土壤微生物广泛参与陆地生态系统物质转化和循环过程，土壤关键功能微生物在可持续农业和生态重建中具有重要作用。丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza, AM）真菌是土壤中广泛存在的一类植物共生真菌，能够和绝大多数高等植物形成互惠共生体。AM 真菌自宿主植物获取所需碳源，同时帮助植物从土壤中吸收矿质养分和水分；能够增强宿主植物对各种环境胁迫的适应能力，并与其它土壤有益微生物协同作用，调控植物生长生理。AM 真菌逆境生理和生态学研究已成为土壤生物学领域的热点，同时菌根技术在农业生产和环境保护中的应用也得到越来越多的关注（陈保冬等, 2019. 应用生态学报）。土壤生态过程与生态重建研究组以典型药用植物甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）为模式植物，开展了丛枝菌根真菌调控作物生长和生理代谢机制及应用技术研究。
研究发现：中度干旱胁迫下接种AM真菌不仅可以改善甘草植株生长，提高根系生物量，还可以促进甘草药效成分甘草酸、甘草苷的积累，从而提高甘草的产量与品质（Xie et al., 2018. Mycorrhiza）；进一步分析表明AM真菌可能是通过促进植物磷（P）吸收，调节植株碳氮比（C: N）及甘草酸、甘草苷生物合成途径关键基因表达等机制而促进甘草酸、甘草苷的合成与积累（Xie et al., 2019. Plant and Soil）；基于13C-同位素脉冲标记的结果，揭示了AM真菌接种可以通过调控植株碳在地上部及根系间，以及在根系各类代谢物间的分配，进而影响植物次生代谢，这个过程依赖于土壤磷的有效性及菌根侵染程度。
土壤灭菌试验证实了外源AM真菌可以补偿土著微生物群落的缺失，维持甘草正常生长和次生代谢产物积累（Yu et al., 2020. Plants）；该研究构建了甘草-根瘤菌-AM真菌三重共生体系，发现尽管根瘤菌在正常水分条件下对甘草生长产生了负效应，但在干旱胁迫条件下能够显著的促进植物生长，验证了植物与微生物共生的梯度胁迫假说；AM真菌在正常水分和干旱胁迫下均促进了根瘤形成，且共生固氮也很好的弥补了菌根促生而导致的氮素稀释效应，表现出了典型的微生物协同相互作用（Hao et al., 2019. Agronomy）。研究组通过大田原位栽培试验证实了AM真菌接种能显著改善甘草植株生长，同时促进根系甘草酸含量积累，且外源接种AM真菌能够在甘草根系稳定共生。该研究也为菌根生物技术在可持续农业中的应用提供了理论支持。
该项研究得到国家重点研发计划（2016YFC0500702）和国家自然科学基金（41571250）等项目资助。
相关论文：
陈保冬, 于萌, 郝志鹏, 谢伟, 张莘, 2019. 丛枝菌根真菌应用技术研究进展. 应用生态学报 30, 1035-1046.
Yu M, Xie W, Zhang X, Zhang S, Wang Y, Hao Z, Chen B, 2020. Arbuscular mycorrhizal fungi can compensate for the loss of indigenous microbial communities to support the growth of liquorice (Glycyrrhiza uralensis Fisch.). Plants 9, 7.
Hao Z, Xie W, Jiang X, Wu Z, Zhang X, Chen B, 2019. Arbuscular mycorrhizal fungus improves rhizobium–Glycyrrhiza seedling symbiosis under drought stress. Agronomy 9, 572.
Xie W, Hao Z, Yu M, Wu Z, Zhao A, Li J, Zhang X, Chen B, 2019. Improved phosphorus nutrition by arbuscular mycorrhizal symbiosis as a key factor facilitating glycyrrhizin and liquiritin accumulation in Glycyrrhiza uralensis. Plant and Soil 439, 243-257.
Xie W, Hao Z, Zhou X, Jiang X, Xu L, Wu S, Zhao A, Zhang X, Chen B, 2018. Arbuscular mycorrhiza facilitates the accumulation of glycyrrhizin and liquiritin in Glycyrrhiza uralensis under drought stress. Mycorrhiza 28(3): 285-300.
