低磷环境下丛枝菌根真菌(AMF)对宿主植物当代及子代适应性的跨代影响研究

为解决低磷环境中植物适应性机制及丛枝菌根真菌(AMF)的跨代效应问题，浙江大学团队通过连续4年实验，揭示了AMF在低磷条件下显著提升宿主植物(Medicago truncatula)生物量、根系构型及子代磷吸收能力，证实AMF通过改变根系形态(如侧根长度/主根长度比)和表观遗传调控实现跨代增益。该研究为农业逆境栽培和生态修复提供了新策略，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

在陆地生态系统中，72%的维管植物与丛枝菌根真菌(AMF)形成共生关系，这种互作能显著提升宿主对磷(P)元素的获取效率。然而，土壤中生物可利用磷(Pi)常呈现分布不均且流动性差的特点，导致植物频繁面临低磷胁迫。尽管前人已证实AMF可通过菌丝网络协助宿主吸收磷并改变根系结构，但其对宿主子代能否产生跨代影响仍存在争议。这一科学盲区直接关系到农业逆境栽培和退化生态系统修复的实践效果。

为解答这一问题，浙江大学刘世军、陈鑫团队以模式植物截形苜蓿(Medicago truncatula)为研究对象，设计了两组创新性实验。第一项持续4年的多代实验比较了低磷(LP, Olsen-P=5.7 mg kg^-1)与高磷(HP, 24 mg kg^-1)土壤中，接种AMF(M)与非接种(NM)处理对宿主当代及第三代子代(F3)的影响；第二项实验则聚焦F3种子在无AMF琼脂培养基中(0/9/18/36 mg kg^-1 P水平)的表现，以剥离AMF直接作用、单独评估亲代环境信号的跨代传递效应。关键技术包括：多代连续栽培系统、WinRHIZO根系构型分析、菌根侵染率检测(McGonigle法)以及双因素方差分析(SPSS 16.0)。

生命史特征
AMF显著提前低磷条件下宿主开花时间(图2)，M-LP处理的F3代开花比NM-LP早11.2天。这种促进效应在高磷环境中逆转，暗示AMF对生殖生长的调控存在磷依赖性权衡。

生物量分配
AMF使低磷宿主根生物量提升37.5%(P<0.001)，根冠比增加52.3%(图4)。值得注意的是，这种优势能延续至F3代：M-LP的F3种子在无AMF的0 mg kg^-1 P琼脂中，仍保持最高地上生物量(P<0.01)和侧根长度(图7-8)。

磷营养传递
M-LP处理的F3种子磷浓度比NM-LP高29.8%(P=0.001，图5b)，且其根系在低磷琼脂中保持更高磷吸收效率(图6)，证实AMF通过种子磷储备和表观遗传修饰实现跨代增益。

根系构型重塑
F3代M-LP幼苗在所有磷水平下均表现出最大侧根/主根长度比(1.72倍于NM-LP，P<0.05，图8c)，且平均根直径在0/9 mg kg^-1 P时显著小于M-HP(P<0.03)，显示亲代低磷经历可编程子代根系"觅磷优化架构"。

讨论部分指出，AMF的跨代效应可能通过两种机制实现：一是直接提升种子磷储备，二是诱导DNA甲基化等表观遗传修饰。该研究首次证实AMF对多代植物的累积效应，尤其在低磷胁迫下，亲代AMF共生能赋予子代更强的磷获取能力与根系可塑性。在实践层面，建议在极端环境农业中预先接种AMF进行多代驯化，以快速建立适应性种群。未来研究需聚焦AMF调控的磷转运蛋白(如PHT1家族)分子机制，为精准农业提供靶点。

这项由中国家自然科学基金(31470483)资助的研究，不仅深化了对植物-微生物共进化认知，更为全球磷资源短缺背景下的可持续农业提供了创新思路。