《Environmental Technology & Innovation》：Contrasting soil-root and root-grain transfer of total mercury and methylmercury in paddy rice (
Oryza sativa L.) colonized by
Glomus mosseae GM171 and GM180
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丛枝菌根真菌（AMF）被广泛报道可抑制植物对金属（类金属）的吸收，但其对汞（Hg）形态，尤其是甲基汞（MeHg）在稻田土壤-水稻系统中循环的调控作用仍不明确。本盆栽试验测试了两种Glomus mosseae菌株（GM171, GM180），以鉴定汞（Hg）在水
丛枝菌根真菌（AMF）被广泛报道可抑制植物对金属（类金属）的吸收，但其对汞（Hg）形态，尤其是甲基汞（MeHg）在稻田土壤-水稻系统中循环的调控作用仍不明确。本盆栽试验测试了两种Glomus mosseae菌株（GM171, GM180），以鉴定汞（Hg）在水稻（Oryza sativa L.）中转运和积累的菌株特异性变化。两种AMF菌株均显著抑制了总汞（THg）从土壤到根系的转运，抑制率达58%-59%。出乎意料的是，根系到籽粒的总汞（THg）转运增加了93%-131%，导致成熟籽粒中的总汞（THg）含量提高了18%-33%。对于甲基汞（MeHg），接种处理对根系从土壤的吸收没有影响，而根系到籽粒的甲基汞（MeHg）转运增加了44%-144%，使籽粒甲基汞（MeHg）浓度提高了59%-104%。尽管AMF定殖通过减弱根系吸收使整株植物总汞（THg）储存量减少了一半，但植物整体的甲基汞（MeHg）负荷增加了35%-45%，这几乎完全归因于籽粒中甲基汞（MeHg）的富集。显然，总汞（THg）和甲基汞（MeHg）在根际-根系界面上遵循了不同的转运路径。这可能是因为真菌的根外菌丝截留了汞离子（Hg ions）并改变了水稻细胞内的汞（Hg）结合配体，从而将汞（Hg）分配转向了籽粒组织。这项工作揭示了AMF在稻田汞（Hg）生物地球化学中的独特作用，为评估食用水稻带来的膳食汞（Hg）风险提供了基础，并为基于菌根修复汞（Hg）污染农田提供了实践指导。
**研究背景、问题与研究开展**
汞（Hg）是一种全球性污染物，因其高毒性和长距离环境迁移能力而被列为优先控制污染物。土壤中的汞污染主要来源于煤炭燃烧、金属开采冶炼以及化肥农药使用。水稻作为全球半数以上人口的主食，食用受汞污染的水稻是人类汞暴露的重要途径，其中甲基汞（MeHg）因其在食物链中的生物富集和生物放大效应，对人类健康构成严重威胁。近年来，微生物辅助植物修复，特别是利用丛枝菌根真菌（AMF）与植物共生，被视为一种有前景的修复策略。AMF能与超过80%的陆生植物建立共生关系，并已被证实可减轻镉（Cd）、汞（Hg）和砷（As）等金属（类金属）对植物的毒害。然而，AMF调控汞（Hg），特别是甲基汞（MeHg）在稻田土壤-水稻系统中循环的机制尚不清楚。为此，研究人员通过在汞污染土壤中种植接种了两种不同的Glomus mosseae菌株（GM171和GM180）的水稻，旨在阐明AMF接种对水稻生长的影响，量化AMF诱导的水稻组织中总汞（THg）和甲基汞（MeHg）的积累与转运，并评估AMF-水稻共生体对人类健康的影响及修复汞污染土壤的可行性。该研究发表在《Environmental Technology》期刊上。
**主要技术方法**
研究人员在贵州省普定县陈旗村采集了稻田表层土壤，通过添加HgCl
2溶液将土壤总汞（THg）浓度调节至20 mg kg
