吳春雅， 戴傳超， 張鳳敏， 何 偉

(南京師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023)

隨著工業(yè)化的發(fā)展，各種各樣的污染物如重金屬、有機(jī)污染物被排放到土壤中，造成嚴(yán)重的土壤復(fù)合污染。相比于單一污染物，復(fù)合污染物之間可能具有協(xié)同、相加或拮抗作用，提高了修復(fù)土壤復(fù)合污染的難度。復(fù)合污染指同一環(huán)境中存在兩種或兩種以上的污染物，可分為復(fù)合重金屬污染、復(fù)合有機(jī)物污染及重金屬-有機(jī)污染物復(fù)合污染[1]。土壤中的重金屬溶解度低，不能降解為無(wú)害產(chǎn)物，其可通過(guò)食物、水、空氣及皮膚接觸進(jìn)入人體[2]。有機(jī)污染物包括碳?xì)浠衔?、有機(jī)溶劑、揮發(fā)性有機(jī)化合物、鹵化有機(jī)物和多環(huán)芳烴等，可抑制微生物的生長(zhǎng)及代謝活動(dòng)，影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，破壞土壤生態(tài)環(huán)境，且它們中的一些代謝物具有致癌性[3]。此外，有機(jī)化合物還可以進(jìn)入食物鏈對(duì)生物造成毒性[4]。另外，植物本身也會(huì)產(chǎn)生一些有機(jī)物如酚酸、吲哚對(duì)植物和土壤造成損害[5]。目前已有多種方法用于治理土壤污染，主要分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)。其中植物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是一種新型、有前景的生物修復(fù)方法，其使用綠色植物去除土壤中的污染物，目前已發(fā)現(xiàn)高濃度的污染物對(duì)大多數(shù)植物具有毒性，易損傷植物的代謝系統(tǒng)并影響植物生長(zhǎng)狀況[6]，限制了該技術(shù)的應(yīng)用。目前污染物、微生物和植物之間的相互作用引起研究人員的密切關(guān)注[7]，當(dāng)微生物與植物聯(lián)用時(shí)，植物可為微生物提供棲息地及營(yíng)養(yǎng)，而微生物也能通過(guò)增強(qiáng)植物的耐受性、促進(jìn)植物生長(zhǎng)及降解污染物改善植物生長(zhǎng)環(huán)境。十幾年來(lái)，研究人員運(yùn)用各種微生物與植物聯(lián)用修復(fù)土壤污染，近幾年發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌與植物關(guān)系更加密切，并且可能是植物的生長(zhǎng)促進(jìn)劑[8]，因此提出使用內(nèi)生菌與植物聯(lián)用提高植物修復(fù)效率[9]。內(nèi)生菌是指定殖于健康植物的各種組織和器官內(nèi)部的細(xì)菌或真菌, 并且被感染的宿主植物不表現(xiàn)出外在病癥[10]。最近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌主要通過(guò)促進(jìn)宿主植物的生長(zhǎng)，改變植物攝取污染物能力和酶降解污染物等方法增強(qiáng)宿主植物去除土壤中污染物的能力[11]，因此內(nèi)生菌與植物聯(lián)用是一種非常有前景的植物修復(fù)方法[9]。本文總結(jié)和討論了具有復(fù)合污染抗性?xún)?nèi)生菌的種類(lèi)及內(nèi)生菌促進(jìn)植物生長(zhǎng)和影響植物解毒/積累/移位的機(jī)制，展望了內(nèi)生菌在植物修復(fù)中的應(yīng)用前景和方向。

1 修復(fù)環(huán)境污染物的植物內(nèi)生菌

有研究表明內(nèi)生菌在植物中的定殖數(shù)量分布為根>莖>葉[12]。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)內(nèi)生菌來(lái)自于根圍、葉環(huán)或其他植物的附生細(xì)菌群落，可通過(guò)種子及受損的葉片組織傳播[13]。近幾年來(lái)，研究人員已從多種植物中分離出能夠修復(fù)土壤重金屬污染的內(nèi)生菌，如超累積植物芥菜、東南景天、蜈蚣草、商路等，以及非超累積植物大豆、油菜、水稻、蘆葦?shù)?。還有從小飛蓬、紫花苜蓿、黑麥草、看麥娘、互花米草等植物中分離出來(lái)的具有修復(fù)土壤有機(jī)污染物的內(nèi)生菌。如表1所示，植物內(nèi)生菌在修復(fù)復(fù)合污染的土壤中發(fā)揮重要作用。

