陳保冬
植物在生長過程中需要通過根系不斷從土壤中吸收水分和礦質(zhì)養(yǎng)分。對于根系不發(fā)達(dá)甚至缺少根毛的植物如大蔥、韭菜等,要如何吸收這些養(yǎng)分和水分呢?原來,在土壤中有一類特殊的微生物——菌根真菌,能夠和植物根系形成菌根共生體系,從而幫助植物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分和水分,增強(qiáng)植物對各種環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力。事實(shí)上,菌根是自然界中普遍存在的生物共生現(xiàn)象,絕大多數(shù)陸地植物都能形成菌根,不能形成菌根的植物(如十字花科的油菜、甘藍(lán)等)只是稀有的少數(shù)派。有些植物,比如蘭科和蔥屬植物,對菌根共生體具有高度依賴性。
菌根的分類
根據(jù)結(jié)構(gòu)特征的明顯不同,菌根主要分為外生茵根和內(nèi)生菌根。
外生菌根主要形成于某些樹木(如松樹、白樺、板栗等)的根系。在松樹育苗過程中,對苗木接種茵根真菌已經(jīng)是一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)。我們食用的一些美味的蘑菇,如松茸、美味牛肝菌等,其實(shí)就是外生菌根真菌的子實(shí)體。
內(nèi)生菌根是自然界中分布最為廣泛的茵根類型,大多數(shù)草本植物、農(nóng)作物、花卉以及很多果樹都能夠形成內(nèi)生茵根,因此內(nèi)生菌根和生態(tài)環(huán)境及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系非常密切。大多數(shù)內(nèi)生菌根真菌侵入根系皮層,其根內(nèi)菌絲在皮層細(xì)胞內(nèi)高度分枝,形成小樹叢狀的“叢枝”結(jié)構(gòu),因而又被稱為叢枝菌根真菌。
除了外生菌根和內(nèi)生菌根,還有一些特殊的菌根類型,如蘭花形成蘭科菌根,杜鵑花形成杜鵑科菌根等。
菌根幫助植物適應(yīng)各種逆境
菌根真菌的根外菌絲和植物的根毛具有類似的吸收功能。但根外菌絲要比根毛長很多,可以擴(kuò)大根系吸收范圍,這對于植物吸收土壤中移動性較弱的礦質(zhì)養(yǎng)分,如磷及微量元素銅和鋅等具有重要意義。
事實(shí)上,增強(qiáng)植物對土壤磷的攝取能力是菌根共生體最重要的功能,也被認(rèn)為是茵根幫助植物適應(yīng)各種逆境脅迫、獲得更好生長的生理基礎(chǔ)。類似的,最近科學(xué)家們也從菌根真菌中發(fā)現(xiàn)了特殊的水通道蛋白,在干旱脅迫下菌根真菌能夠直接幫助植物吸收水分,從而改善植物水分關(guān)系,增強(qiáng)植物抗旱性。我們在山區(qū)經(jīng)常會看到一些植物“立根原在破巖中”,這些植物很可能就是受益于茵根真菌對巖石中礦質(zhì)養(yǎng)分的活化和吸收,以及對有限水資源的攝取利用。從而在如此惡劣的環(huán)境中存活下來。
重金屬污染
在土壤發(fā)生重金屬污染時,植物根系生長受阻,無法正常發(fā)揮吸收功能,菌根真菌能夠幫助植物吸收養(yǎng)分,促進(jìn)植物生長。同時,菌根真菌根外菌絲的比表面積很大,細(xì)胞壁成分如幾丁質(zhì)、纖維素等對重金屬具有較強(qiáng)的吸附和固持能力,能夠有效增強(qiáng)根系對重金屬的屏障作用,保護(hù)植物免受重金屬毒害。外生菌根發(fā)達(dá)的根外菌套和根內(nèi)哈蒂氏網(wǎng)能夠非常有效地過濾金屬離子,茵根分泌的黏液能與重金屬結(jié)合,因而對植物具有特別的保護(hù)效應(yīng)。
病原菌
植物在生長過程中時常會受到各種病原菌的侵害。菌根真菌與植物病原菌都需要從植物中獲取光合產(chǎn)物,依賴于植物完成生命周期,因此二者具有類似的生態(tài)位。很多研究表明,菌根真菌能夠通過競爭侵染位點(diǎn)、資源競爭、誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗病性等途徑抑制病原菌的侵染和繁殖,減輕植物病害的發(fā)生和危害程度。
菌根共生體的生態(tài)重要性
由于菌根真菌沒有嚴(yán)格的宿主專一性,其在不同植物根系之間能夠形成菌絲連接,乃至建成發(fā)達(dá)的地下菌絲網(wǎng)絡(luò),因此生態(tài)系統(tǒng)中的不同植物可以通過地下茵絲網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系,傳遞和分配營養(yǎng)物質(zhì),甚至傳導(dǎo)響應(yīng)環(huán)境變化的信號物質(zhì)。在一定程度上,菌絲網(wǎng)絡(luò)可以影響到植物種間競爭、群落演替以及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
眾所周知,植物除了通過地上部分的不同生長策略實(shí)現(xiàn)空間競爭之外,根系對養(yǎng)分資源的競爭也是植物之間競爭的重要方面。菌根通過影響植物養(yǎng)分吸收,進(jìn)而改變對菌根依賴性不同的植物之間的競爭關(guān)系,調(diào)節(jié)植物群落的組成和外來物種的競爭能力。在退化生態(tài)環(huán)境治理方面,如礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)、污染土壤治理等,應(yīng)用菌根技術(shù)可以加快植被恢復(fù)與土壤修復(fù)進(jìn)程。在資源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的背景下,菌根技術(shù)作為一條有效可行的生物學(xué)途徑,能夠發(fā)掘生物的自身潛力,提高植物對自然資源的利用效率,從而降低能耗,減輕環(huán)境所承受的壓力,因而應(yīng)用前景非常廣闊。endprint