丛枝菌根真菌与腐殖酸协同调控玉米籽粒糖代谢及代谢谱提升的机制研究

为解决化学肥料过度使用导致的生态环境问题和农产品品质下降，研究人员开展了丛枝菌根真菌(AMF)与腐殖酸(HA)协同调控玉米籽粒糖代谢及代谢谱的研究。结果表明，AMF+HA组合显著提升玉米籽粒总糖(+16.16%)、总氨基酸(+40.94%)和饱和脂肪酸(+145.45%)含量，同时促进水溶性与脂溶性抗氧化物质积累。该研究为减少化肥依赖、实现可持续玉米生产提供了创新策略。

　　

随着化学肥料在农业生产中的过度使用，不仅导致温室气体排放、土壤酸化等环境问题，还影响作物品质。玉米作为全球第三大粮食作物，其籽粒富含蛋白质、不饱和脂肪酸和抗氧化物质，但传统施肥模式难以兼顾产量与营养品质的提升。如何通过生态友好型策略优化玉米代谢通路，成为农业可持续发展的重要课题。

针对这一挑战，曼苏拉大学农学院的研究团队创新性地将丛枝菌根真菌(AMF)与腐殖酸(HA)联用，在连续两个生长季(2021-2022)的田间试验中，系统研究了生物有机处理对玉米籽粒代谢谱的影响。研究发现，这种组合处理能通过重塑初级代谢流向，显著提升玉米籽粒的营养价值和生物活性，相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上。

研究采用完全随机区组设计，通过HPLC、GC-MS和ICP-MS等技术分析了糖类、有机酸、氨基酸、脂肪酸及矿质元素含量，并结合抗氧化活性测定和主成分分析(PCA)评估代谢谱变化。关键实验包括：微波辅助酸消解-ICP-MS检测元素含量，酶联比色法测定淀粉和纤维素，以及基于Golm代谢组数据库的脂肪酸鉴定。

在糖代谢方面，AMF+HA处理使蔗糖含量提升137%，总糖增加16.16%，同时显著提高果聚糖(142.51 mg/g FW)和淀粉积累。脂肪酸代谢结果显示，饱和脂肪酸如棕榈酸(C_16:0)增加158%，而单不饱和脂肪酸如油酸(C_18:1)受AMF特异性调控。氨基酸谱分析发现，AMF单独处理使赖氨酸和丙氨酸分别增加58%和42%，而HA更显著提升甲硫氨酸(53%)和苏氨酸(206%)。

次级代谢方面，组合处理使总抗氧化能力(TAC)达到230.10 μmol Trolox/g FW，黄酮类(0.69 mg/g)和生育酚含量同步提高。矿质元素中，AMF+HA使钾(K)含量提升51%，磷(P)在单独处理时降低但组合后恢复至27.49 μg/g DW。PCA分析证实，前两个主成分(PC1=58.7%，PC2=27.1%)有效区分各处理组的代谢特征。

该研究首次阐明AMF与HA通过协同作用优化"初级代谢-次级代谢"转化流：糖类积累为氨基酸和脂肪酸合成提供碳骨架，进而促进多酚、抗坏血酸(ASC)等抗氧化物质生成。这种代谢重编程使玉米籽粒在50%化肥减量条件下，仍实现营养品质的全面提升。成果为开发基于微生物-有机质协同的绿色农业技术提供了理论依据，对保障粮食安全与生态健康具有双重意义。未来研究可拓展至不同生态区作物体系，并深入解析相关分子调控网络。