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楼主  发表于: 2021-03-24 08:55天前

 丛枝菌根真菌介导的植物耐旱性机理研究综述

干旱已成为制约现代农业生产发展的关键因素,随着全球性的气候变暖和生态平衡的破坏,土地沙漠化和盐碱化愈发严重。在植物根际周围存在一类土壤微生物——丛枝菌根真菌(arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)。AMF能与绝大部分的有花植物形成互惠共生体即丛枝菌根。植物通过其根系向AMF输送其生长繁殖所必需的碳水化合物,而AMF通过宿主植物根系向植物输送一定量水分和无机营养以保障植物生长所需。

通常认为,菌根通过大量的外部菌丝增加根系吸收表面积,从而提高植物的耐旱性,但也有研究表明菌根在没有菌丝结构的情况下却仍然使植物具有耐旱性。AMF对植物水分代谢的影响和提高植物耐旱性的作用机理仍然存在一定争议。为此,在汉斯出版社《植物学研究》期刊中,有学者将AMF对植物耐旱性的影响研究进展情况进行综述,阐明丛枝菌根真菌提高宿主植物耐旱性的可能机理,并对今后的相关研究提出建议。

在目前大面积长时间干旱情况下,加强植物耐旱机制的研究,结合运用现代育种、生理生态和分子生物学等实验技术,将有助于学科进步和农业可持续发展。

AMF在改良土壤结构及其保水能力的背景下应用十分广泛。AMF物种多样性在很大程度上取决于新方法的尝试。迄今为止,已经认识到的AMF物种大约400多种。一方面,AMF加强了植物对干旱胁迫的反应,这大大改善了宿主植物的生长和作物生产。相反,严重缺水则会直接抑制AMF孢子的萌发,侵染能力以及根外菌丝伸长。

在过去的几十年中,主要了解AMF的群落组成和多样性受干旱压力的影响。发现在缺水的土壤中,相对于正常的土壤AMF物种多样性较低。AMF物种具有进化的特性,在逆境(干燥)下具有进化优势。一些AMF分离纯化株或个别物种可以耐受干旱胁迫。经过长时间的适应后,原生AMF生态型出现了在了极端环境的土壤中。

干旱胁迫是影响植物生长的主要生物胁迫之一,严重影响作物的生产,并危及生命全球粮食安全。植物通过改变自身生理状态来避免干旱带来的影响,包括形态,生理和分子响应。水分亏缺会对植物生理学的几个方面产生负面影响,例如,它使光合作用作用停滞,使酶系统结构紊乱,减少植物养分吸收,因此导致了荷尔蒙和营养的不平衡植物。此外,干旱胁迫还会导致渗透胁迫,从而导致膨松损失,因此,导致植物生长发育受到抑制。干旱胁迫也诱导了活性氧,进而导致植物组织中的膜损伤和细胞死亡。

植物非常依赖与根系相关的微生物区系来减轻各种环境压力,如干旱胁迫,地温胁迫等。其中,AMF属于球囊霉门,与寄主植物建立共生关系,AMF获取来自宿主植物根部的光合产物,包括碳水化合物。作为回报,AMF会增加水分和养分的吸收,以减轻干旱的负面影响,而且改善气孔调节。此外,为了提高用水效率,AMF通过调节各种机制减少干旱胁迫下的氧化损伤,有希望应用于下一代农业。

由以上可以看出,AMF可以通过增大植物根系吸收表面积,改良土壤团聚结构以及提升次级代谢产物水平(主要是抗氧化物水平)来影响影响宿主植物对水分的利用方式,增强其水分吸收能力,进而提升植物的耐旱性能。AMF是如何激活宿主的胁迫反应系统?是否有其他机制参与了AMF与宿主植物的相互作用?目前尚不得知,但可以肯定的是AMF可以扩大宿主植物根系的吸收面积,改善宿主植物的营养状况。因此,丛枝菌根更有利于增强宿主植物抗逆性的作用是由生物、物理以及化学的综合作用导致的,似乎更符合实际。因此,加大AMF对植物耐旱性影响机制的相关研究有着深远意义。
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