叢枝菌根真菌對植物生長及果實品質的影響

武祥玉　崔新儀

摘 要：叢枝菌根真菌是一類與植物根際共生的促生真菌。植物與叢枝菌根真菌共生可促進植物生長，增加根系與土壤的接觸面積，進而促進植物與土壤的物質交流，增強植物抗逆性，提高果實產量及品質。本文綜述了植物接種叢枝菌根真菌，提高植物抗逆性的作用機制，以及其對果實營養、風味等品質的影響。

關鍵詞：叢枝菌根真菌；果實；抗病；耐鹽；耐旱；營養；品質

中圖分類號：S666.9 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.06.028

Effects of Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Plant Growth and Fruit Quality

WU Xiangyu，CUI Xinyi

（Key Laboratory of Plant Protection， College of Horticulture， Tianjin Agriculture University， Tianjin 300384，China）

Abstract：Arbuscular mycorrhizal fungi are a kind of symbiotic fungi growing with plant rhizosphere. Plants and arbuscular mycorrhizal fungi symbiosis can improve plant growth， increase the contact area of roots contact with soil， promote the communication between plant and soil， enhance plant resistance and improve the yield and quality of fruit. In this review， we described the action mechanism of improving plant resistance by plants and arbuscular mycorrhizal fungi symbiosis， and the influence to the fruit nutrient and other character.

Key words： arbuscular mycorrhizal fungi； fruit； disease-resistant； salt tolerance； drought-resistance； nutrient； quality

我國作為農業大國，在農作物栽培過程中存在多種問題，如病害頻發[1]、部分農作物品種抗逆性差[2-3]等問題。目前主要依賴農藥以及增加施肥量等手段來解決上述問題，由此導致了果實品質的下降。

叢枝根菌真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是一種與植物根部共生的真菌，據報道可侵染90%的維管植物，并形成菌根[4]。有研究報道，AMF與植物共生可提高植物對主要營養成分[5-7]及微量元素的吸收，提高抗逆性[8]等。AMF已經應用于甜瓜[9]、黃瓜[10]等水果蔬菜的品質改善及抗逆性的提高。

1 AMF提高植物抗病性

AMF提高植物抗病性的相關研究可追溯到20世紀60年代。Safir[11]在研究中發現，AMF可有效提高洋蔥對紅腐病的抗性，隨后的研究中發現其對多種真菌病均有抗性。關于AMF提高植物的抗病機制有以下4種解釋。（1）植物與真菌共生促進營養吸收，使植物生長發育良好，提高了對病原真菌的抗性，但可提高的植物抗病性的主要營養尚不明確。目前的研究表明，P可促使植物提高抗病性。在Delerek等[12]的研究中，菌根化的香蕉的地上部P含量增加，間接地削弱了病原菌對植株的傷害。（2）AMF的侵染會導致植物根系結構的改變。在Fusconi的試驗中，無論是否接種病原真菌，菌根番茄的根尖都具有分生活性，根尖不斷分生，最后根部皮層相應變厚，使病原菌的侵入變得相對困難進而對植株根系起到保護作用；而未接種菌根真菌的番茄染病后根尖分生組織活性降低，最后植株死亡[13]。（3）AMF與病原真菌會產生拮抗作用，進而影響到植物根系的微生物區系，從而抑制病原菌的生長。在Larsen和Bodker[14]的研究中，菌根豌豆在感染A.euteiches后，AMF的生物量相應下降，其與A.euteiches產生拮抗，抑制其孢子萌發，從而降低病害的危害。（4）AMF對植物誘導抗病性有刺激作用。這種刺激作用主要表現在，促進植物體內用于抗病的多種蛋白的表達使植物提前進入抗病狀態。在Pozo針對番茄與叢枝菌根真菌共生的研究中，當植物受到病原的攻擊時，AMF真菌可誘導寄主產生與抗性有關的幾丁質酶和p-1，3-葡聚糖酶及其同功酶，而AMF真菌對寄主體內防御體系的提前誘導可在一定程度上抵抗病原的再次入侵[15]。

2 AMF提高植物耐鹽性

中國鹽堿土地面積大、分布廣，研究AMF提高植物耐鹽性有非常重要的實際意義。鹽脅迫對植物生長發育周期中的各個時期均有影響，主要體現在光合作用、能量代謝、蛋白質合成等方面。其作用機制有以下幾個方面。（1）Michael[16]認為，AMF與植物共生，菌絲可吸收植物所不能利用的水分，菌絲吸收土壤中水分后便于植物的利用。（2）降低了Na離子的吸收[17]，試驗表明，鹽脅迫下，與AMF共生的植物體內的Na離子和Cl離子的濃度均低于非共生植物，但具體的降低鹽害機制還沒有確定結論。（3）滲透調節的增加提高了植物的耐鹽性。植物在受到鹽脅迫時，會將大分子物質分解為小分子的糖、氨基酸等物質，以此來進行滲透調節[18]。另外，脯氨酸也是參與滲透調節的重要物質。柳潔[19]的試驗中證明，AMF可通過對脯氨酸含量的調節來降低鹽脅迫對茶樹的傷害。（4）抗氧化酶的表達是植物受到環境脅迫后的應激反應，可以在遇到脅迫后減少環境對植物的傷害。Ghorbanli[20]在對菜豆的研究中發現，菌根植株在受到鹽脅迫時，體內的SOD等抗氧化酶活性高于非菌根植物。

