外生菌根真菌对砷的耐性及其机理研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

一、研究背景

土壤环境中砷的来源十分广泛，包括土壤母质、火山喷发等自然因素，而以人类工农业生产以及矿山开采冶炼等活动造成大量砷进入土壤环境的人为因素通常是造成土壤砷污染严重的重要原因。土壤砷污染因其隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，通过生物富集作用，最终进入人体，摄入超出限量值会对人体健康产生严重危害。

目前，全球有数万个砷污染区域，最高土壤砷含量可达 26 500 mg/kg（Hingston et al, 2001），澳大利亚就占有超过10000个土壤砷污染场地，其中有几个污染场地土壤砷浓度超过 9 900 mg/kg（Ahmad et al, 2009），墨西哥拉姑内拉地区土壤砷浓度也高达 2 657 mg/kg（纪冬丽等，2016），造成部分国家和地区土壤砷浓度加深的重要来源是采矿和冶炼活动“三废”的排放（表1）。据数据调查显示，我国年产砷矿渣 50万 t，已囤积的砷渣超过 200 万 t，约有 2 000 万人生活在土壤砷污染高风险区域，土壤砷中毒事件屡见报道 （Rodriguez -Ladoet al, 2013）。

二、国内外研究概况

砷（As）是元素周期表第33号元素，与磷是同族元素，因其化学性质与金属相似，所以被认为是一种类金属元素，也是五毒金属（砷、汞、铬、铅、镉）之一。砷中毒除了会使人体皮肤、肝脏、肾脏、神经等多器官系统造成损害外，更为严重的是导致皮肤、肺、肝、膀胱等器官癌症的高发。环境中砷的形态复杂多样，主要以无机形态和有机形态存在，无机态如五价砷和三价砷，有机形态如MMA(一甲基砷）、DMA（二甲基砷）和TMA（三甲基砷）等形式。在自然环境中，砷主要以As(III)和As(V)为主。外生菌根（Ectomycorrhiza，ECM）是由外生菌根真菌（Ectomycorrhizal fungi，EMF）与高等植物根系之间形成的一种互惠共生体，它可以增强植物根系对水分及矿质营养的吸收，提高植物的抗逆性。研究表明，菌根真菌能够分泌有机酸等有机物，改变植物的根际环境和重金属的存在状态，增加根系的吸收面积, 改善宿主植物的矿质营养, 促进其生长, 增加其宿主植物在重金属胁迫下的适应能力（尹大川等，2017）。

重金属影响了土壤微生物如外生菌根真菌的养分吸收等生长发育影响，进而影响外生菌根真菌与宿主植物共生结构的形成以及宿主植物的生长过程。在应对这些不利环境的过程中，外生菌根真菌形成了一套抵抗重金属胁迫的机制，主要分为胞外机制和胞内机制。胞外机制主要有胞外螯合（Meharg, 2003）、细胞壁吸附（Colpaert et al, 2011）两种机制，胞内机制主要有转运机制（Hall, 2002; Williams et al, 2000）、胞内螯合（Courbot et al, 2004; Leverrier et al, 2007; Schutzendubel and Polle, 2002）两种机制。

三、应用前景

由于我国之前砷矿以及伴砷矿的开采，造成了大面积的土壤失去了农作价值，成为了高砷污染土壤。面对这些高砷污染土壤，目前，传统的物理、化学方法修复砷污染土壤具有工程量大、投资费用高、破坏土壤结构等缺点，而植物修复技术因其经济有效、生态协调、环境友好等特点，具有其他传统修复技术不可比拟的优越性。传统对于砷污染土壤的植物修复，通常是采用蜈蚣草等的超富集植物，但蜈蚣草生物量小，不具有经济价值，同时蜈蚣草等超富集植物的后处理也还存在一定的问题。而外生菌根真菌与松树形成的共生植物对于极端环境拥有一个更好的适应性，常常能在极端环境中发现带有菌根松树的生长，将菌根松树运用于高砷污染土壤的修复当中，为砷污染土壤的植物修复提供了新思路，同时由于其具有耐性较强，根系发达，生物量大，以及菌根可固定重金属等特点，有助于高砷污染土壤的重金属固定，植被恢复等。所以开展外生菌根真菌辅助黑松修复砷污染土壤的研究是有重大意义的，同时了解外生菌根真菌对As的耐性及累积和挥发能力也是需要的，将更有助于了解外生菌根真菌对于植物在砷胁迫下所充当的角色以及它所发挥的功能，同时也有助于更好的把菌根松树运用到土壤修复当中。

2. 研究的基本内容和问题

一、研究内容及目标

1.筛选具有as（v）耐性并可以转化其价态的外生菌根真菌菌株；

2.目的菌株耐砷机理研究（ph、浓度等）

3. 研究的方法与方案

一、研究方法

1.as(v)耐性菌株的筛选

1.1 as(v)耐性菌株的固体培养基筛选

4. 研究创新点

5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展

2020.1-2020.2

查阅文献，熟悉实验室环境以及基本实验操作，完成实验方案