表1 修復(fù)環(huán)境污染物的植物內(nèi)生菌Table 1 Plant endophytic bacteria that repair environmental contaminants

1.1 修復(fù)土壤重金屬?gòu)?fù)合污染的內(nèi)生菌

重金屬污染不僅會(huì)對(duì)與植物質(zhì)量和產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響，而且會(huì)改變植物相關(guān)微生物群落的大小、組成和活性。目前，研究較多的內(nèi)生菌主要著生于植物根部，如Bacillussp.、Pseudomonassp.、Achromobactersp.等，其均具有去除土壤中復(fù)合重金屬的能力，Babu等[14]從Alnusfirm中分離出的BacillusthuringiensisGDB-1能將土壤中77%的鉛(100 mg/L)、64%的鋅(50 mg/L)以及34%的砷(50 mg/L)轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，以去除土壤中的重金屬。內(nèi)生菌不僅能在根中富集重金屬，還能向莖、葉轉(zhuǎn)移，從而提高植物對(duì)重金屬的吸收效率。丁建等[20]從Spartinaalterniflora中分離的LysinibacillussphaericusQZ1-1可促進(jìn)Spartinaalterniflora中銅、鉛、鉻的富集，并能將重金屬向地上轉(zhuǎn)移，為植物修復(fù)土壤復(fù)合重金屬污染提供了良好的實(shí)驗(yàn)菌株。不同內(nèi)生菌對(duì)不同金屬的耐受性不同。如從Nypafruticans中分離的Pestalotiopsissp.對(duì)重金屬的耐受性為鋅>鉛>銅>鉻[21]。Sim等[22]從Phragmites中分離三種菌，發(fā)現(xiàn)與Phomopsissp.和Saccharicolabicolour相比，Trichodermaasperellum對(duì)各種金屬具有更好的耐受性和適應(yīng)性(高達(dá)2 000 mg/L)，Trichodermaasperellum和Saccharicolabicolour對(duì)銅親和力更高，其次是鉻和鉛，而Phomopsissp.對(duì)金屬的親和力為銅>鉛>鉻。Visioli等[23]發(fā)現(xiàn)主要定殖在根表面和葉表皮組織細(xì)胞間隙的ArthrobacterNcr-1和MicrobacteriumNcr-8共接種可促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并可去除土壤中的鎳、鐵、鈷和銅。

1.2 修復(fù)土壤有機(jī)復(fù)合污染物的內(nèi)生菌

目前有研究表明Pseudomonassp.是降解多環(huán)芳烴(PAHs)的主要菌種，幾乎可以降解所有四環(huán)以下的多環(huán)芳烴[24]。許多具有降解有機(jī)污染物的內(nèi)生菌可以從受污染環(huán)境的植物根、莖部分離出來(lái)，與莖相比，根中降解有機(jī)污染物的內(nèi)生菌數(shù)量更多。BurkholderiafungorumDBT1主要存在于雜交楊樹(shù)(Populusdeltoides×Populusnigra)根組織中，并能耐受488 mg/kg的萘、菲、二苯并噻吩和芴，植物本身可以消除82%～87%的PAHs，而接種菌株DBT1后PAHs的降解率可高達(dá)99%[17]。污染物的添加可能會(huì)改變植物內(nèi)生菌群落，菲污染增加了鹽沼植物Spartinaalterniflora中Proteobacteria的豐度，但減少Firmicutes、Bacteroidetes及Chloroflexi的數(shù)量。通過(guò)芘處理增強(qiáng)Spartinaalterniflora中Proteobacteria和Firmicutes的豐度，說(shuō)明PAHs污染可以改變Spartinaalterniflora根部?jī)?nèi)生細(xì)菌群落，鹽沼植物中的內(nèi)生細(xì)菌可能在植物修復(fù)土壤PAHs污染中起重要作用[25]。不同內(nèi)生菌對(duì)有機(jī)污染物的降解率不同，并且添加一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能增強(qiáng)污染物的降解。Zhu等[18]發(fā)現(xiàn)Conyzacanadensis和TrifoliumpretenseL.中的Stenotrophomonassp. P1可降解98.0%萘、83.1%芴、87.8%菲、14.4%芘和1.6%苯并(a)芘，而Pseudomonassp. P3可降解95.3%萘、87.9%芴、90.4%菲、6.9%芘，與菌株P(guān)1相比，菌株P(guān)3從植物組織中去除PAHs的效率更高，并且兩種菌均可以PAHs為碳源生長(zhǎng)，另外額外加入有機(jī)碳和有機(jī)氮營(yíng)養(yǎng)可顯著增強(qiáng)PAHs的生物降解。植物物種的選擇也會(huì)影響接種后內(nèi)生菌的定殖率和代謝活動(dòng)，并最終影響植物修復(fù)過(guò)程，F(xiàn)atima等[26]的調(diào)查顯示Brachiariamutica中內(nèi)生菌定殖率和代謝活動(dòng)比Leptochloafusca更高，并且Acinetobactersp. BRSI56和PseudomonasaeruginosaBRRI54共接種對(duì)原油的降解率較高，在Brachiariamutica中的降解率最高為78%。目前的研究主要集中于內(nèi)生細(xì)菌協(xié)同植物降解復(fù)合污染物，而對(duì)于內(nèi)生真菌，有研究表明內(nèi)生真菌Phomopsissp. B3與水稻聯(lián)合處理30 d后，土壤中菲的殘余量?jī)H為5.932 mg/kg，為初始菲含量的3.95%；單獨(dú)使用菌株B3修復(fù)，土壤中殘余的菲為11.186 mg/kg[27]，這些研究表明植物也能與內(nèi)生真菌聯(lián)合作用提高植物修復(fù)土壤污染的效率，為后人研究?jī)?nèi)生真菌協(xié)同宿主植物修復(fù)土壤復(fù)合有機(jī)污染的研究做了前期準(zhǔn)備。

