丛枝菌根真菌在果树研究中的应用

刘丽丽李建辉陈 骏郑雪良王登亮杨海英

（ 1.浙江省衢州市农业林业科学研究院 衢州 324000； 2.浙江省衢州学院）

菌根（Mycorrhiza）是自然界中一种普遍存在的植物与真菌的共生现象，其中丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi ，AMF）与植物形成的共生体最为广泛，约80%的陆生植物可形成丛枝菌根，是土壤中非常重要的一类功能微生物[1]。AMF通过侵染进入植物根系皮层，在皮层细胞间形成菌丝，在皮层细胞内形成丛枝和泡囊结构。AMF菌丝为无隔菌丝，可通过菌丝将土壤养分传输给共生植物，同时通过利用植物合成的有机物维持生存。从已有的研究来看，AMF不仅能促进宿主植物的生长和对土壤中矿质养分的吸收，同时在增强植物抗逆性和防治病害等方面也具有重要作用[2～5]。

在果树上研究发现，AMF可通过将果树根系范围以外的矿质养分输送给果树来促进其生长[6]，近年来已在苹果（Malus domesti-ca）、梨（Pyrus pashia）、杨梅（Myrica ru-bra）、葡萄（Vitis vinifera）、柑橘（Citrus reticulata）等果树中均有广泛的应用[7]。为此，本文在介绍AMF研究概况的基础上，综述了近年来国内外关于AMF在果树生长、营养吸收、果实品质、逆境生理以及抗病性等方面的应用研究进展，探讨了当前研究中存在的问题和今后的发展方向，旨在为相关研究提供参考并推进菌根技术的推广应用。

1 AMF研究概况

近年来，国内外学者对AMF的研究主要集中在物种鉴定和群落结构分析方面。早期对AMF的鉴定主要是通过对其孢子进行形态学观察及分类[8]，但是这种鉴定方法用于AMF群落分析并不准确。因为一方面不同AMF的生长周期及产孢能力均不同，无法通过孢子的丰富程度及种类去揭示AMF群落的结构；另一方面形态学分类只能进行到属水平，无法通过孢子形态进行种水平（species level）甚至分离种水平（isolateslevel）的鉴定。直到基于常规测序和分子标记的分子鉴定技术应用于AMF鉴定，才通过遗传差异对AMF在种水平和分离群水平的分类进行鉴定，大大提高了AMF群落鉴定的种类数及准确性[9]。Opik等[10]利用RFLP技术对安第斯山脉土豆中的AMF群落进行鉴定，发现了20种AMF，另外还通过克隆文库的常规测序方法在松柏森林中鉴定到34种AMF。同时，他们还对在52种植物中通过rD-NA常规测序方法鉴定的AMF进行总结，共鉴定到95种AMF，其中65种均在不同物种的根系出现，说明自然界中AMF种类的多样性及菌根侵染的广谱性[11]。

随着现代分子生物学方法的发展，高通量测序的方法在植物相关真菌群落的鉴定中被广泛应用[12]。一些学者通过高通量测序的方法对森林、农田、草地和农牧交错地带等生境的AMF群落结构进行了鉴定，结果表明高通量测序大大提高了丛枝菌根鉴定的通量和精度，破除了克隆文库测序的瓶颈，能够鉴定到很多低丰度的AMF；并且发现AMF群落的丰度及多样性受到多种环境因素的影响，包括：土地利用类型、施肥、地理位置、季节变化以及寄主植物多样性等[13～15]。

2 丛枝菌根真菌在果树研究中的应用

2.1 果树AMF的鉴定

早期对果树AMF的鉴定主要通过形态学观察的方法，例如Wang等[16]通过形态学观察的方法对我国三峡库区柑橘园的AMF进行鉴定，总共鉴定到球囊霉属（Glomus）、无梗囊霉属（Acaulospora）、内养囊霉属（Entrophospora）、巨孢囊霉属（Gigaspora）和盾巨孢囊霉（Scutellospora）五个属，其中球囊霉属是柑橘根系的优势AMF属。另外对西班牙柑橘园和苗圃的AMF鉴定发现球囊霉属在西班牙也是柑橘根系的优势AMF属，并且G.mosseae和G.intraradices是丰度最高的AMF菌种[17]。随着高通量测序技术的发展，分子鉴定方法开始逐渐应用于果树AMF的鉴定，如在枳（Poncirus trifoliata）和红橘（Citrus reticulataBlanco）的根系，通过克隆文库测序的方法鉴定了10个来自球囊霉属的OTU，进一步确定了球囊霉属在柑橘中是优势AMF属[18]。

