兩種野生食用菌對土壤重金屬的富集特征研究

茶麗娟 ，周丹丹 *，馮鴻娟，趙淑媛，馮凱萍

1. 昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650500；2. 云南省土壤固碳與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500

云南是我國野生食用菌產(chǎn)量和種類最多的地區(qū)之一（李泰輝等，2002），其自然資源量約 50萬噸（云政發(fā)[2001]170號(hào)）。目前云南省可供大宗出口的野生食用菌有松茸、美味牛肝菌類、雞樅菌、雞油菌、塊菌、竹蓀、奶漿菌和珊瑚菌等數(shù) 10種（徐丹先等，2011）。野生食用菌不僅風(fēng)味獨(dú)特、肉質(zhì)鮮嫩，而且含有豐富的營養(yǎng)成分（如蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素等）、藥理活性成分（如活性多糖）以及礦物質(zhì)（如K、Mg、Na、Fe、Ca等）（邢增濤等，2000；李麗等，2015），是一種被公認(rèn)的健康食品（Koyyalamudi et al.，2013；Wang et al.，2014）。然而，現(xiàn)有研究表明大型真菌都具有較強(qiáng)的富集重金屬的能力，且對富集重金屬的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過綠色植物（Mandic et al.，1992）。許多野生食用菌種類都有較大濃度的重金屬（如鉛、鎘、鐵、銅、錳、鋅、鉻、鎳、鋁和汞）積累（García et al.，1998；Zhu et al.，2011）。有研究表明，野生食用菌對重金屬富集能力不僅受野生菌菌種、菌株及菌株可食部分的影響（Mandic et al.，1992）還與土壤、水、空氣等生長環(huán)境有關(guān)（Falandysz et al.，2014；楊天偉等，2016）。云南省礦產(chǎn)資源豐富、蘊(yùn)藏量大（如云南省的鋅、銅、鉛等族礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量在全國位居前列）、分布廣、種類豐富、開發(fā)利用程度高，但在開發(fā)利用中存在礦產(chǎn)資源利用方式粗放，給周邊水、空氣、土壤環(huán)境造成了不同程度的影響（顧濟(jì)滄等，2010）。因此，云南野生食用菌重金屬的富集研究應(yīng)該全方面關(guān)注生長土壤環(huán)境，從非根際、根際土壤再到菌體。目前野生食用菌中重金屬含量的調(diào)查研究較多，而對野生食用菌對土壤重金屬的富集差異和根際效應(yīng)的研究較少未見報(bào)道。因此本研究將對野生食用菌及其對應(yīng)根際土壤、非根際土壤中重金屬含量、有效態(tài)的相互關(guān)系進(jìn)行研究。

本研究選用云南大理巍山常見且出口量較大的雞樅菌和珊瑚菌作為研究對象。采用ICP-MS測定雞樅菌和珊瑚菌中重金屬含量以及兩種野生菌生長的根際土壤和非根際土壤中重金屬含量及重金屬有效態(tài)含量，探討野生食用菌對重金屬的富集差異及根際效應(yīng)。這將為分析野生食用菌重金屬污染情況提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與采樣點(diǎn)位

研究區(qū)域位于云南省大理州巍山縣，在大理白族自治州南部，地處 99°55′—100°25′E、24°56′—25°32′N 之間，屬云嶺橫斷山脈的南延部份，地處哀牢山和無量山北段地區(qū)，和大理點(diǎn)蒼山遙遙相望，年平均降雨量804 mm，年日照總時(shí)數(shù)平均2188 h。海拔高度在1146—3037 m。冬季平均氣溫大于5 ℃，無積雪和凍土；夏季平均氣溫 21 ℃，無酷暑。溫暖的氣候，為境內(nèi)的動(dòng)植物生殖、繁衍提供了良好條件。有野生植物300多種，主要有云南松（Pinu syunnanensis）、華山松（Pinu sarmandii）、高山栲（Castanopsis delavayi）、蘭花（Cymbidiumssp.）、菊花（Chrysanthemum）等。非常適合野生菌生長，出產(chǎn)雞樅菌（Termitomyces albuminosus）、牛肝菌（Boletus）、雞油菌（Cantharellus cibarius）、青頭菌（Russula virescens）、松茸（Tricholoma matsutake）、黑木耳（Auricularia auricula）等。巍山縣礦產(chǎn)資源主要有銻礦、銅礦、金礦、鐵礦、鉛鋅礦、石膏礦等。土壤有棕色針葉林土、水稻土、石灰?guī)r土等類型。本研究于2019年8月進(jìn)行樣品采集。采樣點(diǎn)位基本情況見表1。

