柑橘丛枝菌根真菌研究与应用进展

丛枝菌根是自然界中普遍存在的一种植物共生体，它是土壤丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi，AMF)与高等植物根系形成的共生联合体(刘润进，陈应龙2007)。AFM可与多种不同的植物共生形成菌根，一方面，丛枝菌根通过根外菌丝网络及其他作用机制能有效促进宿主植物对土壤中水分和养分的吸收，不仅从中直接吸收氮素，而且还加速分解有机物质，促进植物的生长；另一方面，宿主植物将自身制造的20%的碳水化合物转运给丛枝菌根以促进其生长和发育，由此达到互利共生（Parniske 2008）。

柑橘是我国种植面积最大的果树，其中以广西、湖北、湖南、福建等地区为主产地。由于柑橘根毛少且短，其生长发育往往需要依赖丛枝菌根真菌的帮助来吸收水分和养分（Wu et al. 2006）。

1、柑橘丛枝菌根真菌的形态特征

吴强盛等（吴强盛，夏仁学2010）研究发现，柑橘丛枝菌根内和根外菌丝明显可见，且根外菌丝厚壁、无横膈膜，有时也能观察到根外菌丝顶端形成厚垣孢子，即根外孢子，内含油滴（图1-J）；根内泡囊为球形、椭圆形及不规则形状，多从根系皮层组织的胞间菌丝顶端形成泡囊（图 1-A），出现概率较小；丛枝大量存在，一般是皮层细胞的胞内菌丝顶端或其分枝的顶端形成丛枝(图 1-B)；侵入点呈现多样化，其中，根外菌丝侵染部位大多位于根的成熟区和伸长区，分生区和根冠也有侵染，也有从分生区的细胞胞内菌丝长出根外再侵染根冠（图 1-E, F,G, H ,I）， 丛枝菌根真菌侵入幼嫩的根段较多，木质化的根段未见侵染。

图1 柑橘丛枝菌根的形态结构。A.泡囊；B.丛枝；C.根外菌丝和侵入点；D.根内菌丝；E.菌丝多次侵入；F.菌丝直接侵入； G.菌丝分叉侵入；H.菌丝两边伸展侵入；I.根冠和分生区被菌丝侵染；J.根外厚垣孢子

2、丛枝菌根真菌对柑橘的生理生化的影响

2.1 生长发育

丛枝菌根真菌对柑橘类果树最显著的效应表现为促进生长。Edriss（1984）研究发现将AMF接种于四种柑橘实生苗后，菌根苗的总干重比无菌根苗显著增加。Shrestha等（1995）通过给柑橘接种AMF，增大柑橘叶片面积，增强柑橘光合作用和生长势。吴强盛等（2006）将G. versiforme和G. mosseae接种于柑橘组培苗根际，发现这两种丛植菌根真菌显著促进了叶片和根系可溶性糖以及总的非结构碳水化合物含量，植株茎粗、叶面积、叶片数、根系体积、干重也显著提高。Yao等(2009)研究发现，接种AMF能显著促进积根系更高级次根的形成，诱导发生更多的幼嫩新根系，但明显减少了根系的总长度、体积和表面积，对积根系主根长、平均根系直径没有显著影响（Yao et al. 2009）。曾理等人（2014）以红橘和罗伯逊脐橙为试验材料，自然条件下接种地表球囊霉( G. versiforme)，结果表明，接种 G. versiforme显著提高了两种柑橘果实的单果重、横纵径（曾理等2014）。

箘食用于土壤之后，激活土壤微生物，有益微生物爆发式增长，抢占生态位，营造良好的根际微环境。箘食里高含量有机营养物质可以诱导菌根真菌侵染柑橘根系，形成互利共生的丛枝菌根，帮助柑橘根系更好地从土壤中吸收水分和养分，促进柑橘生长。

如下图：柑橘僵苗不长，用箘食两次后萌发大量新梢，树体转绿。

2.2 矿质营养

大量研究证明，AMF能显著促进柑橘树对土壤中N、P、Zn、Fe、Ca等元素的吸收。研究发现，红橘和粗柠檬实生苗混合接种地表球囊霉(G. versiforme)和珠状巨抱囊霉(G. margarita)后，其叶片含氮磷量和吸氮磷量、根部含氮磷量和吸氮磷量、总吸氮磷量都得到显著提高（李松丽2006）。1985年，Graham和Timmer报道菌根化柑橘苗更能从难溶性磷肥中吸收P，这是由于AMF侵染枳苗后能促进根系分泌酸性磷酸酶活化难溶性磷肥，改善积对P的吸收，提高植株P含量（唐振尧，何首林1990）。李艳等（2014）研究发现，在盆栽条件下对红橘、金柑、枳和资阳香橙接种摩西球囊霉( G. mosseae)显著提高了柑橘根际土壤有效磷含量以及酸性、中性、碱性和总磷酸酶活性，且菌根真菌侵染率与土壤有效磷含量、土壤磷酸酶活性之间均呈现显著或极显著正相关关系（李艳，吴强盛2014）。研究表明，在低Fe条件下AFM可以促进柑橘植株对Fe的吸收。枳和红橘实生苗接种地表球囊霉(G. versiform)后，显著促进枳叶片活性Fe的积累，提高叶片Fe/Mn和K/Ca的比值，降低了枳根围土壤中有机结合态Fe、残渣态Fe及交换态Fe的含量，促进其对有效铁的吸收（王明元2008）。

