《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Integrated Use of
Trichoderma yunnanense (NBRICRF_97) and Biochar to Reduce Chromium Accumulation in
Spinacia oleracea L.
编辑推荐：
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协同作用：T. yunnanense与0.5% SBC优化了根际微生物动态。
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综合处理使S. oleracea中的铬吸收量减少了95%以上，增强了植物的稳定性。
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通过抑制MDA和抗氧化酶，缓解了铬诱发的氧化应
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•协同作用：T. yunnanense与0.5% SBC优化了根际微生物动态。
•综合处理使S. oleracea中的铬吸收量减少了95%以上，增强了植物的稳定性。
•通过抑制MDA和抗氧化酶，缓解了铬诱发的氧化应激。
•综合策略显著提高了光合色素和生物量。
•大大减少了可食用部分中的铬积累，提高了作物生产的安全性。
引言
由于重金属的长期存在、毒性以及难以自然分解，农业土壤中的重金属污染正成为一个日益严重的环境问题（Mishra等，2021a）。在这些污染物中，六价铬[Cr(VI)]尤其值得关注，因为它在土壤中的移动性高、水溶性强，并且有明确的致癌作用（Dubey等，2024a）。在印度，如Jajmau和Kanpur等地区，电镀、染料制造尤其是皮革鞣制等广泛存在的工业活动导致土壤和水系中的Cr(VI)含量达到警戒水平（Dubey等，2024b）。值得注意的是，印度尚未制定针对农业土壤中总铬或Cr(VI)的全国性监管标准；在这种情况下，研究通常参考WHO（1996）提出的农业土壤总铬含量约100 mg kg-1的基准，而在受皮革厂影响的地区，这一水平已被大幅超过（Paul等，2015）。随着人口增长和耕地减少，放弃这些受污染的土地已不再是可行的选择。因此，修复铬污染的土壤对于确保环境保护和可持续农业生产至关重要（Samal等，2023）。传统的去除污染物方法，包括化学沉淀、离子交换和电化学技术，往往成本高昂，对于低浓度污染物的处理效果较差，且可能产生有毒副产品。相比之下，生物修复作为一种可持续的替代方案，利用微生物过程来解毒重金属。多种细菌和真菌菌株，如Bacillus thuringiensis（V45）、Staphylococcus capitis（S21）（Suresh等，2021）、Pseudochrobactrum saccharolyticum（Mishra等，2024a）、Stenotrophomonas acidaminiphila（Li等，2021）、Ochrobactrum pseudintermedium（Tandon等，2020）、Trichoderma yunnanense（Dubey等，2024b）、Aspergillus flavus（CR500）（Kumar和Dwivedi，2020）以及Trichoderma lixiiBrassica juncea（Dotaniya等，2023）、Oryza sativa L.（Mishra等，2024b）和Helianthus annuus（Kumar和Seth，2022），在吸收和稳定土壤中的铬方面表现出显著潜力。这些植物不仅能够吸收和隔离Cr(VI)，还能增强根际微生物群落，进一步促进其还原为Cr(III)。尽管植物修复被认为是一种环保的方法，但其应用往往受到植物生长缓慢、根系浅、重金属在植物生物量中积累从而复杂化处理过程的限制。近年来，微生物辅助植物修复受到关注，通过引入促进植物生长的微生物和降低铬的微生物来增强金属吸收、提高植物的抗逆性并加速Cr(VI)的解毒（Das等，2021）。这种协同作用提高了养分的有效性，调节了植物激素水平，并增强了铬的生物利用度。当与生物炭和微生物接种剂结合使用时，这种综合策略将提供一种全面、可持续且环保的修复方法。在其他重金属污染系统中，联合生物修复策略的效果优于单一方法；例如，促进植物生长的根瘤菌和蚯蚓的联用，在镉胁迫下的水稻中比单独使用任一方法都表现出更大的生长改善和镉积累减少（AL-Huqail等，2026），这支持了在本研究中评估综合生物修复方法的合理性。
