《Environmental Technology & Innovation》：Phytoremediation Potential of Heavy Metal(loid)-Contaminated Soils Using Indigenous Mycorrhizal Fungi and Soil Microbiota to Enhance Plant Metal Uptake: A Field Study and Greenhouse Experiments
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本研究旨在找出影响城市土壤中树木真菌感染率的关键因素，并进一步评估在温室条件下通过植物-真菌共生增强植物对土壤污染耐受性的最佳真菌和土壤微生物接种组合。总体而言，田间评估显示，所有样点的汞（Hg）（0.59-1.91 mg/kg）均超过荷兰目标值。此外，主成分
本研究旨在找出影响城市土壤中树木真菌感染率的关键因素，并进一步评估在温室条件下通过植物-真菌共生增强植物对土壤污染耐受性的最佳真菌和土壤微生物接种组合。总体而言，田间评估显示，所有样点的汞（Hg）（0.59-1.91 mg/kg）均超过荷兰目标值。此外，主成分分析（PCA）和皮尔逊相关分析显示，环境变量，特别是总硫（S）（r=-0.211, p<0.05）和钾（K）（r=-0.258, p<0.05），与真菌感染率呈负相关。本研究的第二部分进行了温室实验，以检验利用从田间获取的菌根真菌支持植物生长（即拟南芥*Arabidopsis thaliana*和狗牙根*Cynodon dactylon*）进行植物修复的潜力。结果表明，单独接种*Funneliformis mosseae*（M）或与土著土壤微生物群（B+M）联合接种，均显著促进了两种测试植物在盆栽实验中的生长，表现为与对照相比，菌根感染率、生物量、光合色素含量和磷浓度显著增加（p<0.05）。特别是，在比较两种测试植物的所有处理时，B+M处理中大多数测量的植物生长和生理参数显著高于（p<0.05）M处理，表明某些植物物种与合适的菌根真菌和土著有益土壤微生物群共同接种时，可能表现出比单独接种菌根真菌对重金属(类)污染土壤条件的更有效适应。
**论文解读文章**
**研究背景**
香港作为粤港澳大湾区（GBA）的核心城市，面临着严重的城市土壤退化问题。土壤呈现高紧实度、低有机质含量以及高浓度污染物（如多环芳烃和总重金属(类)）特征，主要源于燃煤电厂、制造业排放、车辆尾气、城市固体废物（MSW）不当处置以及污水排放等人为活动。这些污染物（包括砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、铅（Pb）和锌（Zn））对公众健康、生物多样性和生态系统构成显著风险。尽管已有研究关注土壤污染水平或病原真菌多样性，但对污染条件下植物与土著微生物（尤其是共生菌根真菌）之间相互作用的认识十分有限。为此，研究人员开展此项研究，旨在明确影响污染土壤中城市树木真菌感染率的决定性因素，并进一步探索在温室条件下通过植物-真菌共生增强植物对土壤污染耐受性的最优真菌与细菌接种组合。
**关键技术方法**
研究人员从香港18个城市公园采集土壤和树木样本，每样点设3个重复，混合成复合样品。土壤理化分析测定pH、电导率（EC）、总有机质（TOM）、总碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）以及重金属（As、Cd、Cu、Fe、Pb、Hg、K、Zn）含量，采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）定量。真菌感染率通过目视记录。真菌孢子筛选采用湿筛法提取，在不同重金属浓度梯度下测试发芽率，最终选定*Funneliformis mosseae*（AM真菌）并通过玉米（*Zea mays*）诱捕培养大量繁殖。盆栽实验中，选取拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）和狗牙根（*Cynodon dactylon*）作为测试植物，设置对照（C）、单独接种*F. mosseae*（M）以及共同接种*F. mosseae*与土著土壤微生物群（B+M）三组处理。