越桔菌根真菌的研究進展

和志嬌，和加衛(wèi)*，和根強，楊洪濤，蘇澤春，畢海林，和 潭，楊正松，2

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學院高山經(jīng)濟植物研究所，云南麗江 674199；2.麗江藍瑪生物科技開發(fā)有限責任公司，云南麗江 674199)

菌根(mycorrhiza)是土壤中的真菌菌絲與植物根系形成的一種共生現(xiàn)象，根據(jù)菌絲侵染植物根系后菌根形態(tài)特征，主要分成內生菌根(endotrophic mycorrhiza)、外生菌根(ectot-rophic mycorrhiza)及內外生菌根(ectendotrophic mycorrhiza)3種類型。另外，還有一些菌根的變型。其中內生根真菌能促進寄主植物對養(yǎng)分的吸收，并增強寄主植物的抗逆性，同時促進了寄主植物的生長發(fā)育，提高了產(chǎn)量和品質[1-5]。根據(jù)不同宿主植物還可分為漿果鵑類菌根(arbutoid mycorrhiza)、歐石楠類菌根(orchid mycorrhiza)、水晶蘭類菌根(monotropoid mycorrhiza)和蘭科菌根(orchidaceous mycorrhiza)[6]。越桔根系與菌根真菌共同形成杜鵑花類菌根(ericoid mycorrhiza，ErM)，也稱歐石楠類菌根。

越桔(blueberry)又稱為藍莓、藍漿果，為杜鵑花科(Ericaceae)越桔亞科(Vaccinioideae)越桔屬(VacciniumL.)植物，為多年生落葉或常綠灌木或小灌木樹種[7]。果實呈藍色，果肉細膩，是一種小漿果，果實富含花青色苷、維生素、礦質元素等，集較高的經(jīng)濟價值和豐富的營養(yǎng)保健功能于一身，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ摹暗谌屡d水果”，被認為是21 世紀最有發(fā)展前途的新興樹種[8]。越桔屬根狀莖，有的是膨大的塊根，如白果越桔(V.leucobotrys(Nutt.)Nicholson)，有的粗大成疙瘩狀，如烏鴉果(V.fragileFranch.)，根系不發(fā)達，吸收能力弱。但是內生菌根真菌與越桔根系形成越桔菌根真菌，從而促進了對土壤中養(yǎng)分的吸收，增強植株的生長勢，提高栽苗成活率，增加經(jīng)濟產(chǎn)量[9-12]。國外于1887年就開始栽培野生越桔，1906年就對野生越桔進行了品種選育研究[8]，了解到越桔與菌根真菌形成互惠共生關系[13]。而我國最早于20世紀80年代初由吉林農(nóng)業(yè)大學郝瑞教授對野生篤斯越桔資源做了調查研究[14]。賈東貝等[15]對從野生越桔分離到的2株菌根真菌進行了生理特性的研究。陳小姝[16]對北高叢越桔內生菌根真菌的分離和鑒定以及次生代謝物進行了初步的研究。近年來，對越桔菌根真菌展開了相關研究，包括越桔菌根真菌的分離、菌根真菌對越桔生長結果的影響和菌根真菌制劑的研發(fā)。但是我國對越桔菌根真菌的研究起步比較晚，還未能充分利用越桔菌根真菌資源，研發(fā)出高效有用的菌根真菌制劑。為此，筆者通過對越桔菌根真菌種類、侵染情況、分離方法、對宿主植物的作用等方面進行綜述，為越桔菌根真菌的開發(fā)利用奠定基礎，尤其是為篩選優(yōu)良高效菌株研發(fā)菌根制劑和促進藍莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 越桔菌根真菌的種類

