菌根就是真菌加植物的根,它是指真菌與植物根系形成的互惠共生體。能夠侵染植物根系形成菌根的真菌叫做菌根真菌。1989 年,Harley 根據參與共生的真菌和植物種類及它們形成共生體系的特點,將菌根分為 7 種類型,即叢枝菌根、外生菌根、內外菌根、漿果鵑類菌根、水晶蘭類菌根、歐石楠類菌根和蘭科菌根。其中叢枝菌根(Arbuscutar mycorrhiza,AM)是一種內生菌根真菌,它可在 90%的微管植物根中形成[1].
1 菌根生物技術是提高植物病害防治的有效途徑
Cordier 等研究認為,植株菌根化后提高了植物根系的吸收表面積,從而改善了植物的營養,間接提高植株抗病性。研究還表明,AM 真菌先侵染植物根系后,它可與病原微生物競爭碳水化合物,減少了病原菌侵入的機會,從而也提高了抗病性。AM 真菌的侵染可誘導植物根系分生組織和根細胞特別是有限的病原菌侵染位點發生明顯的變化,影響病原物的侵染和發展。AM 真菌改變根際微生物種群,AM 真菌影響下根區真菌數量減少而利于減輕植株真菌病害。植物的一些防御性酶類可在 AM 真菌侵染植物的過程中被激活,也提高了植物的抗病性。
AM 菌根能顯著提高各種蔬菜對眾多真菌病的抵抗能力,原因就在于 AM 菌根抑制了根區有害真菌的數量。研究結果顯示:AM 真菌抑制鐮刀菌的侵染,降低黃瓜枯萎病的發病率;AM 真菌中球囊霉屬的聚生球囊霉、幼套球囊霉、大果球囊霉、珠狀球囊霉和美麗巨孢囊霉等都能不同程度地減輕腐霉屬、疫霉屬、鐮刀菌屬、絲核菌屬、根串珠霉屬的病原真菌對菜豆、洋蔥、煙草、草莓等引起的土傳病害;AM 真菌也能使西瓜根圍及根內鐮刀菌群體的數量及枯萎病的發病率和病情指數顯著降低。同時,外生菌根也能提高喬木對病害的抗性。李玉等[2]把厚環乳牛肝、血紅鉚釘菇、彩色豆馬勃 3 種外生菌根菌純培養后接種到日本落葉松、油松播種苗測試它們根部對病害的抗性,結果表明,這 3 種菌根真菌都可明顯抑制苗木猝倒病,和不接種這些菌根菌相比降低 4.0%~55.9%,同時,苗高、地徑、單株鮮重等生長指標有 2.8%~62.9%的不同程度提高。
2 菌根生物技術是鹽漬化土壤改良的有效途徑
生長在含有較多鹽類(主要是鈉鹽)的土壤中的植物,難以正常生長和存活。土壤鹽分過多,引起植物滲透脅迫和生理干旱等。研究表明,植株體內 Na+濃度主要受 P 的吸收量的控制,AM 真菌可通過提高植株對 P 等礦質養分的吸收從而減少對 Na 的吸收來增加植物的抗鹽能力。此外,植株菌根化后,擴大了根的吸收面積,增加植物對水分的吸收,緩解了生理性缺水。同時,菌根化改變了植物組織結構,增加植物對水分的吸收,緩解了生理性缺水。同時,菌根化改變了植物組織結構,特別是修正了植物根部結構,增加植株 P、Zn、可溶性糖和氨基酸等的含量,改善了植物體內離子平衡和滲透平衡,提高了植物的抗鹽性。
土壤鹽漬化是全球面臨的生態難題,迄今為止仍沒有探尋到一條經濟、簡便、可持續控制的有效途徑。目前,解決土壤鹽漬化問題主要依賴于如淡水壓鹽、挖溝排鹽、客土置換、筑堤種植等工程措施,但這些措施費用昂貴,工程一旦停止土地馬上返鹽,而且洗鹽同時許多植物必需的營養元素隨水流失,不能解決根本問題。有的通過添加 CaCO3等化學物質降低鹽堿含量,優化土壤,但是這種方法不僅耗資巨大,時間長,不易見效,且隨著大量化學物質的加入,加重了土壤的次生鹽漬化。為適應園林城市和觀光休閑的要求,加強鹽堿地開發利用,提高鹽堿地植被覆蓋率,探索提高綠化樹木耐鹽性研究,是新形勢下國內外大環境追求生態、健康和諧發展的需要。通過菌根生物誘導途徑,使植物充分適應鹽漬環境,提高植物在鹽漬土壤上的耐鹽性,成為鹽漬土改良利用的新方向[3].此外,利用菌根生物技術對復墾區土壤進行綜合治理與改良,使失去微生物活性的復墾區土壤重新建立和恢復土壤微生物體系,增加土壤生物活性,加速復墾區土壤的基質改良,加速自然土壤向農業土壤的轉化過程,使生土熟化,提高土壤肥力,從而縮短復墾周期。
3 菌根劑的成功研制及利用在農、林及環保領域內發揮著積極作用
自 20 世紀 50 年代,菌根對植物的效能被發現以來,引起了各國科學家的關注。研究發現,由于地球生態環境的逐漸改變,植物在自然條件下已很難形成菌根。在農、林及環保領域內,如何利用菌根人工生物技術,幫助植物在不同的環境成活、生長,是既有重大理論價值又有廣闊應用前景的新課題。
在林木菌根研究方面,中國林業科學研究院林業研究所取得了很大成功。20 世紀 80 年代末,他們就首次在國內研制成功了菌根劑。近年來又開發了新型菌根劑-植健寶,為國內首創。目前,這種菌根劑已在林業、農業、園林、土地復墾、環保等方面不斷推廣,取得了顯著效果。
菌根劑是一種具有多元作用的生物制劑。它是根據植物在自然條件下需要形成菌根幫助成活和生長的原理而研制成功的可持續發展的生態技術產品,能誘發和促進植物形成其自然生活的供養體系-有效菌根,提高植物吸收和利用水肥的能力,分泌多種植物生理活性物質,調節植物生理活動,改善體內養分狀況;分泌多種植物激素和各種酶,促進植物生根、生長和發育,提高對土壤養分(尤其是磷)的利用率;增強植物抗病、抗逆性,提高土壤活性,增加土壤有機質含量,改善土壤理化性質,提高土壤肥力等。因此菌根化育苗大幅度地提高苗木質量和產量,菌根化造林大幅度提高造林成活率和幼林生長,促進“優質、高產、高效”穩定林分的迅速形成,同時節約補植和森林撫育費,縮短育林周期,降低育林成本。新型菌根劑的研發使用將傳統落后的挖森林土接種的粗放經營方式轉變為先進的菌根化造林的集約經營方式,防止水土流失,保護森林資源,減少甚至完全避免使用生長調節劑、化肥和農藥等化學制劑帶來的環境污染,促進生態平衡。
參考文獻
[1] 李曉林,馮固等。叢技菌椴生盎生理[M].北京:華文出版社,2001.
[2] 李玉,韓瑞興。落葉松菌根苗培育及造林技術[J].遼寧林業科技,2003,(6)。
[3] 劉春艷,王桂森,郝永娟,等。菌根生物技術在鹽堿地造林綠化中的應用前景[J].天津農業科學,2010,16(5)。