全 文 ：中国农学通报 2013,29(17):177-181
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目：国家自然科学基金项目“DSE-植物联合体硫素营养代谢特征及其促进镉累积的机理”(41101486)。
第一作者简介：雷强，男，1991年出生，云南盈江人，本科，主要从事环境科学方面的工作。通信地址：650201云南农业大学资源与环境学院，Tel：
0871-5228745，E-mail：846581974@qq.com。
通讯作者：何永美，女，1980年出生，云南大姚人，讲师，博士，主要从事环境生态学科研方面的工作。通信地址：650201云南农业大学资源与环境学
院，Tel：0871-5228745，E-mail：heyongmei06@126.com。
收稿日期：2012-08-08，修回日期：2012-10-17。
镉对铅锌矿区中华山蓼根际真菌氢离子分泌的影响
雷 强 1，谢春琼 1，刘鲁峰 2，湛方栋 1，祖艳群 1，何永美 1
（1云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201；2云南农业大学招生就业处，昆明 650201）
摘 要：为了明确镉(Cd)胁迫对云南会泽铅锌矿区中华山蓼根际真菌氢离子分泌行为的影响，探讨矿区
野生植物根际真菌的生态作用。采用液体培养法，分析不同浓度(0、0.05、0.5、5 mmol/L) Cd处理条件下
根际真菌培养液的pH值。结果表明：（1）铅锌矿区中华山蓼根际真菌氢离子分泌能力及其对Cd处理的
响应在不同菌株间存在明显差异；（2）没有施加Cd处理，产酸能力强的真菌培养液pH值低至4.02，产酸
能力弱的pH值高至8.11；（3）Cd处理对产酸能力强的真菌培养液pH值影响不明显，但导致产酸能力较
弱的真菌培养液pH值显著下降，降幅最大达到3.21~3.86，培养液pH值与Cd浓度呈极显著或显著负相
关。可见，Cd胁迫显著促进产酸能力较弱的铅锌矿区中华山蓼根际真菌分泌氢离子。
关键词：镉；铅锌矿区；根际真菌；培养液；pH值
中图分类号：Q93 文献标志码：A 论文编号：2012-2735
Effects of Cadmium on the Hydrogen Ion Secretion of Rhizosphere Fungi of Oxyria sinensis Hemsle in
Abandoned Lead-zinc Mining Area in Huize, Yunnan
Lei Qiang1, Xie Chunqiong1, Liu Lufeng2, Zhan Fangdong1, Zu Yanqun1, He Yongmei1
(1College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201;
2Department of Enrollment and Employment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201)
Abstract: The aims were to elucidate the effects of cadmium (Cd) on the hydrogen ion secretion of the
rhizosphere fungi of Oxyria sinensis Hemsle in abandoned lead-zinc mining area in Huize, Yunnan Province,
China, and explore the ecological role of wild plants rhizosphere fungi in mining area. The pH value of liquid
medium for culturing rhizosphere fungi under Cd treatment with different concentrations (0, 0.05, 0.5,
5 mmol/L) was investigated by liquid culture methods. The results showed that: (1) there were significantly
difference on hydrogen ion secretion and its responses to Cd treatment of the rhizosphere fungi between the
different strains. (2) Under without Cd treatment, the pH value of liquid media for culture the rhizosphere fungi
with great or weak acid producing ability was low to 4.02 or high to 8.11, respectively. (3) Cd treatments had no
significant effect on pH value of liquid media for culture the rhizosphere fungi with great acid producing
ability, but resulted in pH value decreased significantly of liquid media for culture the rhizosphere fungi with
weak acid producing ability. The largest decline was 3.21-3.86. Significant or very significant negative
correlation was observed between pH value of liquid media and Cd treatment concentrations. It indicated that
the secretion of hydrogen ion by the rhizosphere fungi with weak acid producing ability would be significantly
promoted by Cd treatments.