越桔菌根真菌屬于杜鵑類菌根，1910年，Coville[17]首先發(fā)現(xiàn)所有的高叢越桔根系均有菌根真菌寄生。1936年，F(xiàn)rieslehen[18]首次從越桔根部分離出了菌根真菌，發(fā)現(xiàn)分離出的菌根與包括越桔在內的大多數(shù)杜鵑花科植物有共生關系。1974年，Read[19]把分離到的越桔菌根真菌命名為歐石楠盤菌(Pezizellaericae.sp.nov.)，隨后，相繼有人分離出了越桔菌根真菌。Coutuer等[20]從矮叢越桔和高叢越桔根系中分離出了3種能與越桔形成內生菌根的真菌。1989年，Dalpé等[21]從矮叢越桔根系分離出絲孢綱真菌(Scytalidiumvacciniissp.nov)H.ericae的無性階段S.ericae。目前，在杜鵑類菌根真菌當中分離最早且最常見的是盤菌屬(Peziza)，另外還有珊瑚菌屬(Clavaria)和其他只有菌絲的真菌。最常見的杜鵑類菌根真菌是盤菌屬(Peziza)，還有珊瑚菌屬(Clavaria)和其他只有菌絲的真菌類群。除子囊菌外，擔子菌也是杜鵑類菌根真菌之一[19]。其中，絲孢菌類的樹粉孢屬(Oidiodendron)專性共生于杜鵑花科某些植物中，比如從杜鵑花(Rhododendronspp.)植物中可以分離到O.maius菌株，但是在越桔根系中卻沒有分離到，而越桔根系中其他類型的樹莓粉孢菌的菌株則多見。已報道的越桔菌根真菌種類有樹粉孢屬(Oidiodendron)O.chalmydosporicumMorall、O.citrinumBarron、O.falvumSzilvinyi、O.griseumRoba、O.periconioidesMorrall、O.rhodogenumRobak、O.scytaloidesW.Gams and Soderstrom，樹粉孢屬變型Myxotrichumsetosum(Eidam)Orr 、Gymnascelladankaliensis(Castellani)Currah、PseudogymnoascusroseusRaillo、Stephanosporiumcerealis(Thum.)Swart，盤菌屬(Pezizilla)Pezizillaericacesp.nov.，珊瑚菌屬(Clavaria)ClavariaoronoensisPetersen & Litten。

2 菌根真菌對越桔侵染情況

土壤中的越桔菌根真菌分布廣泛，越桔菌根真菌一旦接近杜鵑類植物根系，在根外形成的菌絲網(wǎng)，有時甚至可以充斥根系的整個細胞。菌根真菌的侵染首先進入植物根部表面增厚的表皮細胞，然后再進行分枝，在細胞內形成圈狀或分枝狀的菌絲團[22]。根細胞的內含物包括許多細胞器在菌絲圈衰老時就開始分解了，而真菌的菌絲圈仍可保持一段時間的存活，以加強物質循環(huán)[19]。越桔菌根真菌以多個入侵點的方式入侵宿主細胞，并且入侵后菌絲不侵染鄰近細胞。因此，這是菌絲侵染后宿主植物的根系表明不形成菌套和哈蒂氏網(wǎng)的原因。

土壤中的有機物降解后主要以很難吸收的有機態(tài)形式存在，形成菌根的植物可以通過菌根真菌吸收土壤中的營養(yǎng)成分[23-25]。越桔菌根真菌只有在酸性土壤條件下才能保持活力，并且隨著土壤中養(yǎng)分含量的增加而活力增強。以不同有機物料同硫磺粉混合進行土壤改良可以改變土壤pH，增加土壤有機質，改善土壤通氣狀況，有利于菌根真菌侵染并提高根系活力[26]。菌根的感染力隨著季節(jié)變化而不同，早春感染力弱而春末增強。