1.3 修復(fù)土壤重金屬-有機(jī)復(fù)合污染物的內(nèi)生菌

目前對(duì)內(nèi)生菌協(xié)同植物修復(fù)土壤重金屬-有機(jī)復(fù)合污染的研究較少，對(duì)于復(fù)合污染W(wǎng)eyens等主要使用基因工程菌株Burkholderiasp.開(kāi)展了一系列研究。發(fā)現(xiàn)在Lupinusluteus中接種基因工程內(nèi)生菌BurkholderiacepaciaVM1468可減少污染物對(duì)植物毒性，接種后植物根生物量增加了30%。與未接種的對(duì)照相比，接種植物中三氯乙烯蒸散量呈下降趨勢(shì)，根中的鎳濃度高出約7倍，莖中增加了5倍[28]。接種內(nèi)生菌BurkholderiacepaciaVM1468后，在鎳和甲苯復(fù)合污染土壤中植物對(duì)鎳吸收增加，但減少了甲苯的蒸散量，同時(shí)接種后植物對(duì)甲苯降解能力不受鎳的影響[29]。接種BurkholderiavietnamiensisBU61的柳樹(shù)修復(fù)鎘和甲苯復(fù)合污染土壤，發(fā)現(xiàn)接種后提高甲苯的降解能力，降低了其毒性和蒸散量，但鎘吸收和易位沒(méi)有受到影響[30]。這些研究證實(shí)，基因工程菌株可以用于提高植物重金屬耐受性并降解有機(jī)污染物，為修復(fù)復(fù)合污染土壤提供良好的菌株。

2 植物內(nèi)生菌協(xié)同修復(fù)土壤重金屬?gòu)?fù)合污染的作用機(jī)制

已有充分證據(jù)證明內(nèi)生菌可以幫助宿主植物適應(yīng)惡劣條件并通過(guò)促進(jìn)植物生長(zhǎng)，降低重金屬對(duì)植物毒性、改變土壤中重金屬生物有效性和植物中金屬轉(zhuǎn)運(yùn)能力及表達(dá)重金屬解毒基因或蛋白提高植物修復(fù)效率?？傮w上，內(nèi)生菌通過(guò)兩種手段促進(jìn)復(fù)合重金屬污染土壤中植物修復(fù)過(guò)程，即促進(jìn)植物生長(zhǎng)及改變植物攝取重金屬的能力。表2列舉了內(nèi)生菌對(duì)復(fù)合重金屬的吸收機(jī)制。

表2 內(nèi)生菌對(duì)復(fù)合重金屬的吸收機(jī)制Table 2 Mechanisms of endophytic bacteria absorb multiple heavy metals