Key words: cadmium; lead-zinc mining area; rhizosphere fungi; liquid medium; pH value
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0 引言
由于采矿、污水灌溉、污泥施用和施肥等人类活
动，导致重金属污染面积逐步扩大，污染程度日益严
重[1-3]。土壤真菌是土壤生态系统的重要组成部分，它
可以通过氢离子分泌等代谢行为，影响土壤中重金属
的形态、生物有效性和毒性。因此，土壤真菌活动产生
的代谢产物对土壤重金属的化学行为有重大影响，同
时，重金属离子对真菌菌丝的分泌行为也有明显影响，
引起研究人员的广泛关注[4-6]。
根际是植物-微生物-土壤相互作用的特殊生态环
境，生长于重金属污染的金属矿区土壤上的野生植物
根际，存在大量耐受重金属的真菌[7-9]。但有关金属矿
区野生植物根际真菌氢离子分泌行为的研究报道极
少，这对于了解金属矿区野生植物根际真菌的生态作
用具有重要意义。因此，以分离自重金属严重污染的
铅锌矿区野生植物——中华山蓼的根际真菌为研究材
料，采用液体培养法，测定不同浓度Cd处理培养液的
pH值，分析镉对铅锌矿区中华山蓼根际真菌氢离子分
泌的影响，探讨铅锌矿区野生植物根际真菌氢离子分
泌对镉胁迫的响应及其生态意义。
1 材料与方法
1.1 研究材料
中华山蓼(Oxyria sinensis Hemsl)根际真菌来自会
泽县者海镇民兵应急营 Pb/Zn 矿区（海拔 2463~
2516 m，103°4244E，26°3858N）。分离的常规培养基
为马丁氏培养基。采用氯化镉(CdCl2·2.5H2O)和醋酸
铅 [Pb(CH3COO)2·3H2O]分析纯固体试剂，配制浓度为
100 mmol/L的Cd2+和Pb2+母液。马丁氏培养基灭菌后
冷却至50℃时，加入Cd2+母液使得培养基分别含1、2和
5 mmol/L的Cd2+，作为含Cd2+培养基；添加Pb2+母液使得
培养基含2、4、10 mmol/L的Pb2+，作为含Pb2+培养基。采
用稀释平板法，根际真菌培养 3天后，依据真菌的菌落
形态挑取菌株，采用PDA培养基分离纯化和保存[8]。
1.2 Cd处理下中华山蓼根际真菌培养液pH值的测定
采用马铃薯葡萄糖培养基，添加定量的Cd2+储备
液，制备Cd2+浓度分别为 0、0.05、0.5和 5 mmol/L的培
养液，调节培养液初始 pH值至 7.0。50 mL三角瓶分
装，每个三角瓶装入20 mL培养液，灭菌后备用。利用
直径为6 mm的打孔器，获得培养7天的中华山蓼根际
真菌的菌落，每20 mL培养液接种1片直径为6 mm的
菌落，28℃静止培养 7天后，采用酸度计（PHS-3C型）
测定培养液pH值。
1.3 数据分析
采用统计软件DPS6.55，LSD法分析铅锌矿区中
华山蓼根际真菌的不同Cd浓度处理间培养液pH值的
差异显著性(n=3)，并计算Cd浓度与培养液pH值之间
的相关系数(n=12)。
2 结果与分析
2.1 镉对常规培养基分离的铅锌矿区中华山蓼根际真
菌培养液pH值的影响
没有施加Cd处理，4株铅锌矿区中华山蓼根际真
菌培养液 pH值小于 7.0，以菌株KZF-2和KZF-6产酸
能力最强，培养液 pH值分别为 5.06和 5.02；其余 3株
铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液 pH值大于 7.0，产
酸能力较弱。施加Cd处理，菌株KZF-6培养液 pH值
没有显著变化，培养液pH值与Cd浓度呈显著正相关；
其余 6株铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液的 pH值
显著下降，4株铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH
值与Cd浓度呈极显著或显著负相关。培养液pH值降
幅最大者为KZF-1，5 mmol/L Cd处理该菌株培养液
pH值下降了3.25（表1）。
2.2 镉对含镉培养基分离的铅锌矿区中华山蓼根际真
菌培养液pH值的影响
没有施加Cd处理，4株含镉培养基分离的铅锌矿
菌株
KZF-1
KZF-2
KZF-3
KZF-4
KZF-5
KZF-6
KZF-7
pH
Cd2+浓度0 mmol/L
7.28±0.11 a
5.06±0.23 a
6.23±0.18 b
6.34±0.05 a
7.57±0.82 a
5.02±0.36 a
7.42±0.32 a
Cd2+浓度0.05 mmol/L
5.76±0.02 b
4.59±0.13 b
6.50±0.04 a
4.18±0.12 c
6.21±0.24 a
4.84±0.38 a
6.22±0.29 b
Cd2+浓度0.5 mmol/L
4.91±0.27 c
4.49±0.05 b
4.83±0.10 c
5.91±0.18 b
6.39±0.45 a
4.69±0.48 a
6.20±0.02 b
Cd2+浓度5 mmol/L
4.03±0.25 d
4.16±0.04 b
—
5.73±0.02 b
