專訪陳保冬：讓菌要吃掉土壤中的“重金屬”
更新時(shí)間：2014-07-07 23:36
來源：OFweek節(jié)能環(huán)保網(wǎng)
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菌根真菌不僅能提高植物對重金屬污染環(huán)境的適應(yīng)性，其實(shí)還可以提高植物的抗旱性，對細(xì)菌侵染的抵抗，還有貧瘠、土壤結(jié)構(gòu)的改良等等方方面面都有作用，這些方面我們作為一個(gè)課題組都在做，但是我們還是以菌根真菌為核心，整個(gè)研究菌根真菌在土壤生態(tài)系統(tǒng)里的作用，在調(diào)解整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)地上地下的作用，對整個(gè)環(huán)境變化的響應(yīng)的作用。
陳保冬簡介：陳保冬，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員、博士生導(dǎo)師，“土壤生態(tài)過程與生態(tài)重建”研究組組長。2002年7月獲中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)博士學(xué)位。2006年11月至2008年10月，日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(JSPS)外國特別研究員，在日本畜產(chǎn)草地研究所工作。2009年-2011年，德國洪堡基金會(huì) “洪堡學(xué)者”，在柏林自由大學(xué)進(jìn)行合作研究。2009年入選中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”。 先后主持或參與數(shù)項(xiàng)國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、科技部973項(xiàng)目、科技攻關(guān)項(xiàng)目，以及中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目有關(guān)菌根生態(tài)生理的研究工作。目前在國內(nèi)外學(xué)術(shù)雜志發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，其中SCI 收錄40余篇。 擔(dān)任學(xué)術(shù)雜志Pedobiologia及《生態(tài)學(xué)報(bào)》編委。2009年獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。2011年獲廣東省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
問：您當(dāng)初是何種機(jī)緣選擇了研究菌根真菌在土壤修復(fù)方面的應(yīng)用?在學(xué)習(xí)過程中遇到了何種困難?
陳保冬：這個(gè)要追溯到我研究生的時(shí)候，我的研究生導(dǎo)師李曉林教授幫我確定的這個(gè)題目，當(dāng)時(shí)菌根真菌的課題國內(nèi)做的還是非常少的。我的導(dǎo)師中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李曉林教授在菌根研究領(lǐng)域非常知名。在我的研究生初期，李老師從網(wǎng)上幫我篩選了100份左右的菌根論文供我閱讀。這使得我對菌根真菌有了初步的了解。在研究生畢業(yè)之后就一直從事菌根方面的研究，菌根在土壤修復(fù)方面的應(yīng)用是我研究方向之一。
在研究生遇到最大的問題是我的導(dǎo)師當(dāng)時(shí)并沒有在國內(nèi)，我只能憑借身邊現(xiàn)有的資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。李曉林教授在出國前給我安排的任務(wù)便是讓我培養(yǎng)一小盤膠卷盒的菌根真菌。不過當(dāng)時(shí)我還是通過反復(fù)的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐，最終完成培養(yǎng)真菌的工作。
問：中國國內(nèi)菌根修復(fù)的研究現(xiàn)狀如何?國外有哪些可以值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)?
