揭秘丛枝菌根真菌提升羊草抗旱性的机制：为干旱草原生态助力

《BMC Plant Biology》：How do arbuscular mycorrhizal fungi enhance drought resistance of Leymus chinensis?

干旱影响植物生长，破坏生态系统。研究人员开展 “丛枝菌根真菌（AMF）对羊草（Leymus chinensis）抗旱性影响” 的研究。结果发现 AMF 可提升羊草抗旱性，且机制因干旱程度而异。该研究为 AMF 肥料应用提供理论依据。

　　在广袤的草原上，植物们正面临着日益严峻的挑战。随着全球气候变暖，干旱问题愈发突出，成为限制植物生长、改变植被群落结构的重要因素。对于草原生态系统而言，干旱不仅影响植物的功能，还可能导致植被群落退化，严重破坏生态平衡。羊草（Leymus chinensis）作为欧亚温带草原，尤其是内蒙古草原的关键优势物种，在生态保护和恢复中扮演着重要角色。它不仅能保持水土、防风固沙，还富含多种营养物质，具有高产、抗旱、耐贫瘠和耐放牧等特性。然而，近年来频繁的干旱使得羊草的生存环境不断恶化，其栖息地逐渐缩小。

此前研究表明，丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）与羊草共生可提高羊草的抗旱性，但具体的生理生化机制尚不明确。为了揭开这一谜团，中国农业科学院草原研究所的研究人员开展了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为解决干旱地区草原生态问题提供了重要线索。

研究人员采用了一系列关键技术方法。首先，他们从内蒙古锡林浩特草原生态研究站采集了土壤样本和羊草种子。随后，选取了两种 AMF 物种，即摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）和幼套近明球囊霉（Claroideoglomus etunicatum），通过湿筛法制备接种物。实验采用 3×4 完全随机双因素区组设计，设置了三个干旱处理和四个 AMF 接种处理，每个处理重复六次。在内蒙古农业大学的温室中进行实验，持续 97 天。实验结束后，研究人员测定了羊草的多项生长指标、生理生化变量，并通过统计分析和结构方程模型（SEMs）揭示变量之间的关系。

研究结果

1. AMF 对羊草根系定植和生物量的影响：干旱处理、AMF 接种及其相互作用显著影响 AMF 对羊草的根系定植和羊草的总生物量。接种 AMF 的处理定植率显著高于未接种的对照组，且 AMF 显著增加了不同干旱处理下羊草的总生物量。在轻度干旱和重度干旱下，羊草生长对 AMF 的依赖程度相较于无干旱时有所降低12。
2. 对羊草叶片生物量和分蘖数的影响：干旱处理、AMF 接种及其相互作用对羊草的叶片生物量和分蘖数有显著影响。在不同干旱条件下，AMF 接种均能显著增加羊草的叶片生物量和分蘖数，且在不同接种处理下达到的最大值有所差异34。
3. 对羊草过氧化氢酶和过氧化物酶活性的影响：干旱处理、AMF 接种及其相互作用显著影响羊草的过氧化氢酶（Catalase）和过氧化物酶（Peroxidase）活性。轻度干旱下，羊草过氧化氢酶活性降低而过氧化物酶活性增加；重度干旱下则相反。不同 AMF 菌株在不同干旱条件下对这两种酶活性的影响也有所不同56。
4. 对羊草可溶性糖、总氮和总碳浓度的影响：干旱处理、AMF 接种及其相互作用显著影响羊草的可溶性糖、总氮和总碳浓度。随着干旱程度增加，可溶性糖浓度显著降低。不同 AMF 菌株在不同干旱条件下对这些指标的影响各异，部分菌株能显著提高相应指标的浓度78。
5. 对羊草内源激素浓度的影响：干旱处理、AMF 接种及其相互作用显著影响羊草的脱落酸（Abscisic Acid）、赤霉素（Gibberellin）和细胞分裂素（Cytokinin）浓度。不同干旱程度和 AMF 接种处理对这些激素浓度的影响不同，且激素浓度之间也存在相互关联910。
6. 羊草生长与生理变量的相关性分析：通过相关性分析发现，在不同干旱条件下，羊草的分蘖数、叶片生物量与总生物量之间存在显著正相关；总碳浓度、总氮浓度等指标与总生物量之间也存在不同程度的相关性，这些相关性在不同干旱程度下有所差异1112。
7. 羊草抗旱性的结构方程模型分析：结构方程模型分析表明，在无干旱条件下，AMF 接种对细胞分裂素浓度、分蘖数、叶片生物量和总生物量有显著正向影响；轻度干旱下，AMF 通过影响可溶性糖浓度等间接影响总生物量；重度干旱下，AMF 对细胞分裂素浓度和过氧化物酶活性有显著影响，进而影响总生物量1314。

研究结论与讨论

研究表明，干旱显著抑制羊草的生长，而 AMF 接种则能显著改善羊草的生长状况，缓解干旱胁迫的影响。在不同干旱程度下，AMF 提升羊草抗旱性的机制有所不同。轻度干旱时，AMF 通过增强光合作用活性，提高渗透调节系统中可溶性糖的浓度，从而提升羊草的抗旱性；重度干旱时，AMF 通过进一步激活抗氧化酶基因的表达，增加过氧化物酶活性，降低细胞分裂素浓度，提高羊草的可溶性糖浓度，进而提升其抗旱性。此外，研究还发现，在重度干旱条件下，幼套近明球囊霉（C. etunicatum）相较于其他菌株，能更有效地吸收土壤中的残留水分，对羊草生长的促进作用更为显著。

该研究成果具有重要意义，为 AMF 肥料在干旱草原地区的应用提供了理论基础，有助于提高羊草在干旱环境中的生产力，促进干旱草原生态系统的恢复和保护。然而，研究也存在一定的局限性，如样本量不足、实验条件为温室环境、研究方法相对单一等。未来的研究可进一步优化实验设计，增加样本量，开展野外实验，并结合多组学技术，更深入地探究 AMF 提升植物抗旱性的机制。