AMF与生物炭协同调控Cd污染土壤微生物组：基于合成菌群的生态修复新策略

本研究针对Cd污染土壤修复难题，创新性地将丛枝菌根真菌(AMF)与生物炭(BC)联用，通过多组学分析揭示其重塑根际微生物组的机制，并构建高效合成菌群(SynCom)。研究发现AMF+BC组合在贫瘠土壤中修复效果更显著，筛选出的SynCom3使植物生物量提升242.73%（贫瘠土）和350.24%（肥沃土），为重金属污染土壤的生态修复提供了微生物组靶向调控新范式。

　　

土壤重金属污染已成为全球农业面临的严峻挑战。其中镉(Cd)因其高生物有效性成为农产品超标的"头号元凶"，不仅导致"镉米"等食品安全问题，更可能通过食物链引发癌症、骨软化症等疾病。传统物理化学修复方法成本高昂且易破坏土壤生态，而单一生物修复技术往往效果有限。在这背景下，兼具环境友好与成本优势的丛枝菌根真菌(AMF)和生物炭(BC)组合技术崭露头角——AMF通过菌丝网络形成"地下互联网"促进植物养分吸收，BC则像"分子海绵"固定重金属。但两者联用如何精准调控根际"微生物社会"？不同肥力土壤是否存在修复效率差异？这些关键问题尚未破解。

安徽农业大学李紫珊团队在《Biochar》发表的研究给出了答案。研究人员采用多学科交叉方法：通过盆栽实验比较AMF+BC在贫瘠/肥沃土壤中对葱生长的促进效应；运用扫描电镜(SEM)观察AMF和BC在不同Cd浓度下的形态变化；采用16S rRNA测序解析微生物组重构规律；结合共现网络分析和随机森林模型筛选关键菌株；最后通过体外共培养构建8组SynCom并验证其促生效果。

AMF与BC协同增效的"土壤改良密码"

研究发现AMF+BC组合使葱地上部生物量显著增加（贫瘠土320.1%，肥沃土157.4%），且贫瘠土中高Cd(20 mg/kg)条件下的修复效果反超低Cd组。扫描电镜显示Cd胁迫下AMF菌丝产生更多分枝结构，与BC形成紧密复合体。这种"真菌-炭"联合体通过双重机制发挥作用：BC提供微孔结构吸附Cd²⁺，AMF分泌球囊霉素将Cd"锁"在土壤基质中。

根际微生物组的"生态重组"

共现网络分析揭示Cd污染土壤微生物互作更复杂，20%CdECF处理组的avgk(平均连接度)和avgCC(平均聚类系数)最高。差异分析发现Actinobacteriota和Proteobacteria门细菌是响应AMF+BC的关键类群。随机森林模型鉴定出Peribacillus和Paenibacillus为最具生态重要性的属，它们像"微生物工程师"重构了根际环境。

合成菌群的"精准医疗"实践

从34株分离菌中筛选的23株候选菌均具Cd抗性，其中Brevibacillus limnophilus展现最强固氮能力，Peribacillus frigoritolerans的IAA产量最高。通过256组配对实验构建的SynCom3（以Bacillaceae和Sphingomonadaceae为主导）表现最优，其促生效果超越单菌接种，证实"菌群协作"比"单兵作战"更有效。

这项研究开创性地将AMF-BC协同效应与微生物组工程结合，提出"功能菌群+生物炭+AMF"的三位一体修复策略。特别值得注意的是，SynCom3在贫瘠土壤中的卓越表现，为边远矿区等营养匮乏地区的Cd治理提供了经济解决方案。未来研究可进一步优化生物炭表面改性以提升菌群定殖效率，推动该技术从实验室走向田间应用。正如作者所言，这种"以微生物之道还治污染之身"的策略，正在为土壤健康管理开启"微生态精准医疗"的新纪元。