根據(jù)美國南達科他州立大學生物學與微生物學教授Heike Bücking的最新研究成果，植物與真菌之間存在著一種古老的互利關系，這種關系可以幫助作物減少對化肥的需求，從而促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
Bücking解釋說，5億多年來，大多數(shù)陸生植物都通過根部系統(tǒng)和叢枝菌根真菌共享碳水化合物。作為交換，這些真菌為植物提供氮、磷等營養(yǎng)物質，提高宿主的抵抗力。
這些被視為活化石的真菌，會利用菌絲在土壤中搜尋營養(yǎng)物質，并將這些養(yǎng)分提供給宿主。作為回報，寄主會將4%~20%的光合作用固定碳輸送給這些菌根共生體。
“我們認為這些真菌能夠通過更可持續(xù)、更環(huán)保的方式來提高能源作物的生物量以及糧食作物的產(chǎn)量。”Bücking說，她已在包括小麥、玉米、大豆、苜蓿、三葉草和多年生牧草（如草原互花米草）等在內的糧食作物和能源作物身上研究了真菌與作物之間的相互作用。
該研究在美國國家科學基金會、南達科他州小麥委員會、大豆研究和促進委員會以及美國能源部聯(lián)合基因組研究所的支持下展開。
根據(jù)Bücking的研究，供求關系決定了植物和真菌在這種互惠關系中的養(yǎng)分交換量。為了解釋這些復雜的相互作用，她與來自阿姆斯特丹自由大學、英屬哥倫比亞大學以及南達科他州農(nóng)業(yè)實驗站的研究人員共同展開了研究。
“雖然有多種真菌物種寄生在宿主植物身上，但宿主植物很清楚地知道其養(yǎng)分的確切來源。宿主植物能夠區(qū)分不同真菌的行為，并據(jù)此作出碳水化合物的合理分配。”Bücking指出。
而這些真菌也形成了一個共同的菌根網(wǎng)絡，使其可以同時訪問多個宿主。研究表明，當宿主植物由于被遮蔽而減少碳水化合物的分配時，真菌也會相應減少營養(yǎng)物質的共享。
Bücking與其合作者還發(fā)現(xiàn)一些比其他品種更有益的真菌。例如，他們將10種苜蓿叢枝菌根真菌分離成31種高、中、低性能的菌株，并評估了這些菌株與宿主苜蓿之間的關系。研究人員發(fā)現(xiàn)，高性能菌株可將苜蓿的生物量產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量提升170%以上，而低性能菌株對上述增長幾乎沒有貢獻。
“但是，對某種作物有益的真菌很可能無法為另一種作物提供相同的養(yǎng)分。”Bücking警告說。同一種真菌的不同分離菌株可以產(chǎn)生不同的行為，因此，識別真菌的最佳適應環(huán)境很有必要，只有這樣寄主植物才可能獲得最高的種植效益。
除了提供養(yǎng)分之外，這些真菌還可以保護能源作物及糧食作物免受諸如干旱、鹽堿或重金屬等外界環(huán)境脅迫和疾病。“所有這些作物可能會受到的外界壓力，通常可以通過與菌根的相互作用來得到改善。”Bücking說。
通過常規(guī)育種來增加作物的耐受性，一般只對某一方面的應激因素起作用，但作物往往會受到多重外界壓力。Bücking認為，如果能夠有效地利用真菌，其對作物的抗壓力改善影響將出乎意料。
然而，她補充說，為了更好地了解作物與真菌之間這種古老的共生關系并充分發(fā)揮其潛力，還需要進行更多更深入的研究。