2.2 AMF与果树生长和营养吸收

对大多数果树而言，其根系根毛短且数量稀少，十分依赖与AMF形成共生来吸收土壤中的水分和矿质营养[19]。吴强盛等[20]发现接种AMF能够促进枳和红橘根系积累可溶性糖、可溶性淀粉和非结构性碳水化合物，并且提高红橘叶片的蒸腾速率、光合速率和气孔导度，同时接种AMF促进枳根际产生球囊霉素，能够增加水稳性团聚体，提高土壤的空隙和持水性。舒波[21]发现接种AMF能够促进枳的生长和磷的吸收。对美味猕猴桃接种AMF后发现，AMF会显著提高猕猴桃对N 、 P、 K三种矿质元素的吸收和三大保护酶的活性[22]。此外，接种AMF的红阳猕猴桃叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均显著提高[23]。

2.3 AMF与果实品质

可溶性固形物是评价果实品质的重要指标之一，其中的葡萄糖、果糖、蔗糖是影响果实甜度的重要成分，由于其比例不同而使果实有不同的口感、风味，同时可滴定酸的含量也影响着果实的风味[24]。曾理等[25]以红橘和罗伯逊脐橙（Citrus sinensis Osbeck cv.Robertson）为试验材料，发现接种AMF显著提高了红橘和罗伯逊脐橙的糖酸比、Vc含量、可溶性固形物含量等指标，从而提高了柑橘果实品质。此外，通过将AMF接种葡萄树，可以改善与葡萄成熟度相关的参数（如花青素含量）和增强抗氧化活性能力，能维持甚至改善浆果质量[26]。

2.4 AMF与果树逆境生理

对葡萄的研究表明，其与AMF的共生有利于次生代谢产物白藜芦醇、黄酮醇和花青素等的合成，这不仅增强了植物对环境胁迫的耐受性，而且也是提高浆果质量的决定性因素[27]。在连作土壤中，对当年生桃（Prunus persica）实生苗接种AMF后发现，接种处理的桃实生苗株高和地下生物量均高于未接种处理[28]。对连作土壤中的葡萄品种‘贝达’扦插苗接种AMF处理90 d后发现，AMF显著提高了扦插苗的株高、茎粗、地上和地下鲜重[29]。王明元和夏仁学[30]发现接种AMF可有效缓解枳实生苗在高pH值条件下的缺铁症状。熊丙全等[31]研究了AMF对葡萄幼苗水分代谢及抗旱性的影响，发现正常供水条件和干旱条件下AMF都能影响葡萄苗的水分代谢，增强其抗旱能力，特别是干旱胁迫下AMF改善葡萄苗水分状况的作用明显强于正常供水条件下，表明AMF在逆境条件下作用更加明显。

2.5 AMF与果树抗病性

AMF能拮抗由真菌、线虫、细菌等病原体引起的土传性植物病害，诱导宿主植物增强对病虫害的耐病性或抗病性[32]。对苹果接种AMF发现，接种处理能抑制根腐线虫（Pratylenchus spp.）对苹果的损害[33]。对葡萄接种AMF也发现，AMF能促进葡萄植株的生长和提高其光合速率，从而抑制南方线虫所造成的损害[34]。对于接种线虫的植株，AMF会在侵染根系时激起对寄主的防御反应，提高与抗病性相关的酶活性，从而使寄主植物对病原物的再次进攻产生快速反应以提高抗病性[34]。此外，还有其他的研究也进一步证实了AMF可提高果树的抗病性，如接种AMF可提高香蕉对枯萎病的抵抗能力[35]。

3 讨论

AMF在果树生长与营养吸收以及提高果实品质、提高抗逆性和抗病性中都扮演着重要的角色。由于大部分果树根毛短且稀少，严重依赖与AMF形成互惠共生来吸收营养元素，因此研究果树与AMF的共生关系意义重大。特别是随着近些年来对AMF研究的深入，大量文章不断发表，使得科学家们发现AMF的生态学作用越来越重要[36]。然而，总体而言，目前对AMF的研究尚处于起步阶段，还有许多机制未研究清楚，尚需进一步的探索。

在后续对果树与AMF的研究过程中，可重点考虑采用高通量测序技术对果树根系和根际土壤中共生AMF进行鉴定分析，建立不同果树共生AMF菌种资源库，研究不同果树及栽培条件对AMF群落结构和共生关系的影响，确定果树与AMF共生机制，从而为改良果园土壤、提高植株抗性、提升果实品质、促进水果产业可持续发展提供重要的理论和实践依据。

当前，全球正面临严峻的资源危机和环境危机，菌根技术作为一种环境友好型的生物技术，可考虑将AMF作为生物肥料应用于果树生产中，从而有效地提高水果产量和品质，增加农民的收入，同时降低化肥、农药的使用量，减少对环境的污染。因此，在资源和环境问题日益严峻的大背景下，AMF在果树研究中必将有着更为广阔的发展空间和应用前景。