AM真菌-小麦共生体系对农田Cd污染钝化修复关键技术

       一、项目负责人简介

郭晖，1982年10月生，中共党员，硕士，教授，硕士研究生导师，河南省高等学校教学名师，河南省模范教师，河南省青年骨干教师，河南省优秀科技特派员，新乡市城市园林绿化专家，主要从事重金属污染控制及其生态修复技术研究。

近年来，主持建成省本科一流课程、精品资源共享课程各1门，主持完成省教学改革重点项目1项，获省高等教育教学成果奖二等奖1项，主编、参编著作、规划教材3部；参与完成省部级以上科研项目13项，主持完成AM真菌-小麦共生体系对农田Cd污染钝化修复关键技术等省部级科研项目3项，授权发明专利3项，发表中文核心及被SCI 收录论文21篇，主持完成鑫丰农业科技园土壤修复等横向项目 20 余项。

        二、科研成果概况

土壤重金属原位钝化修复技术具有修复速率快、稳定性好、费用较低、操作简单、可以实现“边生产边修复”等特点，对于中低浓度污染的土壤具有较好的应用前景。郭晖教授团队开展有针对性的稳定与钝化方法应用研究。

                                                          图1 钝化修复技术原理图

1.AM真菌-小麦共生体系对Cd胁迫的耐受性研究

以白三叶草作为宿主植物，通过盆栽培养法扩繁培养3个月后的AM真菌效果较好，根内根孢囊霉（Ri）侵染率为89%-93%，含孢量为每20克329-354个，摩西斗管囊霉（Fm）侵染率为89%-92%，含孢量为每20克326-342个。培养出的AM真菌和四种小麦均能建立共生关系，AM真菌侵染率总体上随Cd胁迫增加呈下降趋势。小麦总生物量随Cd浓度的增大总体呈减小趋势，接种AM真菌可有效提高小麦生物量，增强小麦对Cd胁迫的耐受性。

   2.AM真菌-小麦共生体系对Cd胁迫的生理响应机制

以矮抗58为例，探究了AM真菌-小麦共生体系对土壤Cd污染的生理响应。结果表明小麦比叶重、叶绿素含量、净光合作用速率、丙二醛含量、抗氧化酶活性随Cd浓度的增大呈减小趋势，接种AM真菌可显著提高小麦的光合能力和抗氧化酶活性。

   3.AM真菌-小麦共生体系对Cd污染的钝化修复机制

以矮抗58为例，探究了AM真菌-小麦共生体系对土壤Cd污染的钝化修复机制。结果表明AM真菌-小麦共生体系对土壤Cd污染的钝化修复机制是降低土壤有效Cd含量，减少小麦根系对Cd的吸收。Cd20下接种Ri、Fm、RF后土壤有效Cd占比分别降低了21.62%、17.83%、19.18%，根系吸收系数分别降低了34.41%、39.46%、27.36%。

      4.AM真菌-小麦共生体系的土壤Cd含量安全阈值

通过回归分析法建立了土壤Cd含量与籽粒Cd含量的对数线性模型，根据国家标准（GB 2762-2017）中限定的小麦籽粒Cd含量0.10 mg·kg^-1确定土壤Cd含量的安全生产阈值。接种Ri、Fm、RF后，矮抗58的土壤Cd含量安全阈值由0.4278 mg· kg^-1提高到0.7700 mg·kg^-1、0.7520 mg·kg^-1、0.7366 mg·kg^-1，百农207的土壤Cd含量安全阈值由0.4153 mg·kg^-1提高到0.6873 mg·kg^-1、0.6603 mg·kg^-1、0.6609 mg·kg^-1，郑麦136的土壤Cd含量安全阈值由0.3713 mg·kg^-1提高到0.6597 mg·kg^-1、0.6518 mg·kg^-1、0.6263 mg·kg^-1，周麦22的土壤Cd含量安全阈值由0.3459 mg·kg^-1提高到0.6071 mg·kg^-1、0.6090 mg·kg^-1、0.5911 mg·kg^-1。

研究结果表明，AM真菌应用于小麦土壤Cd污染的钝化修复，接种AM真菌可缓解Cd胁迫对小麦的毒害，提高土壤Cd含量安全生产阈值。

三、应用前景

该技术在利用菌根技术原位钝化修复小麦土壤Cd污染，达到降低小麦籽粒Cd含量的目的，对提升小麦质量、保障农业安全生产具有重要意义。据统计，我国每年受重金属污染的粮食约 1200万吨，导致的粮食减产高达100万吨，直接经济损失至少200亿元。我国小麦产量约占粮食总产量的25%，该技术得到推广后，每年约能保障300万吨小麦的质量安全，按照小麦2200元/吨的价格计算，能额外带来66亿元的经济效益，附加的社会效益和环境效益不可估量。