2.1 促生機(jī)制

促生長(zhǎng)菌主要通過(guò)溶磷，產(chǎn)生鐵載體和植物激素緩解重金屬毒性并促進(jìn)植物生長(zhǎng)。在重金屬脅迫下，發(fā)現(xiàn)一些耐重金屬脅迫的內(nèi)生菌可通過(guò)酸化、螯合和有機(jī)酸的釋放溶解沉淀在土壤中磷酸鹽或通過(guò)分泌細(xì)胞外酸性磷酸酶使土壤中的有機(jī)磷礦化，從而提高土壤中磷的利用率，研究發(fā)現(xiàn)磷酸鹽的增溶與土壤中重金屬攝取有關(guān)，可增加植物重金屬的積累。接種Rahnellasp. JN6可觀(guān)察到Brassicanapus中可溶性磷酸鹽顯著增加，并且與未接種的相比，植物地上和根組織中鎘、鉛和鋅的濃度和植物干重也顯著增加[31]。植物一般通過(guò)產(chǎn)生鐵載體溶解不溶性鐵，以及一些植物所需的微量元素，如鐵、錳、鋅、銅、鉬、鈉、鎳等，以促進(jìn)植物生長(zhǎng)。內(nèi)生菌也能夠向植物供應(yīng)必需的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑以增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)物積累和代謝，生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑相互作用可促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。IAA(indole-3-acetic acid，吲哚-3-乙酸),作為主要生長(zhǎng)素，參與植物的各種生理過(guò)程。內(nèi)生菌可調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑增加自身生物量，分散植物某些部位積累的重金屬，以降低對(duì)植物的毒性。大量研究表明內(nèi)生菌可產(chǎn)生IAA促進(jìn)植物生長(zhǎng)，BacilluspumilusE2S2產(chǎn)生的IAA量最高，并顯著增加了Sedumplumbizincicolaharbors的根長(zhǎng)(146%)、莖長(zhǎng)(17%)、鮮重(37%)和干重(32%)，表明IAA可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂和分化促進(jìn)植物生長(zhǎng)和發(fā)育[32]。植物在重金屬脅迫下，可產(chǎn)生大量乙烯，抑制植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致植物死亡，而某些內(nèi)生細(xì)菌可產(chǎn)生ACC脫氨酶，同時(shí)能以ACC為碳源，降低植物中乙烯的含量。Babu等[14]在A(yíng)lnusfirm中接種BacillusthuringiensisGDB-1，其具有ACC脫氨酶的活性，可增加植物生物量，進(jìn)而增加植物中重金屬的積累。

2.2 改變植物攝取重金屬的能力

重金屬?gòu)耐寥擂D(zhuǎn)移到植物中主要取決于土壤中重金屬生物有效性，而重金屬的生物有效性也受土壤顆粒大小、養(yǎng)分、pH、氧化還原電位、有機(jī)物和其他離子等因素的影響。研究表明，具有重金屬抗性的內(nèi)生菌可以減輕污染物的毒性，其主要通過(guò)釋放金屬螯合劑(例如鐵載體、有機(jī)酸、生物表面活性劑)、酸化土壤、改變氧化還原活性來(lái)增加重金屬的生物有效性。

鐵載體主要存在于根際，可提高Fe3+及其他各種二價(jià)金屬離子的移動(dòng)性及可溶性重金屬的濃度，所以Saha等[37]認(rèn)為鐵載體在內(nèi)生菌協(xié)同植物修復(fù)土壤重金屬?gòu)?fù)合污染中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Yamaji等[38]從Eleutherococcussciadophylloides中分離出463株菌株，107株能產(chǎn)生鐵載體，并累積大量的銫和錳，也能產(chǎn)生螯合鐵和鋁的鐵載體，導(dǎo)致銫污染土壤中銫和錳的解吸。其中4株菌鐵載體產(chǎn)量較高，分別為Pseudomonascitronellolisnllol、Stenotrophomonasmaltophiliat142、Pseudomonasdenitrificansn142、Pseudomoansdenitrificansn164,均可增強(qiáng)土壤中鐵、鋁、銫和錳的解吸能力，降低土壤pH。

