丛枝菌根真菌与Epichlo?内生真菌共定殖增强黑麦草抗蚜虫防御的协同机制研究

推荐：本研究针对植物-微生物互作增强抗虫性的科学问题，通过解析丛枝菌根真菌(AMF) Rhizophagus intraradices与Epichlo? festucae var. lolii内生真菌共定殖对黑麦草抗豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)的协同效应，发现双共生体系通过调控营养分配(磷/氮含量提升24.4%/32.2%)、激活防御酶(SOD/β-1,3-葡聚糖酶活性增强83.6%)及重塑激素信号(JA降低20.5%)等机制显著提升植物抗性，为生态友好型害虫防控提供新策略。

　　

在农业生产中，蚜虫等刺吸式害虫每年造成巨大经济损失，而传统化学农药的过度使用又带来环境污染问题。植物与有益微生物的共生关系为可持续农业提供了新思路——丛枝菌根真菌(AMF)能与80%陆地植物形成互利共生，通过"菌根诱导抗性"(MIR)增强宿主防御；Epichlo?属内生真菌则通过合成生物碱直接威慑植食性昆虫。然而，当这两种分别定殖于植物地下和地上的共生真菌同时存在时，它们如何协同调控宿主抗虫性仍是未解之谜。

兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室的研究团队在《Biological Control》发表的研究，首次系统揭示了AMF Rhizophagus intraradices与Epichlo? festucae var. lolii共定殖对黑麦草(Lolium perenne)抗豌豆蚜(A. pisum)的增效机制。研究人员采用三因素实验设计（AMF接种×内生菌感染×蚜虫胁迫），通过测定生物量、营养含量、防御酶活性及激素水平等28项指标，结合菌根响应度(AMGR/AMPR)计算模型，解析了多重共生下的抗虫调控网络。

关键技术包括：(1)建立双共生体系：使用灭菌蛭石基质分别接种AMF孢子与Epichlo?感染/未感染黑麦草种子；(2)蚜虫胁迫处理：在生长期接入60只/盆豌豆蚜；(3)多组学分析：检测超氧化物歧化酶(SOD)、β-1,3-葡聚糖酶等防御酶活性，结合茉莉酸(JA)、一氧化氮(NO)等防御信号分子定量；(4)菌根定殖率评估：采用台盼蓝染色法显微观察AMF菌丝结构。

研究结果揭示：

1. AM真菌定殖与植物生长：蚜虫取食使AMF定殖率提升30.7%，逆转了Epichlo?单独存在时的抑制效应(降低17.2%)。双共生处理(AME+A+)植株总生物量比对照(NME?A+)提高54.7%。

2. 营养元素动态：AMF使地上部磷(P)、氮(N)含量分别增加24.4%和32.2%，但Epichlo?感染使菌根磷响应度(MPR)降低89.8%，表明地上共生体与地下AMF存在碳源竞争。

3. 防御酶调控：双共生显著提升SOD(83.6%)和β-1,3-葡聚糖酶活性，但降低几丁质酶活性13.9%。相关性分析显示木质素含量与β-1,3-葡聚糖酶(r=0.42)及几丁质酶(r=0.38)显著正相关。

4. 防御化合物变化：AMF单独处理使JA和木质素分别降低12.3%和12.5%，而H₂O₂浓度增加9.9%，暗示氧化爆发在早期防御中的作用。

这项研究首次阐明AMF-Epichlo?-植物三重互作中的"胁迫依赖性协同效应"：在蚜虫胁迫下，原本竞争性的双共生关系转变为协同防御模式，通过(1)资源再分配（提升P/N吸收）；(2)防御酶级联激活（SOD/β-1,3-葡聚糖酶）；(3)激素信号重塑（JA/NO下调）等多途径增强抗性。该发现不仅深化了植物-微生物互作理论，更为设计基于共生真菌组合的生物防治方案提供了关键靶点——例如通过调控AMF接种时机来匹配Epichlo?内生菌的防御周期，或利用蚜虫诱导的菌根定殖增强效应来优化田间管理策略。未来研究可进一步解析双共生体系在田间复杂生态条件下的稳定性，以及其与植物内源防御通路（如水杨酸/茉莉酸通路）的交叉对话机制。