单接菌(SF)、单加四环素(ST)和菌剂+四环素(FT)，通过90天的盆栽实验，结合高通量测序和生物化学分析，解析了F. mosseae影响四环素降解的关键途径。

关键技术方法包括：1) 采用碱性消化-酸性品红染色法测定菌根定殖率；2) 运用HPLC检测土壤四环素残留量；3) 通过NBT还原法、分光光度法分别测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性；4) 采用凯氏定氮法分析土壤全氮(TN)含量；5) 基于Illumina Nova 6000平台进行16S rRNA和ITS基因测序，解析微生物群落结构。

研究结果揭示：

1. 1.

   植物生物量、真菌定殖与四环素降解趋势

   F. mosseae定殖使FT组四环素降解率达62.75%，显著高于ST组(51.5%)。至第75天，SF和FT组定殖率分别达95%和93%，同时根干重、根体积分别提升51.47%和13.35%。

2. 2.

   土壤微生物抗氧化防御系统与环境效应

   FT组SOD、POD、CAT活性较ST组分别提高1.62倍、0.44倍和0.10倍。土壤TN含量呈现SF>FT>CK>ST的趋势，表明菌根共生体系增强了固氮能力。

3. 3.

   四环素胁迫下根际细菌多样性分析与预测

   Proteobacteria在CK组占比达93%，FT组降至75%。LEfSe分析显示FT组显著富集Geobacter(3.36)、Dechloromonas(3.31)等降解功能菌属。

4. 4.

   根际真菌多样性分析与预测

   Ascomycota在各组占比36.8-48.8%，FT组Basidiomycota相对丰度较ST组提高32%。差异菌属分析发现Trichoderma(2.78)等生防菌显著增加。

5. 5.

   四环素胁迫下根际土壤微生物与环境因子相关性

   RDA分析表明Proteobacteria与抗氧化酶呈负相关，而Chloroflexi等菌门与TN含量正相关。

讨论部分指出，F. mosseae通过三重机制协同降解四环素：1) 直接激活微生物抗氧化酶系统(SOD、POD、CAT)；2) 富集Geobacter等芳香烃降解菌和Dechloromonas等异生物质代谢菌；3) 调控Basidiomycota等木质素降解真菌群落。特别值得注意的是，菌根网络通过提升氮循环效率，为降解过程提供能量支持，这解释了FT组TN含量升高的现象。

该研究的创新价值在于：首次证实单一AMF菌种能通过重塑微生物群落结构实现四环素高效降解，突破了以往需要多菌种联用的技术瓶颈。提出的"菌根-氮循环-抗生素降解"耦合模型，为开发适用于寒地黑土的生物肥料提供了理论依据。随着我国畜禽养殖业规模化发展，这项成果在保障粮食安全与土壤健康方面具有重要应用前景。