一般來(lái)說(shuō)，根部滲出的低分子量有機(jī)酸在植物根際發(fā)揮重要作用，例如獲取營(yíng)養(yǎng)，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)和緩解某些元素的毒性，還可通過(guò)絡(luò)合反應(yīng)結(jié)合土壤溶液中的金屬離子，提高重金屬的溶解度，降低土壤pH。Chen等[33]發(fā)現(xiàn)Pseudomonassp. Lk9和Solanumnigrum相互作用可促進(jìn)植物根分泌有機(jī)酸，提高土壤中可溶性重金屬的濃度，增加植物鎘、鋅、銅的攝取能力。Ma等[34]發(fā)現(xiàn)Sedumplumbizincicola接種AchromobacterpiechaudiiE6S后可產(chǎn)生有機(jī)酸和溶解磷酸鹽，引起土壤pH降低，并增加土壤中重金屬的溶解度，提高了根際土壤中重金屬的生物利用度，同時(shí)增加植物生物量，提高植物攝取和積累鎘、鋅、鉛的能力，而接種菌株E6S也大大減少了根中鎘和鋅的轉(zhuǎn)移，細(xì)菌細(xì)胞以一定順序結(jié)合金屬離子(鋅>鎘>鉛)，表明細(xì)菌接種可以協(xié)助宿主植物根吸收和儲(chǔ)存重金屬，減少重金屬向莖葉轉(zhuǎn)移，以降低對(duì)植物的毒性。內(nèi)生菌接種可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和根部分泌物，同時(shí)促進(jìn)植物吸收重金屬。陳寶[39]發(fā)現(xiàn)接種植物內(nèi)生菌Sasm03能夠顯著增加根際土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性和宿主植物的根系分泌物，促進(jìn)植物對(duì)鋅、鎘的吸收。

此外，由內(nèi)生菌產(chǎn)生的生物表面活性劑可用來(lái)增加難溶性金屬的生物利用度，并加速植物修復(fù)速率[40]，主要通過(guò)降低土壤-水界面張力和流體力來(lái)促進(jìn)重金屬?gòu)耐寥阑|(zhì)到土壤溶液的解吸[41]。因此，產(chǎn)生生物表面活性劑的內(nèi)生菌可有效地增強(qiáng)重金屬的流動(dòng)性，從而增加植物中重金屬的積累。

內(nèi)生菌可以改變重金屬的生物利用度并在植物中易位，其可分泌多種代謝物，包括鐵載體、有機(jī)酸(如檸檬酸、草酸、乙酸等)改變重金屬的生物有效性并增加植物對(duì)重金屬的攝取能力。如BacillusthuringiensisGDB-1可通過(guò)產(chǎn)生鐵載體螯合重金屬，有機(jī)酸降低土壤pH，提高重金屬的生物利用度，從而增加Alnusfirm根和莖中鎳、鎘、鋅、鉛、銅、砷的濃度[14]。

2.3 重金屬解毒基因及相關(guān)蛋白的表達(dá)

重金屬的毒性是影響植物修復(fù)的關(guān)鍵因素，為了克服金屬的毒性，一些內(nèi)生菌通過(guò)編碼重金屬解毒基因減輕重金屬脅迫，如亞砷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(arsB)基因可催化砷(V)還原成砷(III)，亞砷酸鹽氧化酶(aoxB)可將砷(III)氧化成砷(V)[42]。金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可介導(dǎo)多種金屬離子與亞細(xì)胞螯合，有助于金屬離子從細(xì)胞質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞外或細(xì)胞器內(nèi)。有研究從重金屬耐受的深色有隔內(nèi)生真菌(DSE，Exophialapisciphila)中克隆出保守的金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因(EpNramp)，該基因表達(dá)的蛋白EpNramp可轉(zhuǎn)運(yùn)鐵和鎘，EpNramp基因的下調(diào)有助于減少細(xì)胞質(zhì)中鎘的吸收，可能是通過(guò)一系列配體(谷胱甘肽(GSH)、金屬硫蛋白)將金屬螯合在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)或從胞質(zhì)溶膠流入隔離室[43]。將谷胱甘肽合酶基因gcsgs導(dǎo)入Enterobactersp. CBSB1，接種基因工程菌株CBSB1-GCSGS的Brassicajuncea對(duì)鎘和鉛攝取量最高[44]。在4種重金屬脅迫下，表達(dá)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶基因EpGSTT1、EpGSTT2和EpGSTT3活性顯著上調(diào)，有利于降低ROS損傷，并有助于Exophialapisciphila的重金屬耐受[45]。在鎘脅迫下，參與金屬攝取(ZIP)、易位(MTP)和螯合(PCS)的3個(gè)玉米基因受DSE定殖和鎘脅迫的影響，接種DSE顯著下調(diào)除了低鎘處理的其他所有處理的根和葉的ZIP基因，表明接種DSE后玉米根中鎘吸收減少，MTP轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能夠通過(guò)增加液泡內(nèi)金屬的螯合來(lái)介導(dǎo)突變株對(duì)鋅和鎘的超敏反應(yīng)。因此上調(diào)的MTP是通過(guò)特異性細(xì)胞區(qū)室的隔離(例如液泡)幫助鎘的解毒。此外，植物螯合肽合酶基因(PCS)的上調(diào)，具有改善谷胱甘肽和相關(guān)硫醇肽的催化轉(zhuǎn)肽作用，這可能在鎘運(yùn)輸和解毒中起重要作用[46]。

