李炯珊，杨泽，闫星，刘义珍，郭宇双，薛金爱，孙希平，季春丽，张春辉，
李润植
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0270
近日，《生物技术通报》在线发表了题为《四尾栅藻提高大豆草甘膦抗性及促生效应分析》的研究报告。本研究选取抗逆性较强的四尾栅藻（Desmodesmus subspicatus），研究其对草甘膦的吸附降解效应。应用大豆幼苗水培体系，系统评估施用四尾栅藻对草甘膦胁迫下大豆幼苗光合作用和生长的影响，以及降低大豆幼苗甘膦残留和清除水培液中草甘膦的功效。研究可为深入剖析微藻吸附降解水体和土壤中除草剂类农药残留的机理，以及应用微藻提高作物抗逆性和防控除草剂残留污染奠定科学基础。
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3.1 四尾栅藻对草甘膦胁迫有一定的耐受性，且可吸附或降解草甘膦
草甘膦是一种普遍应用于农业生产的广谱除草剂，其大量使用导致对土壤、地下水及地表等水生环境造成污染。因此，迫切需要建立快速高效治理环境中草甘膦残留污染的策略。单细胞光合自养的微藻具有生长速率快、生长周期短，可吸附或降解有机污染物等特点。已有应用微藻治理有机磷农药的相关研究报道。微藻主要通过生物吸附、生物吸收、生物积累和生物降解4种生物机制去除环境中的农药。以上研究表明利用微藻吸附或降解有机磷农药具有可行性。
本研究通过表征四尾栅藻对草甘膦胁迫的生理响应和检测培养液中草甘膦残留量发现，四尾栅藻不仅对草甘膦胁迫有一定的耐受性，而且还能吸附或降解草甘膦。在100 mg/L草甘膦胁迫下，与对照（无草甘膦胁迫）相比，藻细胞生长和光合色素减低，但仍能有效存活，保持一定的生长速率。与本研究发现四尾栅藻可以在100 mg/L的草甘膦胁迫下生长，并且可以有效去除培养液中的草甘膦。50 mg/L草甘膦胁迫下，四尾栅藻对草甘膦的去除率为64.29%，更为突出的是，在100 mg/L的草甘膦胁迫下，四尾栅藻对草甘膦的去除率更高，达到72.26%。推测微藻处理导致添加于培养液中的草甘膦含量大幅减少，可能与藻细胞吸附草甘膦，或者藻细胞降解草甘膦相关。前人研究已证明，微藻可以通过吸附的方式来降低重金属、农药等污染物在环境中的含量。类似的研究也发现，微藻可以产生与微生物吸附重金属相似的电致密体结构用以吸附有机磷农药，进而降低环境中有机磷农药的残留量。微藻亦可以将草甘膦等有机磷农药中的有机磷成分降解为小分子无机磷。本研究发现四尾栅藻对草甘膦具有吸附或者降解效果，其具体机制还需要进一步试验验证。
综上所述，四尾栅藻对草甘膦胁迫有一定的耐受能力，并且可有效吸附或降解草甘膦。因此，四尾栅藻可开发为绿色生物制剂，进一步用于治理草甘膦污染。
3.2 四尾栅藻可用作生物肥或生物刺激剂提高作物对草甘膦的耐性和阻滞草甘膦的吸收
草甘膦通过影响植物体内EPSPS合成酶的生成，进而抑制光合色素的合成和光合作用，最终导致植物枯萎死亡。前人研究揭示大豆对环境中草甘膦残留较为敏感，草甘膦胁迫显著损伤大豆的生长和光合活性，降低大豆产量和品质。因此，亟需建立有效农艺措施以提高大豆抵御草甘膦胁迫的能力或阻滞大豆对草甘膦的吸收。这对保护我国优异大豆种质资源、提升大豆产量，以及保障粮油安全具有重要意义。
前人研究显示，草甘膦被植物吸收后富集于根尖和茎尖等组织中，在24-28 h内就会转移分布到植株各个器官和组织，进而抑制光合作用和植株生长。本研究表明，草甘膦胁迫导致大豆幼苗生长抑制、光合色素减低。试验发现，根际环境含有草甘膦，会致使大豆幼苗根长及根系丰度发生显著改变，低剂量草甘膦（5 mg/L）胁迫，就能造成根系生长的明显改变。在5 mg/L草甘膦胁迫下，与对照相比，大豆幼苗根长减少量达到37%以上。这与前人研究中草甘膦会影响植物根系生长的研究结果一致。然而，施用四尾栅藻能显著缓解草甘膦对大豆幼苗的抑制效应，促使大豆幼苗生长加速、光合色素含量回升、光合活性增强。四尾栅藻对大豆幼苗草甘膦胁迫的缓解作用和促生效应可能来源于藻细胞合成分泌的促生物质、藻细胞分解后释放更多营养物质被大豆幼苗吸收利用，以及藻细胞在根系表面附着形成生物膜阻滞草甘膦被根系吸收。其他一些应用微藻提高作物生长和抗逆性的研究也发现藻液的添加可以提高作物根系活力，促进根系生长。微藻也会向根际环境分泌各种胞外聚合物，形成水合的生物膜基质，已有研究表明微藻生物膜可以净化生产生活中的含磷污水。
本研究还发现，四尾栅藻处理能显著去除大豆幼苗根际环境（水培液）中草甘膦残留量，且能大幅减低大豆幼苗体内草甘膦富集量。如前文所述，四尾栅藻这种显著去除草甘膦效应的可能机制是，藻细胞能大量吸附水培液中的草甘膦，或藻细胞高效降解了水培液中草甘膦，以及微藻细胞及其分泌物附着于大豆根系表面限制草甘膦被大豆根系吸收。前人研究证明微藻细胞可以将大分子有机磷农药吸附降解为小分子磷。这些小分子磷作为营养物质可被作物吸收利用。将微藻作为生物肥料施用于农田，不仅有助于改善土壤肥力和作物根际微生物群落，而且能显著促进作物生长发育和产量、增强健康农业的可持续性。
四尾栅藻可以耐受100 mg/L的草甘膦胁迫，且能大量吸附或降解水体中残留的草甘膦，对草甘膦的去除率最高可达72.26%。大豆幼苗对水体中添加的草甘膦很敏感，植株受害程度随着草甘膦施加量增加而更加严重。四尾栅藻添加到大豆水培培养中，可以有效缓解草甘膦胁迫对大豆幼苗的损害，对大豆幼苗生长以及光合活性均有一定的促进效应。四尾栅藻可开发为微藻生物肥或生物刺激剂，应用于草甘膦等除草剂的防控和提高作物抵御草甘膦残留等抗逆性。
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