Srivastava等人（2001）研究发现，菌根对柑橘营养的促进作用主要出现在土壤肥力低和土壤质地劣的条件下（Srivastava et al. 2002）。在不同镁锌浓度处理下，柑橘砧木卡里佐积橙接种AFM后，显著促进其根系对土壤中镁锌元素的吸收，并且在适度范围内低镁低锌的情况下接种菌根对柑橘根系对镁锌元素的吸收的促进作用最明显，且显著地提高了叶片的光合利用率，表明AFM和镁锌元素营养的提高能有效地促进柑橘光合作用（汤静2010; 李伟 2010）。缺锌胁迫下，碰柑与纽荷尔接种G. intraradices后，显著提高了两品种柑橘的叶绿体色素含量、叶绿素a/b及叶面积，増强了二者植株的光合作用（宋亚利2015）。同时，研究发现AFM将柑橘苗土壤中水溶态钙和残渣态钙转化为有利于其吸收的交换态钙、有机结合态钙和酸溶态钙等，并将植株根系中碳酸钙和草酸钙转化为无机钙、水溶态钙和果胶钙，从而提高根系对钙的利用率（邓溧等2016）。

2.3 抗逆胁迫

2.3.1 抗干旱胁迫

植物在处于干旱条件下时，其生物量、光合效率、渗透调节能力、细胞膜稳定性和抗氧化能力等指标下降，形态结构和生理功能产生畸变。吴强盛等研究发现，处于干旱胁迫条件下的枳和红橘实生苗以及柑橘嫁接苗接种AMF 后，观察到接种处理的植株通常拥有更高的POD、SOD、CAT、GR、APX等抗氧化酶活性和可溶性蛋白、还原型抗坏血酸、还原型谷胱甘肽等抗氧化剂的含量 ，从而加速抗坏血酸-谷胱甘肽循环，清除大量的过氧化氢和超氧阴离子自由基，减轻干旱胁迫产生的氧化破坏（吴强盛，夏仁学2005; Wu et al. 2006a, 2006b, 2009）。研究表明，菌根真菌能够诱导胁迫相关酶的基因表达。在G. mosseae侵染的枳遭受到一个短期干旱胁迫后，发现其氧化还原酶、乳糖谷胱甘肽裂解酶和2个类黄酮合成酶基因 mRNA 丰度显著高于未接种植株，从而表明这些胁迫诱导酶的转录活性在菌根接种后升高（Fan et al. 2011）。

如上图：右边土壤用箘食后，可以明显看到土壤中微生物被激活，形成菌株，保湿效果显著。对照左边没有用箘食的土壤，保湿性能差，土壤龟裂。

2.3.2 抗盐胁迫

在盐胁迫的柑橘上接种AMF后，菌根化植株茎粗、株高、干质量增加。研究发现，在盐胁迫条件下，AMF增强柑橘生长由以下几个原因造成: (1) 菌根化植物拥有可有效利用土壤营养、促进作物水分和元素吸收更好的根系构型(Wu et al. 2010a, 2013)； (2) 菌根化枳根系能够向生长介质中分泌更多的 H+，从而使根际酸化，促进植物的生长（Wu et al. 2009）；(3) 接种AFM植株的 K+/Na+，Ca2+/Na+和Mg2+/Na+明显增大，使植株整体保持良好的离子平衡。同时，Wu等人研究发现，接种AMF的红橘实生苗在盐胁迫和非盐胁迫下条件下均表现更高的光合速率、气孔导度和蒸腾速率。此外，接种 G. mosseae和G. versiforme显著增强枳实生苗在盐胁迫下的过氧化氢酶活性和抗氧化剂含量，以增强枳的抗氧化保护系统，从而保护枳免于盐胁迫的伤害（Wu et al. 2010b）。

2.3.3 抗高温胁迫

柑橘在接种AMF后，可以正常生长及代谢，表现出一定的抗高温胁迫能力。杨晓红等用 G. versiforme、G.mosseae和Gigasporamargarita及其混合菌剂接种枳实生苗，在40 °C高温下胁迫30 d，接种菌根的枳叶片过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性显著增强，可溶性蛋白和可溶性糖含量显著升高，膜脂过氧化产物丙二醛含量降低，膜透性显著减小，说明菌根化实生苗的耐热性提高，这种效应因菌种而异，表现为G. versiforme＜G.mosseae＜Gigasporamargarita＜混合菌剂（杨晓红等2005）。对枳进行低温( 15°C) 和高温( 35 °C) 胁迫以及红橘进行低温胁迫后，接种AMF对低温胁迫下的柑橘生长、根系构型以及抗氧化酶活性、矿质营养含量没有显著影响，但对高温胁迫下的柑橘生长、根系构型和抗氧化酶活性显示促进效果。这些说明，AMF能够提高柑橘的抗高温能力，但这种效应在低温胁迫下丧失（Wu et al. 2010c, 2011）。

2.3.4 抗微生物胁迫

丛枝菌根真菌可以有效提高植物对营养元素的吸收，与病原物竞争营养，并且诱导植物形成抗侵染的特殊结构，从而，提高植物对病原微生物侵染的防御力(黄京华等2003)。柑橘根际存在着多种病原微生物，引起柑橘苗黄化枯死以及根系腐烂或畸形等病害。Nemec等人（1996）研究显示，柑橘接种 G. intraradices后，Phytophthoranicotianae 侵染受到显著干扰，柑橘根系腐烂现象显著减轻（Nemec et al. 1996）。在柑橘树上接种G. etunicatum或者Acaulosporatuberculata后，不仅可以显著减轻由P. nicotianae引发的茎枯死症状，并且诱发健康的枝条进行生长（Watanarojanaporn et al. 2011）。因此，AFM在一定程度上能够抑制病原微生物对柑橘的侵入以及病害的发生，具有巨大的生物防治潜力。

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