3 內(nèi)生菌協(xié)同宿主植物修復(fù)土壤有機(jī)復(fù)合污染物的作用機(jī)制

在植物修復(fù)有機(jī)復(fù)合污染物過(guò)程中，內(nèi)生菌通過(guò)促進(jìn)植物生長(zhǎng)，降低有機(jī)污染物在植物組織中的比例，改善植物的適應(yīng)能力，從而增強(qiáng)植物修復(fù)效率。此外，內(nèi)生菌產(chǎn)生不同的酶礦化有機(jī)污染物，并降低植物中揮發(fā)性有機(jī)污染物的毒性[47]。還有些內(nèi)生菌同時(shí)具有促生長(zhǎng)和酶降解功能，在修復(fù)土壤有機(jī)復(fù)合污染過(guò)程中發(fā)揮重要作用。表3列舉了內(nèi)生菌對(duì)復(fù)合有機(jī)污染物的吸收機(jī)制。

表3 內(nèi)生菌對(duì)復(fù)合有機(jī)污染物的吸收機(jī)制Table 3 Mechanisms of endophytic bacteria absorb multiple organic pollutants

3.1 促生長(zhǎng)機(jī)制

植物內(nèi)生菌可以多環(huán)芳烴為碳源，減少土壤及植物中PAHs的含量及毒性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。Peng等[48]從AlopecurusaequalisSobol和OxaliscorniculataL.中分離出68株內(nèi)生細(xì)菌，分為3個(gè)門(mén)：Firmicutes、Proteobacteria和Bacteroidetes。其中Bacillussp.和Pseudomonassp.為主要種群。它們中的一些能夠以PAHs作為惟一碳源和能量迅速生長(zhǎng)，表明這些菌株可能具有降解植物中PAHs的潛力。Ho等[52]研究表明AchromobacterxylosoxidansF3B接種至Vetivergrass中可以芳香族化合物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯、鄰苯二酚、苯酚)為碳源且能夠提高宿主植物的生物量。內(nèi)生菌能產(chǎn)生生長(zhǎng)素、ACC脫氨酶刺激植物生長(zhǎng)，還可以刺激植物抗性機(jī)制，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物和空間，減少病原體的生長(zhǎng)和活性，間接改善污染土壤中植物的生長(zhǎng)和有機(jī)污染物的降解。Bisht等[19]將Bacillussp. SBER3接種至Populusdeltoides，4 d后產(chǎn)生22 mg/mL的IAA，并在120 h后溶解0.96 mg/mL的有效磷。此外，Bacillussp. SBER3還產(chǎn)生鐵載體和ACC脫氨酶。除了這些性狀，菌株SBER3還能在體外條件下抑制植物病原真菌Rhizoctoniasolani、Macolaminaphaseolina、Fusariumoxysporum和Fusariumsolani的生長(zhǎng)。菌株SBER3在液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)6 d后，蒽和萘的濃度分別降低了83.4%和75.1%，在土壤模型系統(tǒng)中共降解了45.6%的PAHs。內(nèi)生菌接種對(duì)植物根系分泌物及微生物群落產(chǎn)生影響。接種Pseudomonassp.改變Scirpustriquete根系土壤的微生物群落，其微生物數(shù)量增加但種類(lèi)降低。接種Pseudomonassp. J4AJ 可以促進(jìn)Scirpustriquete的生長(zhǎng)，從而影響其根際作用，而Scirpustriquete的根際活動(dòng)又可以反過(guò)來(lái)為Pseudomonassp.提供各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，土壤中的耐油菌可以更好地存活和增殖，兩者協(xié)同作用促進(jìn)土壤中柴油的降解[53]。

