研究揭示有益真菌如何促进苹果根系生长—— 美国农业部（USDA）旨在梳理苹果中有益真菌潜力的研究揭示了更多的复杂性
【美】Kate Prengaman 如果您可以用一种有益的真菌来增强苹果树的根部，这种真菌可以扩大根系吸收水分或养分或承受害虫压力的能力，那会怎样？ 丛枝菌根真菌可以做到这一点，但利用天然存在的真菌的商业形式作为管理工具是复杂的，从砧木基因型到土壤类型和本地真菌物种。 美国农业部（U.S. Department of Agriculture）微生物学家特蕾西·萨梅拉（Tracey Somera）在过去几年里一直在试验中梳理丛枝菌根真菌（AMF）的潜力。在过去的三年里，她的研究从华盛顿树果研究委员会获得了 171,000 美元的资助。 图1根系生长模式因砧木而异.长根的 Geneva 969（左）和美国农业部科学家 Tracey Somera 实验室的技术人员 Ashley Heuchert 持有的 G.11 更紧凑的根Somera 的研究表明，砧木之间的遗传差异也会影响根系与有益的丛枝菌根真菌的相互作用（TJ Mullinax/Good Fruit Grower）。 “我实验室正在进行的一组研究旨在为在果园和苗圃系统中使用 AMF 奠定基础，”她说。“市面上有很多含有菌根真菌的商业产品，有些经验证与苹果形成关系，有些则没有，没有一个经验证可以促进树木生长。” 她的第一个研究问题集中在筛选10 种商业接种剂，在最佳情况下将 Gala 幼苗放在无菌土壤中，以确定产品的潜力。Somera 说，该筛选研究于 2022 年进行，发现砧木和 AMF 产品之间存在显着差异，但确定了两种菌株——F. mosseae和C. claroideum，均来自制造商RTI-Ag——“似乎是全面的良好定植者”，可用于进一步的试验。 图2 Tracey Somera 通过水置换来测量根系体积 该研究旨在了解2023 年接种 AMF如何影响华盛顿州韦纳奇 USDA-ARS 设施中不同苹果砧木的生长（TJ Mullinax/Good Fruit Grower） 他们还在一项使用G.11、G.41、G.890 和 G.969 的试验中研究了砧木遗传学的影响，每种试验都有四种不同的商业接种剂。该研究在种植后 2 周、 5 周和 8 周测量了根组织中的 AMF 生长情况。真菌会定植于活跃生长的根系，随后产生菌丝延伸至周围土壤中，从而增强树木对水分和养分的吸收能力，同时从树木中获取部分碳水化合物作为交换。 “我们的研究表明，将宿主遗传特性与相容的AMF物种匹配，有望提升AMF的应用效果，”Somera说，“但这项研究的一个重要前提是：高定植率并不等同于实际效益。” 接下来，她进行了两项试验来评估功能益处。 第一次试验将G.11 砧木AMF 菌株 R. irregularis配对，看看它是否可以帮助树木应对水分胁迫。Somera 与华盛顿州立大学生理学家 Lee Kalcsits 合作，他们选择了 G.11，因为它的根系很小，更容易受到水分胁迫的影响。在试验中，她跟踪了气孔导度，这是衡量植物蒸腾量的指标。她说，在水分胁迫条件下，接种 AMF 的 G.11 树具有更高的气孔导度，或对干旱条件的耐受性更高。 图3 Somera 实验室的博士后科学家 Chris Cook 将细根样本切下来，放在显微镜载玻片上，这样他们就可以寻找真菌的存在，这种真菌比细根毛还要细很多倍（TJ Mullinax/Good Fruit Grower） 第二项试验使用C. etunicatum和C. claroideum来观察接种是否可以帮助树木抵抗真菌病原体Rhizoctonia solani，这是苹果再植病的病原菌之一。同样，Somera 观察到了取决于砧木的变化：在 G.41 中，接种C. etunicatum可显著减少病原菌感染，但在 G.890 或 G.11 中则没有。这种保护作用源于根系若已被有益AMF定植，会与试图入侵的病原真菌竞争空间。 但这种“先到先得”效应也使 AMF 的商业使用变得复杂。Somera 说，使用在组织培养中产生并在无菌土壤中生长的砧木的试验结果不一定能转化为果园环境。这是因为本地 AMF 物种存在于果园和苗圃土壤中，并且大多数苗圃树木都存在预先存在的 AMF 关系。 “它们确实影响了种植后的 AMF 结构，并且它们确实减少了商业接种剂的定植，”她说。“我们开始意识到，在熏蒸后或种植前接种 AMF 可能不是利用这些关系的最佳方法。” 图4 Heuchert从植物根部清除灭菌土壤. 这些植物也是通过无菌组织培养生产的，这为2023年的试验提供了‘干净的起点’，但Somera后来发现，接种剂可能无法在果园或苗圃树木中竞争过本地AMF（TJ Mullinax/Good Fruit Grower） 相反，她希望与苗圃生产商合作，深入了解其生产流程，探索是否可以在更早阶段进行AMF接种。未来或许能实现精准定制：为适应干旱的G.11或具有再植抗性的G.41提供特定的AMF接种方案。 “如果能控制最先定植根系的是哪种AMF，并使其稳定存在，这些AMF似乎能在群落中占据重要地位，”她解释道。 目前，针对接种剂在“活”果园土壤中表现的研究仍在进行中。初步结果显示，某些接种剂会抑制本地AMF，但自身也未显著定植根系。这一现象令人担忧，但仍只是非常初步的数据。 关于本地AMF在果园土壤中的分布情况，Somera表示目前知之甚少。这些真菌难以鉴定，且用于分析土壤微生物组的DNA测序技术对AMF无效——这限制了研究人员和商业生产商的诊断工具。她说，“人们对AMF的研究已有数十年，但仍未充分了解华盛顿州中部果园中真实的AMF群落结构，还有许多工作要做。” （孟祥龙译，王树桐校） 来源：https://goodfruit.com/research-targets-root-boosts-from-beneficial-fungi/
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