-1，并进行了盆栽试验。设置了三个处理：未接种对照、GM171接种和GM180接种。使用“沙培菌根烟苗生产方法”制备AMF接种水稻幼苗，并在水稻移栽后的第30、53、77和108天（对应幼苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期）采集了植物样品（包括根、茎、叶、谷壳、糠和籽粒）、根际土壤和孔隙水样品。通过冷原子吸收测汞仪和冷原子荧光光谱法（CV-AFS）分别分析了样品中的总汞（THg）和甲基汞（MeHg）浓度。计算了生物富集因子（BAF）和转运因子（TF），并采用单因素方差分析（ANOVA）和最小显著性差异（LSD）检验进行统计分析。
**研究结果**
**1. Glomus mosseae共生对水稻生长、土壤pH和土壤有机质的影响**
研究结果显示，GM171和GM180均成功与水稻根系建立了共生关系。与未接种对照相比，接种处理促进了水稻根系的生物量，但对整体植株生长表现（如株高、根长、籽粒产量）无显著影响。接种对土壤pH值无显著影响，但在成熟期，GM171和GM180处理的土壤有机质（SOM）含量较对照分别下降了14%和6%。
**2. 根际土壤和孔隙水中的汞和甲基汞浓度**
研究发现，在分蘖期和成熟期，GM171和GM180处理显著提高了根际土壤的总汞（THg）浓度。与对照相比，接种处理在孕穗期显著提高了孔隙水中的总汞（THg）浓度，并持续提高了整个生长期孔隙水中的甲基汞（MeHg）浓度。尽管在幼苗期和分蘖期，接种处理增加了根际土壤的甲基汞（MeHg）浓度，但在孕穗期和成熟期，接种处理却显著降低了根际土壤的甲基汞（MeHg）浓度。
**3. 水稻植株中的汞和甲基汞浓度与分布**
接种GM171和GM180显著降低了水稻根部和叶片中总汞（THg）的浓度，但对茎秆中总汞（THg）浓度无显著影响。然而，在成熟期，接种处理籽粒（包括谷壳、糠和糙米）中的总汞（THg）浓度显著高于对照，增幅为18%至33%。对于甲基汞（MeHg），接种处理在孕穗期显著提高了根部甲基汞（MeHg）浓度，但对茎秆和叶片中甲基汞（MeHg）浓度无显著影响。与总汞（THg）类似，接种处理也显著提高了谷壳、糠和糙米中的甲基汞（MeHg）浓度，其中籽粒甲基汞（MeHg）浓度提高了59%至104%。
**4. 汞和甲基汞的转运与分配**
整体植物汞（Hg）负荷分析表明，接种AMF后，由于根系吸收减少，整株总汞（THg）的积累量减少，但植物整体的甲基汞（MeHg）负荷却增加了35%-45%，这几乎完全由籽粒中甲基汞（MeHg）的富集所驱动。转运因子（TF）计算结果证实，接种GM171和GM180显著增加了总汞（THg）和甲基汞（MeHg）从根系到籽粒的转运效率，其中总汞（THg）的TF值增加了超过一倍，甲基汞（MeHg）的TF值增加了0.44至1.44倍。
**讨论与结论**
讨论部分首先回顾了AMF对植物金属（类金属）吸收的双重调控作用，强调了其影响方向取决于AMF种类、宿主植物基因型、金属（类金属）种类及土壤金属浓度等多种因素。对于本研究，研究人员认为，GM171和GM180可能通过根外菌丝截留汞（Hg）离子并改变根系内的汞（Hg）结合配体，从而减少了根系对总汞（THg）的吸收，但同时促进了总汞（THg）和甲基汞（MeHg）优先向籽粒转运。这种差异化的转运路径表明，总汞（THg）和甲基汞（MeHg）在根际-根系界面上遵循了不同的机制。研究结论指出，接种Glomus mosseae GM171和GM180在汞污染稻田土壤中产生了两个截然不同的结果：一方面，它们有效促进了甲基汞（MeHg）从根际土壤向水稻籽粒的转运，并降低了根际甲基汞（MeHg）水平，显示出用于淹水稻田甲基汞（MeHg）植物提取的潜力；另一方面，可食用籽粒中总汞（THg）和甲基汞（MeHg）浓度的升高给当地居民带来了不可忽视的膳食暴露风险。因此，AMF不能在没有预先进行风险评估的情况下被普遍用作汞污染农田的修复剂。未来研究应解析菌根定殖与水稻中汞（Hg）长距离转运之间的分子通路，并在不同汞（Hg）污染梯度下开展田间尺度的风险评估，以开发不会在籽粒组织中富集汞（Hg）的改良菌根修复技术。
