编辑推荐：
本研究针对低磷胁迫下小麦生长受限问题，探讨了丛枝菌根真菌（AMF）接种对磷高效（SW2）和磷低效（SW14）小麦品种的促生机制。通过生理表型、激素动态、转录组学及组织学分析，发现AMF通过激活IAA（生长素）、SL（独脚金内酯）合成和APC（酸性磷酸酶）活性，显著增强SW14的磷吸收能力，并上调纤维素/木质素合成通路，优化茎秆结构强度。该研究为小麦抗逆栽培和减磷施肥提供了新策略。
磷是植物生长发育不可或缺的营养元素，但土壤中磷的有效性常因固定、流失等因素而受限，尤其对小麦这类主粮作物而言，低磷胁迫会直接制约其产量和品质。传统农业依赖磷肥的大量投入以保障生产，然而过度施肥不仅增加成本，还会导致土壤板结、水体富营养化等环境问题。如何通过生态友好的方式提升作物磷效率，成为农业可持续发展的重要课题。
在这一背景下，丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）作为一类能与80%以上陆生植物形成互利共生关系的土壤微生物，展现出巨大潜力。它们通过扩展根际吸收范围，协助宿主植物获取磷、氮等养分，同时激活土壤有机磷的矿化过程。但不同基因型小麦对AMF的响应是否存在差异？AMF如何通过调控内源激素和细胞壁组分来增强作物抗逆性？这些问题尚缺乏系统研究。
为此，甘肃农业大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了最新成果，以磷高效（SW2）和磷低效（SW14）两个小麦品种为材料，在正常磷（0.5 mmol/L）和低磷（0.05 mmol/L）条件下接种根内根孢囊霉（Rhizophagus intraradices），从表型、生理、转录组及组织学等多维度解析了AMF的促生机制。
研究主要采用盆栽实验设计，通过表型测量（株高、根长、生物量等）、激素含量检测（ELISA法测定IAA和SL）、酸性磷酸酶（APC）活性分析、茎秆组织切片观察、转录组测序（RNA-seq）及加权基因共表达网络分析（WGCNA）等技术，系统比较了AMF接种对两种小麦的效应。
结果一：AMF接种显著改善磷低效小麦的表型特征
在低磷条件下，接种AMF使SW14的株高、叶宽、茎粗、根表面积和生物量显著增加（P<0.05），但总根长和主根长反而缩短。这种“缩根扩面”的形态调整被认为是AMF缓解低磷胁迫的策略——通过减少根系伸长能耗，增加吸收面积，从而提升磷获取效率。而磷高效品种SW2的表型改善幅度较小，说明其自身抗逆机制已部分补偿了磷缺乏压力。
结果二：AMF增强菌根定殖并激活激素信号通路
通过台盼蓝染色和扫描电镜观察，发现SW14在低磷下的菌丝定殖程度高于SW2。进一步激素测定显示，AMF接种后SW14根系和叶片中的IAA含量显著上升（低磷条件下增幅达105%），根系SL积累量增加154%。这两种激素的协同上调可能通过调控根系构型和菌丝分支，强化共生互作。
结果三：AMF优化茎秆结构并提升机械强度
茎秆石蜡切片显示，接种AMF的SW14植株维管束数量增多、机械组织加厚、细胞壁木质化和纤维化程度增强。生化测定证实其木质素和纤维素含量显著高于对照（P<0.01）。这种结构优化直接提升了茎秆抗倒伏能力，田间表型也观察到AMF处理植株直立性明显改善。
结果四：转录组分析揭示AMF调控的分子网络
RNA-seq鉴定到2500个差异表达基因（DEGs），KEGG富集分析发现这些基因集中于ABC转运蛋白、植物激素信号转导、MAPK信号通路和角质/木栓质/蜡质生物合成途径。WGCNA进一步将表型性状与基因模块关联，确认初级根长、总根长、根干重和茎粗与纤维素、木质素、APC及IAA/SL相关基因表达高度相关。例如，苯丙烷生物合成途径的激活直接促进了木质素单体合成，而MAPK信号通路可能整合了共生信号与逆境响应。
结论与意义
本研究阐明AMF通过“激素-酶-基因”多维调控，显著提升磷低效小麦的磷吸收效率和茎秆机械强度。其中，IAA和SL的协同上升、APC活性的增强以及细胞壁合成通路的激活是关键机制。该工作不仅为小麦抗逆育种提供了分子靶点（如CesA、PAL、4CL等基因），还验证了AMF作为绿色生物肥料的应用潜力——在减少磷肥施用的同时，通过微生物共生提升作物抗逆性和产量稳定性。未来研究需延长观测周期，并探索不同菌株、土壤类型下的普适性，以推动农业生态实践的优化。
生物通 版权所有