3.2 共代謝機(jī)制

可通過(guò)添加額外的營(yíng)養(yǎng)物或微生物能直接利用的碳氮來(lái)刺激內(nèi)生菌[54]，同時(shí)增強(qiáng)內(nèi)生菌降解低分子量有機(jī)污染物的能力，高分子量的有機(jī)物溶解度較低，難以降解，可通過(guò)共代謝提高內(nèi)生菌對(duì)污染物的降解能力。共代謝定義為微生物不能以某些難降解的有機(jī)物作為碳源和能源，需要有額外的化合物提供碳源或能源才能降解該有機(jī)物[55]。Zhu等[56]發(fā)現(xiàn)從PlantagoasiaticaL.中分離出的Paenibacillussp. PHE-3在添加額外的谷氨酸培養(yǎng)84 h后，菲的最大降解效率可達(dá)99.9%。此外，菌株P(guān)HE-3對(duì)菲的降解與兒茶酚2,3-雙加氧酶活性呈正相關(guān)，表明菌株P(guān)HE-3具有降解高分子量PAHs(HMW-PAHs)的能力。低分子量有機(jī)化合物可以通過(guò)共代謝增強(qiáng)HMW-PAHs的生物降解[57]，如菌株P(guān)HE-3可以使用菲作為底物共同降解苯并(a)芘，在其他2-3環(huán)PAHs的存在下，菌株P(guān)HE-3可通過(guò)共代謝有效地降解HMW-PAHs。

3.3 酶降解機(jī)制

內(nèi)生菌可通過(guò)氧化或還原酶系統(tǒng)將有毒化合物分解為毒性較小的化合物保護(hù)其宿主免受污染物的損傷，如漆酶、脂肪酶、細(xì)胞外酶[54]和其他氧化反應(yīng)酶(含細(xì)胞色素P450的單加氧酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶等)，兒茶酚2,3-雙加氧酶是雙加氧酶的超家族的成員，其可催化兒茶酚并取代兒茶酚環(huán)，這也是細(xì)菌降解多環(huán)芳烴的重要機(jī)制[56]。有研究發(fā)現(xiàn)漆酶在降解酚酸類(lèi)有機(jī)污染物如芥子酸[58]、阿魏酸[59]等方面發(fā)揮重要作用，其催化各種芳族化合物的氧化，當(dāng)內(nèi)生真菌Phomopsisliquidambari產(chǎn)生的漆酶施用于土壤時(shí)，花生的生物量增加了12%，同時(shí)土壤中香草酸，香豆酸和4-羥基苯甲酸的含量分別下降了21%、27%和40%[49]，說(shuō)明內(nèi)生菌產(chǎn)生的漆酶可降解土壤中毒性酚酸化合物，改善土壤環(huán)境，可在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上發(fā)揮重要作用。內(nèi)生真菌Phomopsisliquidambari可通過(guò)脫羧、氧化、羥基化和開(kāi)環(huán)反應(yīng)降解有機(jī)物肉桂酸，這種降解過(guò)程與酚酸脫羧酶、漆酶、羥化酶和原兒茶酸3,4-雙加氧酶的作用密切相關(guān)，酶的活性和基因轉(zhuǎn)錄動(dòng)力學(xué)也與相應(yīng)代謝物濃度的變化一致[60]。同時(shí)Phomopsisliquidambari產(chǎn)生的雙加氧酶可降解植物雌激素木犀草素[61]，酶代謝途徑中產(chǎn)生的某些物質(zhì)也可能為內(nèi)生菌提供碳源或能源，以加速有機(jī)污染物的降解。Kukla等[62]指出從LoliumperenneL.中分離出的大多數(shù)內(nèi)生菌都具有碳?xì)浠衔锝到饷福砻鬟@些細(xì)菌可以降低植物吸收烴后產(chǎn)生的毒性。Hong等[63]發(fā)現(xiàn)菲和芘處理導(dǎo)致非根際沉積物中的脫氫酶活性增加，促進(jìn)沉積物中PAHs的生物降解。有研究報(bào)道，錳過(guò)氧化物酶(MnP)在PAHs降解中起關(guān)鍵作用[64]，Dai等[3]的研究表明CeratobasidumstevensiiB6產(chǎn)生的MnP受菲誘導(dǎo)，但MnP的活性與菲降解沒(méi)有明顯的相關(guān)性，可能是由于真菌代謝菲的關(guān)鍵酶位于真菌菌絲體中，新鮮培養(yǎng)基促進(jìn)真菌菌絲體中酶的生成，一種可能是MnP參與了菲代謝物的降解，另一種可能性是MnP通過(guò)使用像過(guò)氧化氫這樣的共底物氧化菲。有研究表明，alkB基因是一種編碼單氧化酶或烷烴羥化酶的基因，其豐度與基因表達(dá)、碳?xì)浠衔锶コ烧?，這表明分解代謝基因的活性與烴降解直接相關(guān)[26]。BurkholderiaphytofirmansPsJN攜帶編碼各種降解酶的基因，如烷烴單加氧酶(alkB)和細(xì)胞色素P450烷烴羥化酶的基因，其能降解土壤中柴油污染[50]。其他烴類(lèi)降解基因有ndoB和phnAc，分別負(fù)責(zé)萘雙加氧酶和菲雙加氧酶的表達(dá)，可降解萘和菲。EnterobacterludwigiiBRI10-9對(duì)柴油降解率最高為68%，并且菌株BRI10-9與Italianryegrass聯(lián)合作用效果較好，內(nèi)生菌BRI10-9具有表達(dá)細(xì)胞色素P450羥化酶的基因CYP153，該基因具有降解碳?xì)浠衔锏哪芰?，其表達(dá)和豐度在根際最高，這可能是由于根系滲出大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可用于烷烴降解的細(xì)菌生長(zhǎng)和共代謝[9]。

