AMF 接种：助力水稻节水减肥增产的新策略

时间：2025年4月11日

来源：Scientific Reports

编辑推荐：

为解决非洲粮食安全及水稻生产中水资源与化肥利用问题，研究人员开展 “AMF 接种对不同灌溉和施肥条件下水稻生长及产量影响” 的研究。结果表明 AMF 接种可减轻水稻产量损失，该研究为水稻可持续生产提供新策略。

在全球人口增长的大背景下，非洲的人口增长尤为迅速，预计到 2050 年将从如今的 13 亿增长至约 25 亿。这使得粮食供应压力剧增，在萨赫勒地区，人口增长已经超过了粮食供应的速度，许多国家对粮食进口的依赖程度越来越高。因此，实现作物产量的可持续增长对于保障非洲的粮食安全和主权至关重要。

水稻作为全球一半以上人口的主食，在粮食体系中占据着举足轻重的地位。然而，水稻生产是个 “用水大户”，生产 1 千克水稻通常需要 3000 - 5000 升水，是其他谷物用水量的 2 - 3 倍。在水资源日益短缺的当下，尤其是在萨赫勒地区，减少水稻生产中的用水显得极为迫切。交替湿润和干燥（AWD）灌溉法是一种极具潜力的节水方法，它通过周期性暂停灌溉，直到土壤水位下降到特定深度再恢复灌溉，这种方式最多可节省 43% 的灌溉用水。但美中不足的是，AWD 可能会导致水稻产量下降。

与此同时，化学肥料（如氮、磷、钾肥料）和农药的高昂成本以及过度使用带来的水和土壤污染等环境问题，也促使人们急需开发高效利用投入且能维持甚至提高产量的水稻生产系统。

丛枝菌根真菌（AMF）能与植物（包括水稻）形成共生关系，它可以帮助植物更好地吸收磷、氮、钾等营养物质，增强植物对生物和非生物胁迫的抵抗力，提高水分利用效率，改善植物的整体性能。不过，在实际田间条件下，AMF 接种对低水和低投入条件下水稻生产的影响还缺乏充分的研究。

为了深入了解 AMF 接种在不同灌溉和施肥条件下对水稻生长和产量的影响，来自塞内加尔谢赫安塔迪奥普大学（Université Cheikh Anta Diop）、非洲水稻中心（AfricaRice）等机构的研究人员开展了相关研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，在实验地点选择上，他们在塞内加尔法纳耶的非洲水稻中心圣路易斯站进行了连续两个旱季的田间试验。在 AMF 菌株及接种物制备方面，选用了 Glomus aggregatum Schenck & Smith 和 Rhizophagus irregularis Walker & Schüßler 这两种 AMF 菌株，利用玉米植物在温室中进行繁殖并制备接种物。实验设计采用了裂区裂区设计，设置了五个 NPK 肥料水平、两种灌溉制度（连续淹水（CF）和 AWD），对六个水稻品种进行研究。在数据处理上，运用线性混合效应（LME）模型等统计方法进行分析。

研究结果如下：

灌溉制度、施肥水平和 AMF 接种对水稻产量的影响：通过田间试验和 LME 分析发现，灌溉制度、施肥水平和 AMF 接种对水稻产量的影响取决于生态型。与 CF 相比，AWD 灌溉显著降低了水稻产量，且对灌溉型生态型的影响更为明显（灌溉型减产 29%，旱稻型减产 10%）。对于两种生态型，AMF 接种对产量的影响受施肥水平显著影响。在灌溉水稻中，检测到 AMF 接种与灌溉制度之间存在显著的交互作用。在不施磷的情况下，施用一半推荐剂量的 NK（F2；75:00:30 kg NPK/ha）时，AMF 接种的增产效果最为显著。
AMF 接种减少因 AWD 灌溉和低施肥导致的产量损失：研究人员计算了相对产量损失（RYL），发现灌溉水稻在 AWD 灌溉下，所有施肥水平均存在显著的 RYL，而旱稻在非接种情况下，AWD 灌溉也会导致产量损失。不过，接种 AMF 可以完全抵消旱稻在一半推荐 NK 剂量（F2）以及推荐 NK 和 NPK 剂量（F4 和 F5）下因 AWD 灌溉导致的 RYL。在 CF 条件下，降低施肥水平会使非接种植物产量下降，但 AMF 接种可以补偿这种下降，尤其在一半推荐 NK 剂量（F2）时效果明显。
AMF 接种对水稻产量相关性状的影响：灌溉制度、施肥水平和生态型是影响总生物量的 AMF 接种效应（MIE）的重要因素。AWD 灌溉下的水稻对 AMF 接种的响应更为积极，灌溉型生态型的总生物量对 AMF 接种的响应更大。在分蘖数方面，灌溉制度和生态型显著影响 MIE，AWD 灌溉下接种 AMF 的水稻分蘖数增加更多。施肥水平是影响穗数、小穗育性和成熟日期等产量相关性状 MIE 的主要因素，而千粒重的 MIE 不受各因素及其相互作用的显著影响。

研究结论和讨论部分指出，AMF 接种在所有实验条件下都显著提高了水稻产量，展现出提升水稻生产力的潜力。灌溉制度、施肥水平和 AMF 接种对产量的影响因水稻生态型而异。AWD 灌溉虽会导致产量下降，但 AMF 接种可改善 AWD 条件下水稻的生长表现，在低施肥条件下，AMF 接种也能减少产量损失，甚至在部分情况下实现低肥高产。此外，接种对产量的影响存在品种差异，这表明可能存在遗传控制因素，有望成为育种计划的新靶点。

总的来说，该研究表明灌溉系统和施肥水平会调节 AMF 的作用，AMF 接种可显著降低灌溉和施肥需求，同时不影响产量，为创建更可持续、更具经济效益的种植系统提供了新的思路。未来，进一步明确促进 AM 共生效率的遗传性状，并将其整合到水稻品种的遗传背景中，有望进一步优化这一农业系统。