近日，海南大学热带农林学院朱治强教授团队在Journal of Hazardous Materials上发表了题为“EDDS添加对王草-印度梨形孢共生体系修复Cd-Cr复合污染土壤的根际生态及微生物调控的影响”的研究论文。
植物修复作为一种绿色修复技术，成为国内外土壤修复关注的焦点。利用螯合剂和微生物增强植物修复成为有效可行的强化修复措施。本研究分别采用高效液相色谱法、Biolog生态板法、荧光定量PCR法和高通量测序法，综合分析了土壤根系分泌物组成、土壤微生物碳源利用、关键基因表达和土壤微生物群落结构的调控作用。[S，S]-乙二胺二琥珀酸（EDDS）的添加可为王草-印度梨形孢（P. indica）共生体系提供良好的根际生态环境，使得土壤pH值降低0.41个单位，刺激琥珀酸和富马酸的分泌，增强氨基酸和碳水化合物的碳源代谢活性，显著提高王草的生物量（25.7%），从而有助于提高Cd/Cr的生物利用度。异化铁还原菌的表达量显著上调99.2%，而梭菌的丰度没有显著变化。此外，土壤根际真菌群落（子囊菌门：45.8%，罗兹菌门：16.7%）的丰富度显著增加，可调节耐受微生物优势类群的比例，增加Cd/Cr去除效率（Cd：23.4%，Cr：18.7%）。这些发现为螯合剂辅助植物-微生物联合修复重金属污染土壤提供理论依据（图1）。
图1 本文图形摘要
在Cd-Cr复合污染土壤中，Cd和Cr主要积累在地上部。结果表明，EDDS的施用和P. indica的接种协同促进重金属在植株各部位的积累，尤其是地上部（图2）。
图2 王草地上部和根部Cd/Cr的积累量情况。不同的字母表示处理之间的显著差异（P<0.05）。双因素方差分析A：添加EDDS；B：接种P. indica；A×B表示A和B之间的相互作用。*：P<0.05；**：P<0.01
整体而言，细菌核心微生物群落随着时间的推移，绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）和未分类细菌门（Unclassified bacteria）趋于减少，厚壁菌门（Firmicutes）在植物生长前、中期的丰度趋于平缓，但在后期出现高峰增长，变形杆菌（Proteobacteria）呈现先减少后增加的趋势（图3）。
图3 不同处理下主要根际细菌（a）和真菌（b）在门水平的相对丰度
由Spearson相关系数显示，Proteobacteria、Gemmatimonadota、Basidiomycota、琥珀酸和水杨酸与土壤Cd或Cr有效态含量呈显著正相关（P<0.05）（图4）。结构方程模型分析表明，强化措施（EDDS施用和P. indica接种）不仅对Cd和Cr的去除效率有直接影响，还通过刺激植物生长、改变土壤理化性质、影响根系分泌物组成和土壤微生物群落结构来间接影响Cd和Cr的去除效率（图5）。
图4 土壤变量与微生物群落结构和根系分泌物之间的关系。*表示P<0.05；**表示P<0.01
图5 结构方程模型。对于每一种关系，在箭头旁边提供一个标准化系数，箭头权重与标准化系数成正比；模型拟合良好，拟合优化度F=0.621；蓝色箭头为正路径；红色箭头为负路径
P.Indica能够在王草根部定殖，促进王草农艺性状的改善。施用5.0 mmol kg-1 EDDS能显著增强王草-P. indica共生体系对Cd和Cr的提取量，主要是由于土壤pH降低，土壤Cd和Cr的生物有效性增加，这与王草对水杨酸和柠檬酸分泌量的增加有关，根系分泌物为土壤Cd/Cr的活化提供有利的根际微环境。生物可降解螯合剂EDDS的应用对真菌群落结构产生显著影响，而对细菌群落结构影响较小。施用EDDS显著提高了共生体系中碳水化合物、氨基酸和聚合物的碳源利用率，通过上调异化铁还原菌基因的表达量，改善土壤微生物群落结构，将土壤Cd和Cr的毒性降至最低。综上所述，采用P. indica-王草共生体系与EDDS强化的联合修复策略，具有协同效应，可用于轻度Cd-Cr复合污染土壤的修复，可为揭示绿色螯合剂在重金属复合污染土壤修复中植物-内生菌体系的协同调控机制提供新见解。
第一作者：张海祥，张楷露
通讯作者：朱治强
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.133266
