一、什么是丛枝菌根？

1885年，德国植物生理学家Frank在研究中首次发现一些真菌菌丝与树木根系正常地共生结合，并把他观察到的真菌与树木根系共生体命名为“菌根”。根据形态和解剖学的特征，菌根分为外生菌根(ectomycorrhizae)和内生菌根(endomycorrhizae)两大类。

丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal，AM）是土壤中的丛枝菌根真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种内生菌根联合体。除了莎草科、苋科、灯芯草科、藜科、石竹科等20多种植物不能形成丛枝菌根外，大多数植物都能形成丛枝菌根，是一种古老并广泛分布的互利共生体系。

这种互利性是通过双向营养交换来体现的：植物通过光合作用为丛枝菌根真菌提供碳水化合物；丛枝菌根真菌拥有强大的外部菌丝系统，可以更有效地帮助植物吸收矿质营养元素，从而改善植物体内养分状况、调节植物生理代谢活动、促进植物成活、增强植物对外界不良环境的抵抗能力。

（图片来源于网络）

二、丛枝菌根是如何形成的？

丛枝菌根真菌与植物根系之间可以称得上是互相吸引、相辅相成的知己。丛枝菌根真菌在根际环境遇到合适的温度和水分开始萌发，它们会选择合适的寄主寄托自己的一生。这时候植物根系分泌的类黄酮物质会向丛枝菌根真菌传递某种信息，吸引它们，刺激菌丝的生长。‍‍‍‍‍‍‍‍‍丛枝菌根真菌与植物根系接触后，两者快速建立友好的合作情谊，真菌菌丝快速沿着根表面分支生长，占领自己的地盘，形成附着胞，固着在根上。附着胞形成钉钩状感染菌丝，通过表皮细胞间隙进入皮层细胞。‍‍‍‍菌丝进入细胞壁后开始分叉，形成丛枝结构。菌丝顶端膨大形成泡囊。泡囊具有繁殖和储存养分作用。当根系组织在土壤中破裂，泡囊就会从根组织中释放出来，再次萌发感染其他植物。泡囊，丛枝，根内菌丝的形成就标志着丛枝菌根真菌侵染过程的完成。这个过程重叠或交叉完成，使丛枝菌根真菌菌丝在根系内部不断发展。

（a、b、c图来源于网络，d图李昌浩拍摄）

三、丛枝菌根有什么作用？

1.协助植物吸收水分、营养，促进植物生长

丛枝菌根能直接吸收水分，间接调节植物根系渗透水势，提高作物抗旱性。研究表明，丛枝菌根真菌通过影响宿主植物的生理生态过程，提高了植物的横向根压和纵向蒸腾拉力，从而增强了植物对土壤水分的吸收和运输能力。

菌根植物可以使用两种途径获取养分：通过根表皮和根毛的直接途径和通过菌根真菌菌丝的菌根途径，将从土壤中获得的养分输送到根细胞。丛枝菌根真菌能够显著扩大植物根系的吸收范围，帮助植物吸收土壤中的磷、钾、硫、钙、锌、铁、铜等营养元素。特别是在磷的吸收方面，丛枝菌根真菌通过其菌丝体的高亲和力磷转运系统，提高了植物对磷的吸收效率，从而促进植物的生长和发育，增加植物的生物量和产量。研究表明，接种丛枝菌根真菌可以显著提高植物的株高、地上生物量和根系发育。

2.增强植物抗逆性、病害防御能力

丛枝菌根可以增强植物对环境胁迫的耐受性，如干旱、盐碱和重金属污染等。例如，丛枝菌根真菌能够通过调节植物的生理代谢过程，提高植物对干旱胁迫的适应能力。丛枝菌根真菌还可以通过改变植物根系的微生物环境，抑制病原菌的生长和侵染，进而增强植物的抗病能力。

3.改善土壤结构，维持生态系统的多功能性

丛枝菌根真菌分泌的球囊霉素等物质可以作为土壤颗粒的粘结剂，改善土壤结构，增加土壤的稳定性和通气性。丛枝菌根在维持生态系统的多样性和稳定性方面发挥着重要作用。它能够影响植物群落的结构和演替，促进植物与其他生物的相互作用。

综上所述，丛枝菌根作为一种重要的植物—微生物共生“伙伴关系”，在植物的养分吸收、生长发育、土壤健康以及维持生态系统多功能性等方面发挥着重要作用，同时也为农业生产中利用植物—微生物相互作用提供思路和途径。

作者：何斐、李昌浩

作者简介：何斐，安康学院副教授，中国微生物学会会员、陕西省微生物学会理事。

来源: 陕西省微生物学会