陳保冬：據(jù)我所知，目前專門研究菌根在土壤修復(fù)研究的團(tuán)隊(duì)并不多。譬如像中國礦業(yè)礦大學(xué)(北京)、南京土壤研究所、西北農(nóng)林大學(xué)等。菌根修復(fù)的理論研究經(jīng)過數(shù)十載，現(xiàn)在已經(jīng)有了一些突破性進(jìn)展，關(guān)于菌根以前研究最多的就是菌根如何幫助植物吸收磷，這方面的研究非常非常多，當(dāng)然現(xiàn)在已經(jīng)很系統(tǒng)很深入。近些年，我們通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)菌根對于植物適應(yīng)污染的環(huán)境，尤其是嚴(yán)重污染的環(huán)境，它的作用是非常積極和顯著的。當(dāng)然蜈蚣草這個(gè)植物，是做重金屬污染土壤植物修復(fù)的明星植物，早期我們事先不知道蜈蚣草能不能形成菌根，經(jīng)過野外調(diào)查取樣，得出的結(jié)論非常驚訝。試驗(yàn)?zāi)M也表明，菌根也能夠提高蜈蚣草對砷污染的耐性，而且能夠提高生物量，總體上能夠增加蜈蚣草對砷吸收累積的量，所以也能夠促進(jìn)通過植物修復(fù)砷污染環(huán)境的效率。
菌根真菌它改善植物在砷污染環(huán)境下的生長，并不是通過減少吸收來實(shí)現(xiàn)的，而是通過生長稀釋效應(yīng)，也就是說，菌根主要是促進(jìn)植物對磷的吸收，改善植物磷營養(yǎng)，促進(jìn)植物生長，對植物體內(nèi)的砷達(dá)到一個(gè)稀釋效果，同時(shí)還有一點(diǎn)，它能夠減少植物里的砷由根系向地下的分配，尤其是降低地上這種砷的積累，從而減輕砷的毒害。
國外菌根修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)在已經(jīng)很成熟，客觀上講，我國還有些很大差距。在我研究生時(shí)候，國外已經(jīng)有比較成熟的理論及應(yīng)用。我們有時(shí)也是參考國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。這幾年來，我國基礎(chǔ)理論與國外的差距逐漸縮小，但是應(yīng)用技術(shù)，菌劑研發(fā)的工作幾乎還沒有，從理論到實(shí)際應(yīng)用國內(nèi)做的還是非常少的，配套技術(shù)還不完善。國內(nèi)仍停留在實(shí)驗(yàn)的層面上，有小規(guī)模示范性研究。在未來我們將會(huì)進(jìn)行更多的菌根真菌實(shí)際應(yīng)用的研究。
問：在未來的研究中，土壤中添加菌根真菌并種植經(jīng)濟(jì)作物是否具有可行性，以達(dá)到土壤修復(fù)和經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收雙贏?
陳保冬：這是很好的先進(jìn)的理念。植物修復(fù)的突出的優(yōu)點(diǎn)就是它能使土壤最大可能的恢復(fù)到近自然的生態(tài)系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中有一定可行性，可以將菌根真菌和經(jīng)濟(jì)作物結(jié)合起來。譬如選取能源植物、藥用植物作為修復(fù)植物，從而降低生態(tài)恢復(fù)的成本。但目前遇到最大的問題是，找不到經(jīng)濟(jì)上的承擔(dān)者。
實(shí)際應(yīng)用方面我們做的很少，主要是一些機(jī)理研究，但也進(jìn)行了一些實(shí)際工作。比如說在銅尾礦上，我們可以看到菌根對不同尾礦沙上不同植物生長的影響，大多數(shù)植物生長的積極作用是非常顯著的。我們嘗試著從污染的地方分離一些菌種，它們可能有些特殊的蔓徑，對植物適應(yīng)污染環(huán)境更有好處。
問：在重金屬污染濃度過大的礦區(qū)場地等區(qū)域的土壤中，植物或菌根真菌容易死亡，那么菌根真菌怎么尋求突破?
陳保冬：從菌根真菌的作用機(jī)理來講，菌根真菌對于植物適應(yīng)重金屬污染的土壤有兩方面作用。一是間接作用即主要作用。通過研究表明，土壤遭受重金屬污染或其它不利條件下，植物的根系很容易受到傷害，造成植物不能很好地吸收水分和養(yǎng)分而死亡，在此情況下，菌根真菌可以幫助植物更好地吸收水分和養(yǎng)分以適應(yīng)環(huán)境脅迫;二是直接作用也稱專性作用。菌根真菌可以直接影響重金屬在植物——土壤體系中的遷移轉(zhuǎn)化，尤其是能夠?qū)χ亟饘佼a(chǎn)生過濾和屏障作用，直接減少重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)的量。具體表現(xiàn)為，一是某些菌根真菌的細(xì)胞壁成分對重金屬有很強(qiáng)的吸附能力，二是菌根真菌與植物的界面對重金屬有過濾作用，三是某些菌根真菌缺少重金屬的吸收通道，直接阻礙重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)。因此，菌根真菌對植物適應(yīng)環(huán)境有著多重功能性，除了幫助植物平衡礦質(zhì)營養(yǎng)、吸收書分，還可以減少植物地上部分重金屬的累積。在重金屬污染情況下，菌根真菌與植物互惠互利，形成逆境與共生的關(guān)系。植物對菌根真菌產(chǎn)生依賴性，誘導(dǎo)菌根真菌侵染植物，植物受到侵染后，也會(huì)反饋和改變植物根際環(huán)境等，以此改變重金屬的形態(tài)和生物有效性，改變重金屬在植物——土壤體系中的遷移轉(zhuǎn)化。
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