叢枝菌根真菌在果樹研究中的應(yīng)用

劉麗麗李建輝陳 駿鄭雪良王登亮楊海英

（ 1.浙江省衢州市農(nóng)業(yè)林業(yè)科學研究院 衢州 324000； 2.浙江省衢州學院）

菌根（Mycorrhiza）是自然界中一種普遍存在的植物與真菌的共生現(xiàn)象，其中叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi ，AMF）與植物形成的共生體最為廣泛，約80%的陸生植物可形成叢枝菌根，是土壤中非常重要的一類功能微生物[1]。AMF通過侵染進入植物根系皮層，在皮層細胞間形成菌絲，在皮層細胞內(nèi)形成叢枝和泡囊結(jié)構(gòu)。AMF菌絲為無隔菌絲，可通過菌絲將土壤養(yǎng)分傳輸給共生植物，同時通過利用植物合成的有機物維持生存。從已有的研究來看，AMF不僅能促進宿主植物的生長和對土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，同時在增強植物抗逆性和防治病害等方面也具有重要作用[2～5]。

在果樹上研究發(fā)現(xiàn)，AMF可通過將果樹根系范圍以外的礦質(zhì)養(yǎng)分輸送給果樹來促進其生長[6]，近年來已在蘋果（Malus domesti-ca）、梨（Pyrus pashia）、楊梅（Myrica ru-bra）、葡萄（Vitis vinifera）、柑橘（Citrus reticulata）等果樹中均有廣泛的應(yīng)用[7]。為此，本文在介紹AMF研究概況的基礎(chǔ)上，綜述了近年來國內(nèi)外關(guān)于AMF在果樹生長、營養(yǎng)吸收、果實品質(zhì)、逆境生理以及抗病性等方面的應(yīng)用研究進展，探討了當前研究中存在的問題和今后的發(fā)展方向，旨在為相關(guān)研究提供參考并推進菌根技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1 AMF研究概況

近年來，國內(nèi)外學者對AMF的研究主要集中在物種鑒定和群落結(jié)構(gòu)分析方面。早期對AMF的鑒定主要是通過對其孢子進行形態(tài)學觀察及分類[8]，但是這種鑒定方法用于AMF群落分析并不準確。因為一方面不同AMF的生長周期及產(chǎn)孢能力均不同，無法通過孢子的豐富程度及種類去揭示AMF群落的結(jié)構(gòu)；另一方面形態(tài)學分類只能進行到屬水平，無法通過孢子形態(tài)進行種水平（species level）甚至分離種水平（isolateslevel）的鑒定。直到基于常規(guī)測序和分子標記的分子鑒定技術(shù)應(yīng)用于AMF鑒定，才通過遺傳差異對AMF在種水平和分離群水平的分類進行鑒定，大大提高了AMF群落鑒定的種類數(shù)及準確性[9]。Opik等[10]利用RFLP技術(shù)對安第斯山脈土豆中的AMF群落進行鑒定，發(fā)現(xiàn)了20種AMF，另外還通過克隆文庫的常規(guī)測序方法在松柏森林中鑒定到34種AMF。同時，他們還對在52種植物中通過rD-NA常規(guī)測序方法鑒定的AMF進行總結(jié)，共鑒定到95種AMF，其中65種均在不同物種的根系出現(xiàn)，說明自然界中AMF種類的多樣性及菌根侵染的廣譜性[11]。

隨著現(xiàn)代分子生物學方法的發(fā)展，高通量測序的方法在植物相關(guān)真菌群落的鑒定中被廣泛應(yīng)用[12]。一些學者通過高通量測序的方法對森林、農(nóng)田、草地和農(nóng)牧交錯地帶等生境的AMF群落結(jié)構(gòu)進行了鑒定，結(jié)果表明高通量測序大大提高了叢枝菌根鑒定的通量和精度，破除了克隆文庫測序的瓶頸，能夠鑒定到很多低豐度的AMF；并且發(fā)現(xiàn)AMF群落的豐度及多樣性受到多種環(huán)境因素的影響，包括：土地利用類型、施肥、地理位置、季節(jié)變化以及寄主植物多樣性等[13～15]。

2 叢枝菌根真菌在果樹研究中的應(yīng)用

2.1 果樹AMF的鑒定

早期對果樹AMF的鑒定主要通過形態(tài)學觀察的方法，例如Wang等[16]通過形態(tài)學觀察的方法對我國三峽庫區(qū)柑橘園的AMF進行鑒定，總共鑒定到球囊霉屬（Glomus）、無梗囊霉屬（Acaulospora）、內(nèi)養(yǎng)囊霉屬（Entrophospora）、巨孢囊霉屬（Gigaspora）和盾巨孢囊霉（Scutellospora）五個屬，其中球囊霉屬是柑橘根系的優(yōu)勢AMF屬。另外對西班牙柑橘園和苗圃的AMF鑒定發(fā)現(xiàn)球囊霉屬在西班牙也是柑橘根系的優(yōu)勢AMF屬，并且G.mosseae和G.intraradices是豐度最高的AMF菌種[17]。隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，分子鑒定方法開始逐漸應(yīng)用于果樹AMF的鑒定，如在枳（Poncirus trifoliata）和紅橘（Citrus reticulataBlanco）的根系，通過克隆文庫測序的方法鑒定了10個來自球囊霉屬的OTU，進一步確定了球囊霉屬在柑橘中是優(yōu)勢AMF屬[18]。