3 AMF提高植物耐旱性

AMF與植物共生可提高植物的耐旱性已被多個試驗證實，AMF對土壤結構的影響，對植物滲透調節的影響，以及對植物根系水分利用的影響，都有助于提高植物的耐旱性。不同種的AMF對生長環境的需求不同，同一環境內，不同種的AMF產孢量有極大差異，這會對植株的耐旱性產生一定影響。另外，AMF對寄主的選擇性也在一定程度上影響抗旱性的提高。目前仍沒有確定的機制解釋AMF提高植物耐旱性。但有假說支持真菌的菌絲所吸收的水分會有一部分被植物體利用[16]。在唐明等[21]針對沙棘的試驗中證實，叢枝菌根真菌可降低植物的萎蔫系數。植物的永久萎蔫系數與叢枝菌根真菌菌絲數量和菌根表面菌絲著生點呈顯著正相關。然而，更多的研究認為，AMF可促進磷的吸收，而磷含量的增加可影響蒸騰速率及葉面氣孔開閉狀況。AMF通過促進磷吸收間接影響了水分的累積[22]。

雖然不同的AMF的促生作用效果不同，但整體數據顯示，菌根植物的各項生理指標均優于非菌根植物[10，23]。另外，接種AMF可以降低植株的株高，這提高了植株的抗倒伏性。

4 AMF對果實營養品質的影響

可溶性固形物是評價果實品質的重要指標之一。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。另外，可滴定酸的含量也影響著果實的風味。除此之外，蛋白質、酯類物質都有可能影響果實的風味品質。AMF能夠促進糖類物質的累積，在AMF對甜瓜品質的研究中，發現菌根植物的果實中可溶性固形物整體高于非菌根植物果實，其中糖類物質的含量顯著高于非菌根植物[9]。在AMF寄生的番茄中果糖含量明顯高于葡萄糖含量，而未接種AMF的番茄中果糖含量則低于葡萄糖含量[24]。對于可滴定酸的影響，目前的研究有不同的結果（假說），單就草莓而言，一些研究顯示AMF增加可滴定酸的積累，但也有研究表示，菌根草莓中的可滴定酸含量明顯低于對照組。研究顯示，在番茄中，與AMF共生的番茄在可滴定酸上并沒有明顯的變化。雖然可滴定酸沒有明顯的增減，但其中蘋果酸與檸檬酸的比例產生了變化。一般植物中的檸檬酸含量是高于蘋果酸含量的，然而AMF共生的番茄中的蘋果酸含量則明顯高于檸檬酸含量。一些針對農業作物的研究指出，接種AMF可有效降低種子中的芥酸、硫苷含量，可提高玉米油口感[25]。綜上所述，AMF對果實風味品質的影響還需要進一步研究。

目前已有大量試驗可以證明，AMF對于提高植物中抗氧化物含量有促進作用。AMF的接種不僅促進對人體有益的維生素的合成，而且對植物從土壤中吸收對人體有益的微量元素也有一定的促進作用。已有研究證實，接種AMF的玉米中的Fe、Zn含量都高于非菌根植物[26-27]。另外，AMF對于果實營養品質的影響還反映在對植物中有害物質含量的降低。AMF可在保證氮正常吸收的前提下，降低亞硝酸鹽的含量，通常情況下，AMF與植物共生的果實含氮量并不會下降，但亞硝酸含量低于未接種AMF植物，其原因在于果實體內的無機氮多以硝酸鹽形式存在 。另外，關于AMF在降低植物吸收土壤中對人體有害重金屬方面的研究顯示，AMF可有效降低植物對重金屬的吸收[28-29]。而在草莓的相關研究中，接種AMF的草莓不僅在單果重品質上優于非菌根草莓，在顏色上也優于非菌根草莓。草莓果實的顏色變化與兩種花青素量有關，AMF能促進草莓中的花青素形成。因此， AMF有助于提高果實的營養品質。隨著人們生活質量水平的提高，人們對食物不僅要求數量充足，更關心食物的營養價值，這是作物品質研究的重要方向。

目前，針對AMF對果實的貯藏品質方面的研究并不十分全面、系統，但是，已有試驗證明AMF可提高草莓硬度，延長草莓的貨架期，其機理與AMF促進草莓合成抗氧化酶相關。另外，有研究顯示，接種AMF的番茄體內的POD、SOD含量均高于未接種AMF的番茄[30-31]。

5 展 望

近年來，對AMF的相關研究都顯示，其對果實品質有提高的作用。但不同種的AMF對不同的寄主的親和性是不同的。因此，不同菌株對相同植物的果實品質的影響是不同的。目前針對某一特定植物親和性最強的AMF種的相關研究并不全面。另外，針對提高植物特定品質的最優菌株的選擇且以及針對這一特性的研究尚且不是很深入。

AMF是根際促生真菌。隨著近年對根際促生真菌的深入研究，人們相繼發現芽孢桿菌屬、假單胞菌屬等屬的真菌，它們對植物生長具有一定的促進作用。如芽孢桿菌屬真菌多用于保濕、防治病害；寡雄腐霉用于植物病害的防治。但兩種或多種促生真菌的共同施用對植物生長及果實品質影響的相關研究并不深入。不同菌株的同時施用是否會對果實品質產生疊加效應？可針對提高不同果實品質研究不同真菌的最優搭配。

AMF與肥料、農藥的配合使用也是研究的另一方向。AMF雖然可以減少部分肥料的使用，但不能完全取代肥料。肥料的使用在一定程度上又會影響AMF的侵染率與產孢量；但是肥料使用量過少又會導致果實品質的下降。農藥的使用會導致AMF的活性下降，降低果實品質；但不施用農藥也許就要面對“顆粒無收”。所以，AMF與肥料、農藥的配合使用問題，也是亟待解決的問題之一。

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