小麦磷获取中根系羧酸盐与丛枝菌根共生的平衡机制及其农业应用价值

为解决小麦磷吸收效率低下的问题，研究人员开展了关于丛枝菌根真菌(AMF)与根系羧酸盐协同作用对磷(P)吸收影响的研究。通过设置3种P供应水平(0、50、200 mg P kg-1)和AMF接种处理，发现AMF显著降低根系羧酸盐分泌但提高P50水平下地上部P含量，揭示了"磷觅食"与"磷开采"策略的协同机制。该研究为小麦养分管理提供了新思路，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

在农业生产中，磷肥利用率低下一直是制约作物产量的关键因素。由于土壤中磷酸盐易被固定，传统施肥方式中约80%的磷难以被作物吸收。小麦作为全球主要粮食作物，其磷效率提升对保障粮食安全具有重要意义。面对这一挑战，河北农业大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了一项创新性研究，揭示了小麦通过协调根系分泌物与菌根共生来应对不同磷环境的分子机制。

研究人员采用高效液相色谱(HPLC)、酸性磷酸酶活性检测和WinRHIZO根系分析等关键技术，对9个不同年代培育的小麦品种进行系统研究。实验设计包含3个磷水平(P₀、P₅₀、P₂₀₀)和AMF接种处理，通过65天的温室培养，全面分析了根系形态、羧酸盐分泌与菌根定殖的互作关系。

菌根定殖与植物生长

研究发现AMF定殖率随磷水平升高而显著降低，在P₀时达到24.25%。接种AMF使小麦根系生物量降低59.45-76.20%，但显著提高P₅₀处理的地上部磷含量。这一现象揭示了菌根共生与植物碳分配的权衡关系。

根际羧酸盐动态

AMF接种使根际羧酸盐总量降低达94.11%，其中柠檬酸和苹果酸是主要组分。非菌根小麦的磷含量与羧酸盐呈正相关，表明其在缺磷时更依赖"磷开采"策略。

性状协同变异分析

结构方程模型显示，在P₅₀水平下，土壤pH显著影响菌根生长响应性(MGR)，而总酸度影响菌根磷响应性(MPR)。根系长度和直径的变化与MGR显著相关，证实形态特征对生物量积累的关键作用。

菌根响应性机制

研究首次发现菌根磷响应性(MPR)与苹果酸(Δmalic acid)变化呈极显著正相关(R²=0.141)，而菌根生长响应性(MGR)与酸性磷酸酶活性(ΔA-Pase)呈负相关。这表明生物量积累和磷吸收依赖不同的根系适应策略。

该研究系统阐明了小麦通过协调"磷觅食"(菌根共生)和"磷开采"(羧酸盐分泌)策略来适应不同磷环境的生理机制。特别是在中等磷水平(P₅₀)下，AMF能显著提高磷吸收效率，这为小麦精准施肥提供了理论依据。研究结果对培育高效磷利用小麦品种、减少磷肥施用具有重要指导意义，为发展可持续农业提供了新思路。