3 越桔菌根真菌的分離方法

越桔菌根真菌存在于越桔根系內，兩者協(xié)同進化，互相促進，形成了互惠互利的共生體。在復雜的越桔菌根真菌中分離出高效的越桔菌根真菌菌株是開發(fā)應用的保障。有效內生菌種的獲得要經(jīng)過組織表面消毒培養(yǎng)、分離、菌種純化、再培養(yǎng)、經(jīng)形態(tài)鑒定、再回接驗證的過程。但是，越桔菌根真菌的種類繁多，有些菌根真菌不能人工培養(yǎng)，單純的人工培養(yǎng)基根本替代不了復雜的根系內部環(huán)境，菌根真菌的侵染力還隨著季節(jié)的而變化，給菌根真菌的分離帶來挑戰(zhàn)和困難。目前采用3種方法進行菌根真菌的分離，即菌根組織分離法、土壤浸提液法和根段組織研磨溶液培養(yǎng)法，采用不同分離方法獲得的真菌菌落有所不同。采用土壤浸提液分離法分離獲得的菌落數(shù)種類較為單一[27]，且與直接培養(yǎng)法和根段組織研磨溶液培養(yǎng)法相比，獲得的內生菌根真菌的菌落少。肖軍等[28]對藍莓菌根真菌的分離方法做了比較，研究結果表明采用根段組織研磨溶液法培養(yǎng)得到的菌落，無論數(shù)量還是種類都多于根段直接培養(yǎng)法。要獲得較多數(shù)量和種類的菌根真菌，除了要選擇合適的分離方法外，還要選擇適合的消毒方法。一般消毒方法采用化學滅菌方法，即不同濃度和處理時間的化學試劑升汞、過氧化鈉、次氯酸鈉和乙醇等進行消毒[29-30]。在分離越桔菌根真菌的人工培養(yǎng)基中，比較常用的是PDA培養(yǎng)基、MMN培養(yǎng)基或改良MMN培養(yǎng)基，其中PDA培養(yǎng)基的分離效果優(yōu)于其他兩種方法，PDA培養(yǎng)基是分離培養(yǎng)越桔菌根真菌的優(yōu)良培養(yǎng)基[29]。不同的菌根真菌并非都具有相同的生長促進作用，所以分離到菌根真菌以后，根據(jù)實際需要篩選出有效的菌株也很關鍵。研究表明，有些菌株對藍豐栽苗的苗高、葉片數(shù)、相對葉面積及分枝數(shù)的增長有顯著的促進作用，而有些菌株對藍豐苗的促進作用主要表現(xiàn)為苗高的增加。還有些菌株對藍豐苗的生長指標表現(xiàn)無促進作用，但能使藍豐緩苗快，其緩苗作用優(yōu)于其他菌株[30-31]。因此，獲得盡可能多菌根真菌后，要通過回接試驗，篩選出有效菌株，并在菌根化苗實際應用中，根據(jù)不同時間、不同菌種的有效性來合理選擇利用。

4 菌根真菌對越桔的影響

4.1 菌根真菌促進越桔生長發(fā)育研究表明，越桔菌根真菌促進了越桔根系在土壤中對養(yǎng)分的吸收，進而促進了越桔的生長發(fā)育[13，32]。在自然條件下，土壤中有機N含量很高，但是越桔生長的酸性有機質土壤中可被根系吸收利用的N含量較低，菌根侵染的一個重要生理作用是使越桔能夠直接吸收利用土壤中的有機N[33]。菌根菌可以促進越桔對無機N的吸收。Powell[9]用高叢越桔接種菌根真菌并向土壤中施肥，枝條中N含量比未接種的提高了17%。Mitchell等[34]研究發(fā)現(xiàn)，菌根真菌能促進對P的吸收。Cai等[35]從分離的14種藍莓內生菌根中挑選6個菌株對藍莓幼苗進行接種，結果表明氮、磷含量顯著增加。袁軍[27]研究表明，接種杜鵑花類菌根真菌后，藍莓植株內的K含量顯著高于對照，促進了藍莓植株內K的積累。除了N、P、K外，菌根菌可以促進越桔對其他元素(S、Ca、Cu、Zn、Fe等)的吸收。菌根真菌對宿主的促進作用主要表現(xiàn)在種子發(fā)芽、幼苗存活、促進生長、果實產(chǎn)量和品質的提升等多個方面[9，36-37]。Stribley等[38]接種菌根菌后蔓越桔植株干重比未接種菌根的植株增加很多。Powell等[39]用4年生的6個越桔品種進行田間試驗，每株用含有菌根真菌的200 g泥炭土接種，發(fā)現(xiàn)接種菌根菌的越桔果實產(chǎn)量比未接種的提高了11%～92%，同時植株生長量增加了17%。

4.2 菌根真菌能提高越桔對土壤的適應性越桔對土壤條件要求極為嚴格，越桔要求土壤pH 4.5～5.5，最適土壤pH 4.5 ～ 4.8，合適的土壤pH有利于越桔根系對土壤中銨態(tài)氮的吸收。越桔在商業(yè)栽培上稱為藍莓，大多數(shù)藍莓可以在pH 4.5～5.5的酸性砂質土壤中正常生長，但是不同的藍莓品種對土壤pH的要求范圍也是不同的[40]。高叢藍莓和矮從藍莓要求的土壤pH為4.0～5.2，而兔眼藍莓要求土壤pH不超過5.5。除土壤pH外，栽培藍莓最適合的沙石襄土要求不低于5%的有機質含量。我國大多數(shù)土壤黏性重、肥力不足，除吉林長白山區(qū)等個別地區(qū)外，適宜種植的地區(qū)土壤因pH都偏高而需要改良。目前，土壤改良有幾種方法，主要采用的是土壤中施用松針和硫磺粉，土壤中施入鋸未、草炭、苔蘚和硫磺粉，土壤中施用玉米秸稈、尿素和硫磺粉等，來增加土壤有機質和調節(jié)土壤pH[25]。Haynes等[41]研究發(fā)現(xiàn)，酸性土壤有利于菌根侵染。越桔根系與菌根真菌一旦形成菌根菌后，菌根真菌猶如充當了根毛的作用，不僅釋放有機酸，促進越桔對土壤中養(yǎng)分的吸收，而且加大了越桔對土壤pH的適應范圍，越桔可以在土壤pH 6～7范圍內生長。因此，越桔菌根真菌提高了越桔對土壤的適應性。