4.62±0.08 b
5.77±0.02 a
5.94±0.36 b
相关系数
-0.737**
-0.674*
-0.946**
0.155
-0.742**
0.595*
-0.452
表1 马丁氏培养基分离的铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH值及其与镉浓度的相关系数
注：不同小写字母表示在P=0.05水平上有显著性差异。“—”表示该真菌没有生长；“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01。下同。
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雷 强等：镉对铅锌矿区中华山蓼根际真菌氢离子分泌的影响
区中华山蓼根际真菌培养液 pH值小于 7.0，菌株
KZCF-8产酸能力较强，培养液pH值为5.75；其余5株
铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH值大于7.0，产酸
能力较弱。铅锌矿区菌株KZCF-2在 0.5和 5 mmol/L
Cd处理，KZCF-8培养液 pH值在 5 mmol/L Cd处理显
著增加。0.05、0.5、5 mmol/LCd处理，分别有5株、6株
和 7株铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液的 pH值显
著下降，5株铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH值
与Cd浓度呈极显著或显著负相关。培养液pH值降幅
最 大 者 为 菌 株 KZCF-6、KZCF-7 和 KZCF-9，
0.05 mmol/LCd处理的菌株KZCF-6和KZCF-9培养液
pH值分别下降了3.45和3.22，0.5 mmol/LCd处理的菌
株KZCF-7和KZCF-6培养液pH值分别下降了3.57和
3.21（表2）。
菌株
KZCF-1
KZCF-2
KZCF-3
KZCF-4
KZCF-5
KZCF-6
KZCF-7
KZCF-8
KZCF-9
pH
Cd2+浓度0 mmol/L
6.42±0.07 a
6.56±0.03 b
6.59±0.07 a
7.32±0.06 ab
7.48±0.08 a
7.49±0.22 a
8.11±0.13 a
5.75±0.06 b
7.15± 0.10 a
Cd2+浓度0.05 mmol/L
5.70±0.46 b
4.24±0.02 c
4.09±0.18 d
7.42±0.09 a
7.22±0.02 b
7.30±0.12 a
7.96±0.15 a
4.58±0.03 c
7.37±0.09 a
Cd2+浓度0.5 mmol/L
5.61±0.41 b
7.55±0.28 a
4.87±0.04 c
7.11±0.10 b
5.88±0.06 c
4.28±0.26 b
5.61±0.04 b
5.66±0.02 b
5.72±0.02 b
Cd2+浓度5 mmol/L
5.67±0.05 b
7.75±0.11 a
5.74±0.02 b
4.97±0.11 c
5.75±0.02 c
4.04±0.29 b
4.54±0.02 c
5.93±0.03 a
3.93±0.14 c
相关系数
-0.224
0.553
0.229
-0.990**
-0.689*
-0.675*
-0.815**
0.517
-0.921**
2.3 镉对含铅培养基分离的铅锌矿区中华山蓼根际真
菌培养液pH值的影响
没有施加Cd处理，7株铅锌矿区含铅培养基分离
的中华山蓼根际真菌培养液 pH值小于 7.0，菌株
KZPF-10和KZPF-14产酸能力最强，培养液pH值分别
为 4.30和 4.02；其余 7株铅锌矿区中华山蓼根际真菌
培养液pH值大于7.0，产酸能力较弱。0.5和5 mmol/L
Cd处理，菌株KZPF-8和KZPF-14培养液pH值显著增
加。0.05、0.5和 5 mmol/LCd处理，分别有 7株、8株和
9株铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液的 pH值显著
下降，7株铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH值与
Cd浓度呈极显著或显著负相关。培养液pH值降幅最
大者为菌株KZPF-11和KZPF-8，0.5 mmol/LCd处理菌
株培养液pH值分别下降了3.86和3.63（见表3）。
表2 含镉马丁氏培养基分离的铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH值及其与镉浓度的相关系数
菌株
KZPF-1
KZPF-2
KZPF-3
KZPF-4
KZPF-5
KZPF-6
KZPF-7
KZPF-8
KZPF-9
KZPF-10
KZPF-11
KZPF-12
KZPF-14
KZPF-15
pH
Cd2+浓度0 mmol/L
7.51±0.04a
5.74±0.08a