我们假设Trichoderma改良的甘蔗渣生物炭和Spinacia oleracea的联合应用将对Cr(VI)的解毒产生协同效应。预计这一策略将增强微生物介导的铬还原作用，促进植物在逆境下的生长，改善土壤健康，并减少铬向植物可食用部分的转移。生物炭的多孔性质为微生物定殖和金属固定提供了理想的栖息地，而Trichoderma则有助于提高植物的抗逆性和铬的解毒。结合菠菜的植物稳定能力，这种三组分系统为修复Cr(VI)污染的土壤提供了一种创新的整体解决方案。本研究的新颖之处在于，将之前在液体培养中证明有效的组合（T. yunnanense NBRICRF_97与0.5%甘蔗渣生物炭，实现了99.65%的Cr(VI)还原；Dubey等，2024b）转化为使用粮食作物Spinacia oleracea的土壤栽培系统，从而能够在更符合农业条件的情况下评估植物生长、土壤健康和组织水平的铬积累。据我们所知，这种特定组合此前尚未在土壤-植物系统中进行过评估，但我们并不声称这是首次应用微生物-生物炭联合修复方法，尽管上述已经讨论了多种此类方法。它的目标不仅是降低土壤中的铬浓度，还要增强土壤微生物活性和植物生物量，同时评估组织中铬积累减少对食品安全的影响。本研究旨在调查T. yunnanense和甘蔗渣衍生生物炭对受污染土壤中Cr(VI)固定的综合和单独效果，以及它们对土壤微生物活性的影响。研究还旨在评估在铬胁迫条件下种植Spinacia oleracea（菠菜）时，这些改良措施的植物修复潜力。此外，研究还将监测不同植物组织中铬的吸收、积累和转移情况，以评估对食品安全的潜在风险。此外，研究还将分析处理后土壤物理化学和微生物特性的变化，以评估微生物辅助修复的潜力及其长期可持续性。因此，本研究旨在开发一种可扩展、可持续且环保的修复策略，符合循环生物经济的原则，支持安全、高效利用受污染的农业土地。
章节摘录
选择和鉴定具有PGP特性的菌株
真菌菌株T. yunnanense（NBRICRF_97）表现出显著的促进植物生长的特性，如磷酸盐溶解、生长素生产和铁载体合成，同时具有还原Cr(VI)的潜力。先前的研究已经强调了T. yunnanense（NBRICRF_97）在96小时内还原50 mg L-1 Cr(VI)的能力，达到了97.54%（Dubey等，2024b）。在本研究中，进一步使用三个重复实验对其促进植物生长的特性进行了表征。
Trichoderma yunnanense（NBRICRF_97）的促进植物生长的特性
T. yunnanense（NBRICRF_97）菌株保留了显著的促进植物生长的能力，包括磷酸盐溶解、生长素生产和铁载体合成。铁载体的产生通过在CAS琼脂平板上生长的真菌菌落周围出现橙色晕圈来定性识别（图S1–A）。磷酸盐溶解通过在Pikovskaya琼脂板上培养七天后形成的清晰区域得到证实。
讨论
微生物辅助植物修复已成为一种可持续且成本效益高的策略，用于恢复受工业污染影响的农业生态系统中的重金属污染土壤（Sarwar等，2023）。这种方法利用植物、定殖在根系的微生物和土壤改良剂之间的协同作用，增强污染物的固定、转化和吸收。在本研究中，T. yunnanense（NBRICRF_97）和甘蔗……
结论
在本研究的特定实验条件下，使用高压灭菌的含铬污染土壤进行了为期60天的盆栽试验，每处理组使用3个盆。T. yunnanense与0.5% SBC的联合应用导致土壤中的Cr(VI)减少，植物组织中的铬积累减少，以及S. oleracea的生长改善，相对于未经处理的对照组而言。T. yunnanense的促进植物生长的活性及其先前确定的Cr(VI)还原能力，加上SBC的作用……
CRediT作者贡献声明
Sandhya Mishra：方法学、正式分析。Mariya Naseem：方法学。Alvina Farooqui：可视化、监督。Anju Patel：写作——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、数据管理、概念化。Pankaj Kumar Srivastava：写作——审稿与编辑、验证、监督、资金筹集。Priya Dubey：写作——审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法学、研究、正式分析、概念化。Aditi Roy：
未引用的参考文献
Bradford, 1976; USEPA, 1996.
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢位于印度勒克瑙的CSIR-国家植物研究所提供的基础设施支持。
Priya Dubey | Aditi Roy | Sandhya Mishra | Mariya Naseem | Alvina Farooqui | Anju Patel | Pankaj Kumar Srivastava