4.3 菌根真菌能提高越桔抗逆性越桔菌根真菌對越桔具有好的抗逆性和促進越桔生長的重要作用，因此，許多野生越桔都具有耐土壤貧瘠、抗重金屬污染和耐高pH的特性，比如云南越桔、烏鴉果和篤斯越桔(V.uliginosumL.)等。其中土壤的重金屬嚴重威脅著人類的健康，許多研究者開展了土壤重金屬污染治理方面的研究，包括ErM菌對土壤重金屬污染的作用。ErM菌主要是通過菌絲對重金屬螯合、固持鈍化而留于菌根中，提高宿主對重金屬的耐受性和礦質養(yǎng)分的吸收，從而改善植物的營養(yǎng)狀況，促進植物的生長，緩解重金屬對植物的毒害作用。越桔菌根真菌也具有保護宿主植物免受病害侵染的作用，Mandyam等[42]研究報道深色有隔內生真菌(DSE)是通過誘導被侵染的宿主植物產(chǎn)生防御系統(tǒng)而提高植物的抗病性。這種抗病機制在Massicotte等[43]研究的越桔屬植物紅莓苔子在內的5種形成越桔菌根真菌根的宿主植物中也是存在的，宿主植物細胞壁的強度增強，抵御了病原物的侵染。

5 展望

我國藍莓自2000年商業(yè)化栽培開始以來，種植面積逐年增加，目前我國藍莓產(chǎn)業(yè)處在快速發(fā)展階段。越桔菌根真菌能夠促進越桔的生長發(fā)育、提高抗逆性和提高對土壤的適應性，且其資源非常豐富，在越桔的根系周圍普遍存在，應用前景廣闊，因此，近年來越桔菌根真菌的開發(fā)和利用在藍莓生產(chǎn)中成為研究熱點，一些改善藍莓根際生長微環(huán)境、減低土壤pH、促進藍莓生長、提高抗性、改善藍莓果品質等具有多重功效的藍莓菌根活菌制劑被研發(fā)。人們對野生藍莓果實的采摘食用已經(jīng)有幾千年的歷史，但是栽培歷史只有100多年，美國最早，我國從引進栽培到進行商業(yè)化栽培至今也只有幾十年，顯然，我國對越桔菌菌根真菌的研究也比較晚，加之復雜的土壤微生物系統(tǒng)和種類繁多的內生菌根真菌，研發(fā)出的越桔菌根真菌制劑還沒有得到廣泛的推廣應用。

不同菌根真菌分離時對溫濕度、pH和培養(yǎng)基的成分要求都不同，在開發(fā)利用中，使用不同方法分離出更多的有效菌株，才能使越桔菌根真菌在越桔生產(chǎn)上發(fā)揮作用。接種有效菌根真菌可顯著提高藍莓移植苗的成活率，促進生長，促進葉片數(shù)和分枝增多。但是不同的菌根真菌對藍莓的促進作用不同，有的雖沒有促進作用，但起緩苗作用。也可以進行混合接種，但是在根系分泌物的影響下，植物與根際微生物發(fā)生著廣泛而復雜的相互作用，混合接種正效應還需試驗驗證[44-46]。另外，某些根際土壤微生物可通過與菌根真菌的相互作用，以特殊的方式影響菌根的形成并對宿主植物發(fā)生作用[47]。因此，針對藍莓的需求選擇適合的菌根真菌將有利于藍莓的生長，優(yōu)良菌株的篩選尤為重要。筆者認為有必要對越桔菌根真菌多樣性的狀況、結合真菌群體形態(tài)的分子分類鑒定、越桔菌根真菌與根際土壤微生物的互作機制、有效菌株的開發(fā)和利用等領域做系統(tǒng)研究，深入開展越桔菌根真菌的研究，對推動我國藍莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。