土壤生物与土壤污染研究前沿与展望-第3页-北极星环境修复网

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最近研究发现，即使施用不含抗生素的有机肥，也可以显著富集土壤中抗生素抗性微生物和抗性基因，其原因是土壤养分的投入可以改变土壤微生物群落结构，特别是一些通常含有抗性基因的微生物类群，如假单胞杆菌等。

尽管有关污染物对土壤生物的影响已有大量研究报道，但目前还非常缺乏真正意义上的土壤污染生态毒理学研究：很少有研究考虑物种间的相互作用，更少有真正在生态系统层次开展的研究。

此外，自然条件下土壤污染通常是多种污染物共存的复合污染，但已有研究多以单种或单类污染物作为研究对象，考察其在环境介质中的迁移转化过程，但很少考虑复合污染的生态效应。

客观地讲，在群落水平乃至生态系统水平开展毒性测试还存在很多难点，如在户外自然光照和降雨条件下进行的中宇宙测试，与真实环境高度接近，但由于测试系统中的组分是动态变化和相互依赖的，这种复杂性使得建立污染物和群落变化间的剂量-效应关系非常困难，同时成本较高导致实验重复少，也限制了实际应用。今后还需进一步发展针对多物种的半野外测试方法来评价群落/生态系统水平的效应。

1.2 土壤生物对环境污染的响应及其适应机制

污染物对土壤生物具有毒害作用，但另一方面土壤生物对各类污染物也有一定的抗性和解毒机制。对于重金属而言，土壤生物的解毒及耐性机制包括：

(1)泌出、吸附以及细胞外的沉淀作用，如许多微生物通过胞外聚合物将重金属固持在胞外;

(2)对过量重金属的区隔化作用，如重金属进入植物细胞后往往聚集在液泡中，而在菌根共生体系中重金属会被固持在根内真菌结构中;

(3)细胞内解毒作用，植物或微生物摄入过量重金属离子可诱导金属硫蛋白、植物络合素、谷胱甘肽等物质的大量合成，并与重金属离子相结合，从而减轻重金属毒害，如铜或镉胁迫能够上调丛枝菌根真菌中金属硫蛋白基因(GintMT1)的表达;

(4)通过氧化、还原、甲基化和去甲基化作用对重金属进行转化，将重金属转化为无毒、低毒或易排出体外的形态。如一些微生物能够将砷甲基化，从而降低砷毒害，同时也帮助植物减轻毒害，有些厌氧微生物可将汞甲基化，再将甲基汞排出细胞外达到解毒作用。

一些土壤微生物与植物在长期适应环境过程中形成了协同抵抗重金属机制。例如，在重金属污染环境中，AM真菌即可通过多种机制对宿主植物起到保护作用。

概括起来，AM真菌主要通过间接和直接两条途径增强植物重金属耐性，间接途径主要通过促进植物对矿质养分(尤其是磷)的吸收，改善植物营养状况，促进植物生长，进而增强植物重金属耐性;直接途径主要指丛枝菌根对重金属环境行为的直接影响，如根外菌丝对重金属的直接固持作用等。

此外，值得注意的是，一些微生物或植物甚至能够在重金属污染下获益，如一些化能自养型砷氧化微生物能够将三价砷氧化为五价砷，并且利用其产生的能量同化二氧化碳，供自身生长。

虽然土壤生物消纳重金属的过程及机制已有较多研究，但过去还是以重金属迁移转化的化学过程为主，相关生理及分子机制方面的深入研究相对较少，而这方面的研究对于从本质上认识重金属的地球化学循环过程无疑具有重要意义。

对于有机污染物而言，土壤生物在其降解过程中具有不可替代的重要作用。土壤有机污染物的降解关键过程如脱氯、开环、脱氮、氧化及还原等往往在微生物作用下完成。

微生物降解有机污染物主要分为两种方式，生长代谢和共代谢。生长代谢是指微生物将有机污染物作为碳源和能源物质加以分解和利用的代谢过程。以多环芳烃为例，微生物在单加氧酶或双加氧酶的催化作用下，将氧加到苯环上，形成C—O键，再通过加氢、脱水等作用使C—C键断裂，苯环数减少，形成一些中间产物，如邻苯二酚等，这些中间产物进而被微生物利用合成自身生长所需物质。

原标题：土壤生物与土壤污染研究前沿与展望

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