4 內(nèi)生菌協(xié)同宿主植物修復(fù)土壤重金屬-有機(jī)復(fù)合污染物的作用機(jī)制

由于重金屬的存在可能會(huì)抑制內(nèi)生菌對(duì)各種有機(jī)污染物的生物降解，所以目前對(duì)于內(nèi)生菌協(xié)同宿主植物修復(fù)土壤重金屬-有機(jī)復(fù)合污染物的研究較少，其主要通過(guò)促進(jìn)植物生長(zhǎng)，降低氧化應(yīng)激水平減輕復(fù)合污染物對(duì)植物的毒性。

Gutiérrez-Ginés等[65]從LupinusluteusL.根中分離出一些內(nèi)生菌，其中1株具有較高的促生長(zhǎng)能力，還有9株菌株可以有機(jī)污染物為唯一碳源生長(zhǎng)，有趣的是試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與人工施加苯并芘土壤中生長(zhǎng)并接種內(nèi)生菌的植物相比，在天然垃圾填埋土壤生長(zhǎng)的植物生長(zhǎng)能力下降，表明植物內(nèi)生菌可能不適應(yīng)植物體內(nèi)重金屬的濃度。Weyens等[66]接種基因工程菌株P(guān)seudomonasputidaW619-TCE后，楊樹(shù)根重顯著增加。此外，接種后內(nèi)生菌可減少根部的氧化應(yīng)激水平減輕植物毒性?？紤]到植物修復(fù)效率，接種菌株W619-TCE導(dǎo)致根部氮吸收增加45%。

5 展 望

土壤環(huán)境中存在多種污染物，雖然植物內(nèi)生菌協(xié)同宿主修復(fù)土壤污染已經(jīng)被廣泛用于重金屬?gòu)?fù)合污染物及有機(jī)污染物復(fù)合污染的研究，并在實(shí)驗(yàn)室條件下取得一定成效，然而關(guān)于重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染的研究相對(duì)較少。為加速處理土壤中的復(fù)合污染物，需要闡明內(nèi)生菌在植物修復(fù)中的作用機(jī)制。此外，需要進(jìn)一步探索以下幾個(gè)發(fā)展方向：①需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)土壤中復(fù)合污染的研究，增加復(fù)合污染物的數(shù)目和類(lèi)別對(duì)修復(fù)土壤復(fù)合污染具有非常重要的實(shí)踐意義；②可研究復(fù)合內(nèi)生菌修復(fù)土壤復(fù)合污染的效果及機(jī)制。未來(lái)需要將具有不同優(yōu)勢(shì)內(nèi)生菌結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，共同作用，研發(fā)菌劑并大規(guī)模地應(yīng)用于土壤復(fù)合污染修復(fù)；③需要探索內(nèi)生菌降解復(fù)合污染物的有利性狀，以獲得在該領(lǐng)域中植物和內(nèi)生菌的聯(lián)合使用的最大效果；④可采用基因工程的方法改良內(nèi)生菌與植物的相互作用，尋找修復(fù)土壤污染的新策略；⑤分析與污染物降解相關(guān)的基因、蛋白質(zhì)及生物體內(nèi)的一些代謝物，探索植物與內(nèi)生菌相互作用的分子機(jī)制；⑥研究?jī)?nèi)生菌如何影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及微生物群落修復(fù)土壤復(fù)合污染的作用機(jī)制，將內(nèi)生菌輔助的植物修復(fù)更加有效、大規(guī)模地應(yīng)用于處理土壤復(fù)合污染。