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菌根真菌能否提高水果和蔬菜的质量?

作者:Manuela Giovannetti,意大利比萨大学--电子邮件Manuela Giovannetti, 意大利比萨大学 - 电子邮件:manuela.giovannetti@unipi.it

 

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土壤中的有益微生物在可持续农业中发挥着关键作用,它们促进生物地球化学循环的完成,保持土壤的长期肥力,减少化肥和农药的投入,促进植物的营养和健康。其中,菌根真菌(AMF),即Glomeromycotina的成员,是一个很有代表性的微生物群体,与80%以上的陆地植物建立互利共生关系,包括主要的粮食作物,从谷物到豆类、果树、蔬菜、药用植物和经济上相关的物种,如向日葵、棉花、甘蔗、烟草、咖啡、茶和可可。

AMF是强制性的生物营养共生体,从植物中获取碳,作为回报,将土壤中的矿物养分转移到它们的宿主身上。AMF还通过增加植物对生物和非生物压力的耐受性、碳固存和土壤聚集来改善植物的性能和健康。

最近的研究结果表明,AMF可以调节植物的次级代谢,增加抗氧化酶的活性,促进促进健康的化合物的生产,这个话题不仅在科学文献中,而且在消费者和生产者群体中获得了越来越多的兴趣和关注。事实上,植物化学物质,如多酚、葡糖醇、类黄酮和类胡萝卜素,可以减少氧化损害,预防慢性病和心脏病,并降低癌症的死亡风险。

许多工作报告了AMF诱导的代谢变化的一些数据,特别关注具有治疗意义的植物化学物,如可能在预防骨质疏松症和退行性疾病方面具有活性的biochanin A、formononetin、genistein和daidzein,在抑制细胞增殖和肿瘤生长方面具有活性的 sesquiterpene lactones,在人类结肠癌细胞系中诱导凋亡的furanocoumarins 和 pterocarpans。

对各种药用和芳香植物在促进健康的植物化学物质方面对菌根共生的反应进行了研究。例如,甜罗勒在接种不同的Glomus物种时,显示出更高水平的抗氧化化合物,如迷迭香酸和咖啡酸,以及芽和叶中的精油;茴香种子在接种R. fasciculatum时,与非菌根对照组相比,含有更高浓度的精油(+62.5%);菌根紫锥菊产生更高水平的治疗性植物化学物质(高达30倍)。

到目前为止,只有少数粮食作物--生菜、洋葱、西红柿、玉米、朝鲜蓟、草莓、辣椒和甘薯--被研究过由菌根共生体引起的代谢变化。其中,不同的植物品种对不同的AMF接种物表现出不同的反应,强调了植物和真菌基因型在生产植物化学物质中的重要性。

特别是,从温室和田间实验获得的结果报告了以下数据。

- 番茄:在六个栽培品种中,有四个品种的果实中抗氧化剂化合物番茄红素的含量通过单一接种F. mosseae或同时含有F. mosseae和R. irregulare的混合接种物在微生态实验中增加,而在田间,同样的AM共生体增强了抗坏血酸的生产。有趣的是,在田间有机管理下,ß-胡萝卜素和总酚的含量显示出更高的价值。

- ARTICHOKE:栽培品种Terom在微生态实验和田间接种F. mosseae和R. irregulare时,其抗氧化活性和总酚类物质的浓度都有所增加,而Romanesco栽培品种仅在接种基于R. irregulare的商业接种物时,总酚类物质的值有所增加。 

- 葱:在品种Nasik red N-53中,两种菌根接种剂F. mosseae和R. irregulare提高了微观世界中的酚类物质水平,而在田间的品种Hyskin中没有发现影响。

- 胡椒:在温室中,当用特定的AMF混合物接种时,品种San Luis显示出更高的胡萝卜素和黄素含量,而品种Cacho de cabra在用本地接种物处理时,与商业接种物相比,只增加了抗坏血酸的浓度。

- 草莓:将不同的商业AMF接种到六个不同品种的微生态环境中,显示出截然不同的结果,最显著的是对一些植物化学成分的含量没有影响。

- 莴苣:一些绿叶和红叶莴苣品种含有较多的花青素、类胡萝卜素、叶绿素、生育酚和总酚,并且与对照植物相比,在微生态环境中接种不同的AMF时,显示出较高的抗氧化活性。有趣的是,类胡萝卜素、总酚和花青素显示出不同的浓度,取决于叶片位置和收获季节。

- 甜菜:两种AMF分离物,F. mosseae和R. irregulare,增加了微观世界中ß-胡萝卜素的浓度,而在田间不同的AMF混合物没有显示出任何影响。

迄今报告的结果强调了一些缺陷,其中最重要的是利用少量的AMF物种作为接种物(323个中的24个),通常是世界各地相同的物种:进一步的工作应该使用大量不同的AMF物种和分离物,以充分利用其巨大的生理和遗传多样性。此外,由于在农业土壤中,许多不同的AMF可能同时定植于同一宿主植物,因此,研究植物对接种多种AMF物种的反应以及本地AMF分离株与接种株的兼容性是很重要的。总之,应进一步利用AMF调节具有促进健康活性的植物化学物的生物合成的能力,有针对性地选择性能最好的AMF物种和分离物,以作为生产安全和健康植物食品的宝贵的生物技术工具。