植物真菌共生過(guò)程中的表型研究

叢枝菌根（AM）與三分之二的植物物種存在共生關(guān)系。

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，人們對(duì)接種AM真菌是否能提高植物活力進(jìn)行了大量的研究，許多盆栽試驗(yàn)（以及一些田間試驗(yàn)）顯示了這種情況。但人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到這些結(jié)果難以復(fù)制，以至于博士生有時(shí)被建議 “如果你對(duì)第一次的菌根實(shí)驗(yàn)結(jié)果感到滿意，就永遠(yuǎn)不要重復(fù)實(shí)驗(yàn)”！

在一篇新論文中，來(lái)自霍克斯伯里研究所，西悉尼大學(xué)，阿德萊德大學(xué)和澳大利亞植物表型組學(xué)設(shè)施的Rohan Riley博士及其同事試圖找出原因。

“澳大利亞阿德萊德植物表型組學(xué)設(shè)施（APPF）的植物生長(zhǎng)條件的自動(dòng)化控制，大規(guī)模自動(dòng)化、數(shù)字成像和軟件技術(shù)（高通量表型分析）為我提供了工作空間，專業(yè)知識(shí)和技術(shù)支持使復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)成為可能”，Rohan說(shuō)。

“高通量表型分析技術(shù)可以以前所未有的分辨率和范圍表征植物生理變化對(duì)營(yíng)養(yǎng)水平、鹽度和兩種不同真菌群落組合的響應(yīng)，而這在常規(guī)溫室中是不可能實(shí)現(xiàn)的。”

我們知道，土壤肥力起著重要作用，在磷限制條件下，土壤的積極反應(yīng)更可能發(fā)生。植物物種也很重要，C4物種的反應(yīng)比C3物種更強(qiáng)烈。但是，在接種AM真菌的單一植物物種中發(fā)生高度可變（有時(shí)是陰性）反應(yīng)是限制AM真菌在農(nóng)業(yè)和修復(fù)中的潛在開(kāi)發(fā)的重要因素。不可預(yù)測(cè)的植物效益（plant benefits）也阻礙了將這些真菌納入有益的植物特性的篩選中。

“Rohan的工作是解決這個(gè)問(wèn)題的重要一步，因?yàn)槭褂昧四Ｊ街参镂锓N（Brachypo diumdistachyon）和APPF提供的成像設(shè)施”，副教授Jeff Powell說(shuō)。

“通過(guò)考慮植物的生理傾向，將碳和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)投入生長(zhǎng)或儲(chǔ)存，并每天測(cè)量植物的生長(zhǎng)，而不是僅僅在單一的最終收獲中，植物與AM真菌相互作用的結(jié)果變得更加可預(yù)測(cè)”。

該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，在低磷條件下，生長(zhǎng)迅速的植物從AM真菌中獲益更多，但當(dāng)?shù)偷獙?dǎo)致植物與真菌之間的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的負(fù)面影響。無(wú)論土壤肥力如何，植物生長(zhǎng)緩慢并儲(chǔ)存它們所吸收的資源對(duì)AM真菌都沒(méi)有很好的反應(yīng)。

“我們的研究結(jié)果證明了通過(guò)這種植物基因型-特定經(jīng)濟(jì)資源（genotype‐specific resource economics）機(jī)制，可以驅(qū)動(dòng)AM共生過(guò)程中的表型結(jié)果”，Rohan說(shuō)。

通過(guò)對(duì)這些相互作用的進(jìn)一步研究，我們相信更好地了解AM共生關(guān)系可以改善品種選擇和提高生產(chǎn)力，特別是在邊際環(huán)境中。

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Rohan C. Riley, Timothy R. Cavagnaro, Chris Brien, et al. Resource allocation to growth or luxury consumption drives mycorrhizal responses. Ecology Letters (2019).