作者:边慧 来源:中国科学报 发布时间:2016/4/13 8:32:37
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有效利用真菌可降低作物化肥需求

 

根据美国南达科他州立大学生物学与微生物学教授Heike Bücking的最新研究成果,植物与真菌之间存在着一种古老的互利关系,这种关系可以帮助作物减少对化肥的需求,从而促进农业的可持续发展。

Bücking解释说,5亿多年来,大多数陆生植物都通过根部系统和丛枝菌根真菌共享碳水化合物。作为交换,这些真菌为植物提供氮、磷等营养物质,提高宿主的抵抗力。

这些被视为活化石的真菌,会利用菌丝在土壤中搜寻营养物质,并将这些养分提供给宿主。作为回报,寄主会将4%~20%的光合作用固定碳输送给这些菌根共生体。

“我们认为这些真菌能够通过更可持续、更环保的方式来提高能源作物的生物量以及粮食作物的产量。”Bücking说,她已在包括小麦、玉米、大豆、苜蓿、三叶草和多年生牧草(如草原互花米草)等在内的粮食作物和能源作物身上研究了真菌与作物之间的相互作用。

该研究在美国国家科学基金会、南达科他州小麦委员会、大豆研究和促进委员会以及美国能源部联合基因组研究所的支持下展开。

根据Bücking的研究,供求关系决定了植物和真菌在这种互惠关系中的养分交换量。为了解释这些复杂的相互作用,她与来自阿姆斯特丹自由大学、英属哥伦比亚大学以及南达科他州农业实验站的研究人员共同展开了研究。

“虽然有多种真菌物种寄生在宿主植物身上,但宿主植物很清楚地知道其养分的确切来源。宿主植物能够区分不同真菌的行为,并据此作出碳水化合物的合理分配。”Bücking指出。

而这些真菌也形成了一个共同的菌根网络,使其可以同时访问多个宿主。研究表明,当宿主植物由于被遮蔽而减少碳水化合物的分配时,真菌也会相应减少营养物质的共享。

Bücking与其合作者还发现一些比其他品种更有益的真菌。例如,他们将10种苜蓿丛枝菌根真菌分离成31种高、中、低性能的菌株,并评估了这些菌株与宿主苜蓿之间的关系。研究人员发现,高性能菌株可将苜蓿的生物量产量和养分吸收量提升170%以上,而低性能菌株对上述增长几乎没有贡献。

“但是,对某种作物有益的真菌很可能无法为另一种作物提供相同的养分。”Bücking警告说。同一种真菌的不同分离菌株可以产生不同的行为,因此,识别真菌的最佳适应环境很有必要,只有这样寄主植物才可能获得最高的种植效益。

除了提供养分之外,这些真菌还可以保护能源作物及粮食作物免受诸如干旱、盐碱或重金属等外界环境胁迫和疾病。“所有这些作物可能会受到的外界压力,通常可以通过与菌根的相互作用来得到改善。”Bücking说。

通过常规育种来增加作物的耐受性,一般只对某一方面的应激因素起作用,但作物往往会受到多重外界压力。Bücking认为,如果能够有效地利用真菌,其对作物的抗压力改善影响将出乎意料。

然而,她补充说,为了更好地了解作物与真菌之间这种古老的共生关系并充分发挥其潜力,还需要进行更多更深入的研究。(边慧编译)

《中国科学报》 (2016-04-13 第6版 科研)
 
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