2.2 AMF與果樹生長和營養(yǎng)吸收

對大多數(shù)果樹而言，其根系根毛短且數(shù)量稀少，十分依賴與AMF形成共生來吸收土壤中的水分和礦質(zhì)營養(yǎng)[19]。吳強盛等[20]發(fā)現(xiàn)接種AMF能夠促進枳和紅橘根系積累可溶性糖、可溶性淀粉和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物，并且提高紅橘葉片的蒸騰速率、光合速率和氣孔導(dǎo)度，同時接種AMF促進枳根際產(chǎn)生球囊霉素，能夠增加水穩(wěn)性團聚體，提高土壤的空隙和持水性。舒波[21]發(fā)現(xiàn)接種AMF能夠促進枳的生長和磷的吸收。對美味獼猴桃接種AMF后發(fā)現(xiàn)，AMF會顯著提高獼猴桃對N 、 P、 K三種礦質(zhì)元素的吸收和三大保護酶的活性[22]。此外，接種AMF的紅陽獼猴桃葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均顯著提高[23]。

2.3 AMF與果實品質(zhì)

可溶性固形物是評價果實品質(zhì)的重要指標之一，其中的葡萄糖、果糖、蔗糖是影響果實甜度的重要成分，由于其比例不同而使果實有不同的口感、風味，同時可滴定酸的含量也影響著果實的風味[24]。曾理等[25]以紅橘和羅伯遜臍橙（Citrus sinensis Osbeck cv.Robertson）為試驗材料，發(fā)現(xiàn)接種AMF顯著提高了紅橘和羅伯遜臍橙的糖酸比、Vc含量、可溶性固形物含量等指標，從而提高了柑橘果實品質(zhì)。此外，通過將AMF接種葡萄樹，可以改善與葡萄成熟度相關(guān)的參數(shù)（如花青素含量）和增強抗氧化活性能力，能維持甚至改善漿果質(zhì)量[26]。

2.4 AMF與果樹逆境生理

對葡萄的研究表明，其與AMF的共生有利于次生代謝產(chǎn)物白藜蘆醇、黃酮醇和花青素等的合成，這不僅增強了植物對環(huán)境脅迫的耐受性，而且也是提高漿果質(zhì)量的決定性因素[27]。在連作土壤中，對當年生桃（Prunus persica）實生苗接種AMF后發(fā)現(xiàn)，接種處理的桃實生苗株高和地下生物量均高于未接種處理[28]。對連作土壤中的葡萄品種‘貝達’扦插苗接種AMF處理90 d后發(fā)現(xiàn)，AMF顯著提高了扦插苗的株高、莖粗、地上和地下鮮重[29]。王明元和夏仁學[30]發(fā)現(xiàn)接種AMF可有效緩解枳實生苗在高pH值條件下的缺鐵癥狀。熊丙全等[31]研究了AMF對葡萄幼苗水分代謝及抗旱性的影響，發(fā)現(xiàn)正常供水條件和干旱條件下AMF都能影響葡萄苗的水分代謝，增強其抗旱能力，特別是干旱脅迫下AMF改善葡萄苗水分狀況的作用明顯強于正常供水條件下，表明AMF在逆境條件下作用更加明顯。

2.5 AMF與果樹抗病性

AMF能拮抗由真菌、線蟲、細菌等病原體引起的土傳性植物病害，誘導(dǎo)宿主植物增強對病蟲害的耐病性或抗病性[32]。對蘋果接種AMF發(fā)現(xiàn)，接種處理能抑制根腐線蟲（Pratylenchus spp.）對蘋果的損害[33]。對葡萄接種AMF也發(fā)現(xiàn)，AMF能促進葡萄植株的生長和提高其光合速率，從而抑制南方線蟲所造成的損害[34]。對于接種線蟲的植株，AMF會在侵染根系時激起對寄主的防御反應(yīng)，提高與抗病性相關(guān)的酶活性，從而使寄主植物對病原物的再次進攻產(chǎn)生快速反應(yīng)以提高抗病性[34]。此外，還有其他的研究也進一步證實了AMF可提高果樹的抗病性，如接種AMF可提高香蕉對枯萎病的抵抗能力[35]。

3 討論

AMF在果樹生長與營養(yǎng)吸收以及提高果實品質(zhì)、提高抗逆性和抗病性中都扮演著重要的角色。由于大部分果樹根毛短且稀少，嚴重依賴與AMF形成互惠共生來吸收營養(yǎng)元素，因此研究果樹與AMF的共生關(guān)系意義重大。特別是隨著近些年來對AMF研究的深入，大量文章不斷發(fā)表，使得科學家們發(fā)現(xiàn)AMF的生態(tài)學作用越來越重要[36]。然而，總體而言，目前對AMF的研究尚處于起步階段，還有許多機制未研究清楚，尚需進一步的探索。

在后續(xù)對果樹與AMF的研究過程中，可重點考慮采用高通量測序技術(shù)對果樹根系和根際土壤中共生AMF進行鑒定分析，建立不同果樹共生AMF菌種資源庫，研究不同果樹及栽培條件對AMF群落結(jié)構(gòu)和共生關(guān)系的影響，確定果樹與AMF共生機制，從而為改良果園土壤、提高植株抗性、提升果實品質(zhì)、促進水果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論和實踐依據(jù)。

當前，全球正面臨嚴峻的資源危機和環(huán)境危機，菌根技術(shù)作為一種環(huán)境友好型的生物技術(shù)，可考慮將AMF作為生物肥料應(yīng)用于果樹生產(chǎn)中，從而有效地提高水果產(chǎn)量和品質(zhì)，增加農(nóng)民的收入，同時降低化肥、農(nóng)藥的使用量，減少對環(huán)境的污染。因此，在資源和環(huán)境問題日益嚴峻的大背景下，AMF在果樹研究中必將有著更為廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。