表1 采樣點(diǎn)位基本情況表Table 1 Basic situation table of sampling points

1.2 供試樣品

野生食用菌對生長環(huán)境有嚴(yán)格的要求（鄭航，2017），因而供試樣品采集只能采取隨機(jī)布點(diǎn)的方式，隨機(jī)布設(shè)采集2種野生食用菌（雞樅菌和珊瑚菌樣品）共計(jì)6個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)分布圖如圖1所示。在野生食用菌生長地方，將其枯枝落葉整理完后，輕輕將菌子撥倒或是鏟出，采集其樣品。雞樅菌和珊瑚菌采集后刮去泥土、砂石、枯枝等雜物，用自來水清洗干凈，再用超純水漂洗，于 50 ℃烘干，粉碎過80目塑料篩盤，用自封袋保存、備用。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Distribution of sample points

沿著菌絲或者是菌根的地方取菌子的根際土壤。同時(shí)，在對應(yīng)出菌地點(diǎn)旁未出野生食用菌的地方取其未長野生菌的非根際土壤。所有土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，剔除碎石、雜物等，在通風(fēng)避光的室內(nèi)自然風(fēng)干。將風(fēng)干的樣品搗碎研磨后過100目篩，儲(chǔ)存于棕色玻璃瓶中備用。

1.3 測定方法

雞樅菌和珊瑚菌重金屬元素（Cu、Zn、Cd、Pb）含量采用 HNO3-H2O2微波消解法，并利用ICP-MS（PE350x）進(jìn)行測定（解楠等，2012）；土壤重金屬元素（Cu、Zn、Cd、Pb）及其有效態(tài)含量分別采用HNO3-HF-H2O2微波消解法（袁靜，2012）和二乙三胺五醋酸一三乙醇胺（DTPA-CaCl2-TEA）法（HJ 804—2016），并利用ICP-MS（PE350x）進(jìn)行測定。

采用1%（V/V）硝酸介質(zhì)配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，與樣品消解溶液和空白溶液分別上機(jī)測量。標(biāo)準(zhǔn)系列的濃度分別為：0.0、0.2、1、10、20、50、100 μg·L?1。在線加入 100 μg·L?1銠做內(nèi)標(biāo)消除質(zhì)譜干擾及其它物理干擾，由儀器自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品溶液中重金屬離子的濃度，從而得到菌及土壤樣品中重金屬元素的含量。

所有樣品在分析測定過程中，均設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣品、空白試樣和重復(fù)試樣，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

1.4 富集系數(shù)

富集系數(shù)是指食用菌的元素含量與生長土壤中元素含量之比。BCF計(jì)算公式如下（Malinowska et al.，2004）：

式中：

wc,s——菌蓋（C）或菌柄（S）中重金屬的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg·kg?1），以干質(zhì)量計(jì)；

wso——土壤中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg·kg?1），以干質(zhì)量計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行處理，用 SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），并且用Ducan法進(jìn)行多重比較。顯著性水平P取0.05。實(shí)驗(yàn)作圖采用Microsoft Excel 2013。數(shù)據(jù)相關(guān)性分析采用SPSS 20.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬在野生菌根際/非根際土壤界面中的遷移

兩種野生食用菌根際與非根際土壤中重金屬總量的比值見圖 2。兩種野生食用菌根際與非根際土壤中重金屬總量的比值大于 1，這可能是因?yàn)橐吧秤镁置诘幕瘜W(xué)物質(zhì)，改變了根際微環(huán)境（Fernández-Fueyo et al.，2016；劉朋虎等，2017）。與非根際土壤相比，根際土壤內(nèi)營養(yǎng)較為豐富，細(xì)胞脫落物與根系分泌物為根際微生物提供豐富碳源等營養(yǎng)物質(zhì)，此外，在外界環(huán)境的刺激下，可能會(huì)引起根際效應(yīng)進(jìn)而刺激微生物活動(dòng)，導(dǎo)致土壤酶活性較高且微生物活動(dòng)較為頻繁（程揚(yáng)等，2018；劉京偉等，2020；高文慧等，2021）。從而，增加了根際土壤重金屬的富集，如根際微生物可以通過吸附、吸收、氧化還原、分泌有機(jī)物等方式積累重金屬離子（閻曉明等，2002）。

圖2 兩種野生食用菌對應(yīng)根際土壤和非根際土壤中重金屬總量的比值Fig. 2 Two kinds of wild edible fungi correspond to the ratio of total heavy metals in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil

在雞樅菌根際/非根際土壤中重金屬含量比值高低順序?yàn)椋篊d>Pb>Zn>Cu。珊瑚菌根際/非根際土壤中重金屬含量比值高低順序?yàn)椋篫n>Cd> Pb>Cu。重金屬在菌根際與非根際土壤中重金屬總量的比值均大于1，其原因有兩方面：其一，這可能是菌根際對根際土壤中的養(yǎng)分和重金屬含量需求利用較高，這也導(dǎo)致了菌根際土壤養(yǎng)分和重金屬含量在一定程度上要高于非根際的（Barch et al.，1978；Ma et al.，2005）。其二，野生食用菌分泌的化學(xué)物質(zhì)，改變了根際微環(huán)境，增加了根際土壤重金屬的富集。比如，根際微生物可以通過吸附、吸收、氧化還原、分泌有機(jī)物等方式積累重金屬離子（Posta et al.，1994）。食用菌分泌胞外酶（徐柯，2011）。當(dāng)酶遇到重金屬時(shí)，重金屬與底物競爭，重金屬同時(shí)進(jìn)入，與底物結(jié)合形成“酶-重金屬-底物”的絡(luò)合物（Mulligan et al.，1999）。不同菌體所分泌的物質(zhì)不一樣（Harley et al.，1983），導(dǎo)致重金屬元素總量根際/非根際大小順序不一樣。分泌的粘膠物質(zhì)與根際中的 Pb2+、Cu2+和Cd2+等重金屬離子絡(luò)合，形成穩(wěn)定的螯合體，將污染物穩(wěn)定在污染土壤中（Cunninngham，1995）。

重金屬在不同菌體根際/非根際土壤中含量的比值情況見圖2，Zn在不同菌體根際/非根際土壤中含量的比值為雞樅菌<珊瑚菌，Cu、Cd和Pb在不同菌體根際/非根際土壤中含量的比值為雞樅菌>珊瑚菌。這可能是由于 Zn與蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)主要是與檸檬酸基、半胱氨酸基、組氨酸基等基團(tuán)相結(jié)合（劉劍飛等，2011），而含有這3種氨基酸的珊瑚菌（竇曉蘭，2013）對 Zn的富集能力要比雞樅菌高。還有，雞樅在生長過程中，沖破土壤時(shí)，為減緩?fù)寥雷枇Γw表面分泌粘液（張玉金，2012），粘液與重金屬元素發(fā)生絡(luò)合（Cunninngham，1995）。雞樅菌分泌木質(zhì)素酶間接分解纖維素，幫助白蟻降解草料（如：枯枝、落葉、干草等），同時(shí)菌圃也是白蟻棲息的場所（Johnson et al.，1981），通過對5種白蟻共生雞樅菌的分析，共發(fā)現(xiàn)19種具有活性的酶（張玉金，2012）。酶與土壤發(fā)生界面反應(yīng)，影響土壤重金屬的歸趨（李艷等，2018）。雞樅菌在生長過程中存在跨巢傳播，雞樅菌的跨巢傳播主要是指雞樅菌以某種方式傳播到具有共生潛力的白蟻新筑蟻巢內(nèi)，并與之建立共生關(guān)系的一個(gè)過程（張玉金，2012）。白蟻在流動(dòng)過程中，導(dǎo)致重金屬的流動(dòng)。珊瑚菌繁衍生棲于闊葉林、針葉林或者針、闊葉混交林不同的植被類型的森林生態(tài)環(huán)境。它們生于林下的土壤，且與樹木形成外生菌根。地生，常生于苔蘚或腐殖質(zhì)中，很少生于腐木上。

2.2 野生菌根際/非根際土壤中重金屬有效態(tài)含量的變化

根際與非根際土壤中重金屬有效態(tài)比值見圖3。根際與非根際土壤中重金屬有效態(tài)比值總體上大于 1，這可能是由于真菌菌絲體及其分泌化感物質(zhì)對金屬具有較強(qiáng)的活化能力所致。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)，與非根際土壤相比，食用菌生長根際土壤的CEC、速效磷含量增加（茶麗娟等，2020）。雞樅菌根際土壤中Zn有效態(tài)與非根際土壤中Zn有效態(tài)的比值小于1，這說明雞樅菌根際土壤中的Zn被鈍化了，可能與雞樅菌生長環(huán)境有關(guān)，Zn2+可以與某些真菌表面的磷酰基和羧基形成絡(luò)合物（劉瑞霞等，2002）。

圖3 兩種野生食用菌對應(yīng)根際土壤和非根際土壤中重金屬有效態(tài)的比值Fig. 3 Two kinds of wild edible fungi correspond to the ratio of available heavy metals in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil

2.3 重金屬在野生食用菌中的富集性

2.3.1 野生食用菌的富集系數(shù)

