菌根真菌：植物的共生伙伴

陈保冬

植物在生长过程中需要通过根系不断从土壤中吸收水分和矿质养分。对于根系不发达甚至缺少根毛的植物如大葱、韭菜等，要如何吸收这些养分和水分呢？原来，在土壤中有一类特殊的微生物——菌根真菌，能够和植物根系形成菌根共生体系，从而帮助植物吸收矿质养分和水分，增强植物对各种环境胁迫的适应能力。事实上，菌根是自然界中普遍存在的生物共生现象，绝大多数陆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、甘蓝等）只是稀有的少数派。有些植物，比如兰科和葱属植物，对菌根共生体具有高度依赖性。

菌根的分类

根据结构特征的明显不同，菌根主要分为外生茵根和内生菌根。

外生菌根主要形成于某些树木（如松树、白桦、板栗等）的根系。在松树育苗过程中，对苗木接种茵根真菌已经是一项常规技术。我们食用的一些美味的蘑菇，如松茸、美味牛肝菌等，其实就是外生菌根真菌的子实体。

内生菌根是自然界中分布最为广泛的茵根类型，大多数草本植物、农作物、花卉以及很多果树都能够形成内生茵根，因此内生菌根和生态环境及农业生产的关系非常密切。大多数内生菌根真菌侵入根系皮层，其根内菌丝在皮层细胞内高度分枝，形成小树丛状的“丛枝”结构，因而又被称为丛枝菌根真菌。

除了外生菌根和内生菌根，还有一些特殊的菌根类型，如兰花形成兰科菌根，杜鹃花形成杜鹃科菌根等。

菌根帮助植物适应各种逆境

菌根真菌的根外菌丝和植物的根毛具有类似的吸收功能。但根外菌丝要比根毛长很多，可以扩大根系吸收范围，这对于植物吸收土壤中移动性较弱的矿质养分，如磷及微量元素铜和锌等具有重要意义。

事实上，增强植物对土壤磷的摄取能力是菌根共生体最重要的功能，也被认为是茵根帮助植物适应各种逆境胁迫、获得更好生长的生理基础。类似的，最近科学家们也从菌根真菌中发现了特殊的水通道蛋白，在干旱胁迫下菌根真菌能够直接帮助植物吸收水分，从而改善植物水分关系，增强植物抗旱性。我们在山区经常会看到一些植物“立根原在破岩中”，这些植物很可能就是受益于茵根真菌对岩石中矿质养分的活化和吸收，以及对有限水资源的摄取利用。从而在如此恶劣的环境中存活下来。

重金属污染

在土壤发生重金属污染时，植物根系生长受阻，无法正常发挥吸收功能，菌根真菌能够帮助植物吸收养分，促进植物生长。同时，菌根真菌根外菌丝的比表面积很大，细胞壁成分如几丁质、纤维素等对重金属具有较强的吸附和固持能力，能够有效增强根系对重金属的屏障作用，保护植物免受重金属毒害。外生菌根发达的根外菌套和根内哈蒂氏网能够非常有效地过滤金属离子，茵根分泌的黏液能与重金属结合，因而对植物具有特别的保护效应。

病原菌

植物在生长过程中时常会受到各种病原菌的侵害。菌根真菌与植物病原菌都需要从植物中获取光合产物，依赖于植物完成生命周期，因此二者具有类似的生态位。很多研究表明，菌根真菌能够通过竞争侵染位点、资源竞争、诱导植物系统抗病性等途径抑制病原菌的侵染和繁殖，减轻植物病害的发生和危害程度。

菌根共生体的生态重要性

由于菌根真菌没有严格的宿主专一性，其在不同植物根系之间能够形成菌丝连接，乃至建成发达的地下菌丝网络，因此生态系统中的不同植物可以通过地下茵丝网络相互联系，传递和分配营养物质，甚至传导响应环境变化的信号物质。在一定程度上，菌丝网络可以影响到植物种间竞争、群落演替以及生态系统稳定性。

众所周知，植物除了通過地上部分的不同生长策略实现空间竞争之外，根系对养分资源的竞争也是植物之间竞争的重要方面。菌根通过影响植物养分吸收，进而改变对菌根依赖性不同的植物之间的竞争关系，调节植物群落的组成和外来物种的竞争能力。在退化生态环境治理方面，如矿区生态恢复、污染土壤治理等，应用菌根技术可以加快植被恢复与土壤修复进程。在资源和环境问题日益严峻的背景下，菌根技术作为一条有效可行的生物学途径，能够发掘生物的自身潜力，提高植物对自然资源的利用效率，从而降低能耗，减轻环境所承受的压力，因而应用前景非常广阔。endprint