菌根真菌与微生物包埋于多孔微珠（专利TWI818227B）中。植物生长指标包括根长、茎长、菌根感染率（乳酚蓝染色后显微镜观察）、光合色素（叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素）含量（UV分光光度法）以及磷和重金属浓度（钼蓝法和ICP-OES）。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）、邓肯多重比较、独立样本t检验、皮尔逊相关分析和主成分分析（PCA）。
**研究结果**
**3.1 香港城市公园真菌感染率与重金属污染的一般特征**
通过田间调查及土壤理化分析，所有样点的汞（Hg）浓度均超过荷兰目标值（0.30 mg/kg），部分样点的砷（As）和镉（Cd）也超标。主成分分析（PCA）和皮尔逊相关分析表明，总硫（S）（r=-0.211, p<0.05）和总钾（K）（r=-0.258, p<0.05）与真菌感染率呈显著负相关。总S浓度在所有样点均高出最优范围（25-100 mg/kg）上限的4至45倍，而总K浓度则低于最优范围（100-300 mg/kg），提示土壤钾缺乏可能增加树木对真菌感染的易感性。
**3.2 包埋土著菌根真菌对污染土壤中植物生长的盆栽实验**
温室盆栽实验显示，单独接种*F. mosseae*（M处理）或与土著土壤微生物群共同接种（B+M处理）均显著促进拟南芥和狗牙根的生长。与对照相比，两种处理下的菌根感染率分别提高16倍和76倍（拟南芥）及5倍和18倍（狗牙根）。B+M处理的感染率显著高于M处理（p<0.05）。在植物生长指标方面，B+M处理的植株地上部和根部生物量、光合色素（叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素）含量以及磷（P）吸收均显著高于M处理和对照（p<0.05）。例如，B+M处理的拟南芥磷吸收量比对照增加52%至276%，狗牙根增加286%至1067%。此外，共同接种显著提高了重金属（如As、Cd、Hg、Pb、Zn等）在植物组织中的积累，表明协同接种增强了植物对污染土壤的适应能力。
**讨论与结论**
**讨论总结**
讨论部分指出，真菌感染率受宿主相关变量（如树种特异性）和环境变量（尤其是总K和总S）共同调控。过高的总S可能源自燃煤和工业活动的大气沉降，抑制有益真菌的生长；而总K缺乏则可能削弱植物抗病性，增加病原真菌感染风险。重金属污染（特别是Hg）通过改变真菌群落结构（如富集耐Hg菌株、抑制敏感菌株）间接增加树木对病原菌的易感性。包埋微珠技术有效保护了菌根真菌在污染土壤中的存活，增强了其定殖效率。共同接种（B+M）比单独接种更显著促进植物生长，这归因于土著微生物群形成的生物膜通过促进养分（如磷）吸收、产生植物激素（如生长素、细胞分裂素）和抑制病原菌而发挥协同效应。
**结论翻译**
基于本研究第一部分的结果，汞（Hg）是香港18个城市公园中最普遍的重金属，其次是砷（As）和镉（Cd）。香港城市土壤重金属(类)污染的可能人为源主要归因于燃煤电厂的大气沉降，其次是车辆排放和含重金属(类)农用化学品的施用。此外，基于主成分分析（PCA）和皮尔逊相关分析，总硫（S）和总钾（K）被确定为影响真菌感染率的关键因素。这些发现强调，应将此类必需养分纳入城市土壤常规监测，以便更全面评估土壤重金属(类)水平。关于盆栽实验，结果概述了一种可行的方法：将菌根真菌和有益土壤微生物群包埋于多孔微珠中，用于污染土壤中的植物种植，从而增强接种植物的生物量、磷吸收和光合色素含量。后续将进行土著土壤微生物群落的基因测序分析，以建立系统发育关系并鉴定编码酶（如砷酸盐还原酶）的基因，这些酶参与耐受重度污染土壤的机制，并促进接种植物的生物量、磷吸收和光合色素含量。此外，建议开展包含季节性变化（雨季和旱季）的菌根真菌接种田间试验，以确定类似效应能否在污染土壤中持续。同时，应开展更详细和全面的调查，检验根际土壤中重金属(类)浓度及其与在更严重重金属(类)污染土壤中存活的植物真菌感染率之间的相关性。