7.58±0.10a
5.24±0.57a
5.96±0.13c
5.97±0.18a
7.25±0.19a
7.69±0.09a
7.96±0.05a
4.30±0.27b
7.57±0.08a
6.51±0.15b
4.02±0.07c
7.16±0.23a
Cd2+浓度0.05 mmol/L
7.38±0.09a
4.57±0.12b
6.11±0.24b
3.18±0.09b
4.03±0.05d
4.72±0.22b
6.64±0.47a
7.31±0.19b
7.91±0.02a
3.56±0.04b
7.54±0.04a
7.59±0.09a
4.82±0.35b
6.14±0.13b
Cd2+浓度0.5 mmol/L
7.44±0.17a
3.47±0.12c
5.94±0.04b
3.87±0.20b
8.41±0.10a
4.93±0.03b
7.98±0.68a
4.07±0.07d
7.28±0.06b
6.93±0.37a
5.78±0.02b
6.12±0.09b
5.67±0.14a
6.04±0.30bc
Cd2+浓度5 mmol/L
5.74±0.02b
—
4.64±0.32c
5.71±0.02a
7.86±0.13b
4.47±0.32b
7.69±0.04a
5.98±0.02c
5.82±0.03c
6.20±0.02a
3.71±0.13c
6.41±0.26b
6.13±0.02a
5.16±0.36c
相关系数
-0.978**
-0.888**
-0.794**
0.611*
0.502
-0.519
0.269
-0.925**
-0.973**
0.468
-0.925**
-0.291
0.712**
-0.721**
表3 含铅马丁氏培养基分离的铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH值及其与镉浓度的相关系数
·· 179
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可见，Cd处理对产酸能力强的铅锌矿区中华山蓼
根际真菌培养液pH值影响不明显，不能提高产酸能力
强的菌株氢离子的分泌。Cd处理导致产酸能力较弱
的铅锌矿区中华山蓼根际真菌培养液pH值显著下降，
培养液pH值降幅最大达到3.21~3.86，培养液pH值与
Cd浓度呈极显著或显著负相关，Cd处理显著促进产
酸能力较弱的铅锌矿区中华山蓼根际真菌氢离子的分
泌。
3 讨论与结论
人类采矿、冶炼、电镀、污水灌溉、化肥与农药施
用等工业和农业生产活动，致使Cd、As、Pb和Cu等重
金属大量进入土壤，形成严重的重金属污染。在重金
属污染的土壤上，土壤丝状真菌对重金属产生了适
应，耐受重金属的真菌数量增加。采用平板分离的方
法，研究人员从污水底泥、污水灌溉农田、采矿废弃地
与尾矿地、重金属污染水体与底泥等重金属污染土壤
中，分离出大量耐受重金属的丝状真菌[10-12]，其在重金
属胁迫下的代谢行为及其生态作用引起研究人员的
广泛兴趣[13]。
在本研究中发现，Cd胁迫显著促进产酸能力较弱
的铅锌矿区中华山蓼根际真菌氢离子的分泌，这与重
金属胁迫促进真菌分泌低相对分子量有机酸的研究报
道是一致的[14-16]。研究表明，丝状真菌菌丝分泌的低相
对分子量有机酸，如甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苹果酸等，
能在菌丝体外螯合重金属离子，形成不溶水的重金属
—有机酸盐晶体沉淀，有效阻止重金属离子进入真菌
细胞内，从而提高丝状真菌对重金属的耐受性，是丝状
真菌耐受重金属的重要机制之一[17]。王明霞等[18]认为
铝胁迫条件下，钙信号是介导外生菌根真菌分泌草酸
的信号因子。但这方面的研究很少，重金属促进丝状
真菌分泌有机酸的生理与分子机制尚不清楚，急需加
强研究。
此外，重金属严重污染的铅锌矿区野生植物根际
真菌氢离子分泌能力的增加，一方面，根际真菌产生与
重金属具有较强配合能力的低相对分子量有机酸，可
以使富集于矿区土壤表面的重金属解吸和溶解，提高
铅锌矿区土壤重金属的生物有效性[19]。另一方面，在
重金属污染土壤中根际真菌氢离子的分泌有助于根际
土壤的pH下降，将直接或间接的影响重金属的形态及
其生物有效性[20]。重金属污染条件下，将一株深绿木
霉 (Trichoderma atroviride F6) 接 种 到 印 度 芥 菜
(Brassica juncea L.)上，显著提高印度芥菜的生长和植
物修复效率[21]。黑曲霉30117的发酵液能显著促进印
度芥菜对土壤Cd、Pb、Zn的吸收[22]。因此，铅锌矿区野
生植物根际真菌的产酸行为可能提高根际土壤重金属
的迁移性，导致根际土壤重金属的活化，可用于发展根
际真菌—植物联合修复重金属污染土壤，引起研究人
员的广泛关注[23]，也为今后的继续研究提供了探索方
向，有助于认识铅锌矿区野生植物根际真菌的生态作
用，为利用金属矿区土著微生物资源，强化重金属污染
土壤的植物修复效率提供了新的途径。
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