富集系數(shù)是野生食用菌對重金屬元素富集能力的指標(biāo)，可以反映野生食用菌與生長土壤的關(guān)系及元素的遷移難易程度。

雞樅菌和珊瑚菌對土壤中重金屬富集系數(shù)見圖4。

圖4 兩種野生食用菌對Cu、Zn、Cd、Pb的富集系數(shù)Fig. 4 Bioaccumlation factor of two wild edible fungi to Cu, Zn, Cd and Pb

雞樅菌對Cd、Cu、Zn的BCF大于1，說明雞樅菌對Cd、Cu、Zn富集能力較強(qiáng)。然而，珊瑚菌對Cd、Cu、Zn的BCF小于1，說明珊瑚菌對Cd、Cu、Zn、Pb富集能力較弱。由此可見，雞樅菌與珊瑚菌對土壤重金屬的富集存在差異。雞樅菌對重金屬的富集能力Cd>Cu≈Zn>Pb，這與雷敬敷等研究一致，食用菌對重金屬的富集能力為Cd>Cu≈Zn>Pb（雷敬敷等，1990）。這可能是金屬離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)與金屬硫蛋白結(jié)合（Gadd，1993；張曉檸，2006），而多數(shù)的金屬硫蛋白都是由金屬離子誘導(dǎo)產(chǎn)生的，如Cd2+、Cu2+、Zn2+具有較強(qiáng)的誘導(dǎo)能力（Reddy et al.，1990），加強(qiáng)了富集能力。雞樅菌和珊瑚菌對Pb的富集系數(shù)范圍在0.0002—0.085之間，說明雞樅菌和珊瑚菌中Pb的含量明顯低于根際土壤中Pb的含量。

綜上，野生食用菌對重金屬的富集能力不僅與菌種有關(guān)，也與重金屬種類有密切關(guān)系。食用菌具有富集金屬的能力，但在相同環(huán)境下，不同種類食用菌對金屬的富集能力存在一定差異（劉劍飛等，2011）。

2.3.2 野生食用菌重金屬含量與根際土壤重金屬總量的關(guān)系

雞樅菌、珊瑚菌重金屬含量與根際土壤重金屬總量的相關(guān)系數(shù)分別見表2、3。雞樅菌中的重金屬含量與根際土壤中的重金屬總量無顯著相關(guān)性，這可能是雞樅菌與白蟻共生，雞樅菌的重金屬含量與白蟻菌圃中含量密切相關(guān)。雞樅菌中的Cd和Pb高含量可能與它的生物習(xí)性有關(guān)，雞樅菌與白蟻共生，雞樅菌的Cd、Pb含量與白蟻菌圃中的這2類金屬含量密切相關(guān)（黃晨陽等，2010），黃瑞松等研究結(jié)果表明（黃瑞松等，2006），12批土垅大白蟻菌圃 Cd含量為 0.11—0.40 mg·kg?1，Pb 含量為6.0—19.1 mg·kg?1，較土壤的自然本底值高出很多。珊瑚菌中的Cu與根際土壤中的Cu呈顯著正相關(guān)。由上可知，珊瑚菌對重金屬的富集量與相應(yīng)的生長土壤中的重金屬總量有密切關(guān)系。

表2 雞樅菌重金屬含量與根際土壤重金屬總量的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients between the content of heavy metals in Termitomyces albuminosus and the total amount of heavy metals in rhizosphere soil

表3 珊瑚菌重金屬含量與根際土壤重金屬總量的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between the content of heavy metals in Ramaria botrytoides and the total amount of heavy metals in rhizosphere soil

3 結(jié)論

（1）雞樅菌、珊瑚菌根際土壤中重金屬元素（Cu、Zn、Cd、Pb）總量與非根際中的總量比值大于1；

（2）除雞樅菌根際土壤中 Zn有效態(tài)與非根際土壤中Zn有效態(tài)的比值小于1，雞樅菌、珊瑚菌根際土壤中其余3種重金屬元素有效態(tài)與非根際中的有效態(tài)比值大于1；

（3）雞樅菌對Cd、Cu、Zn的BCF大于1，而珊瑚菌對Cd、Cu、Zn的BCF小于1；雞樅菌和珊瑚菌對Cd、Cu和 Zn的富集能力存在差異；野生食用菌對重金屬的富集能力不僅與菌種有關(guān)，也與重金屬種類有密切關(guān)系，野生食用菌對重金屬的富集量與相應(yīng)的生長土壤中的重金屬總量有密切關(guān)系，雞樅菌對重金屬富集與根際土壤重金屬含量無顯著相關(guān)性，珊瑚菌對Cu的富集與根際土壤中的Cu呈顯著正相關(guān)。