它遍布草原，是植物與土壤之間的親密介質(zhì)。它在絕大多數(shù)草原植物根系的侵染率都在60%以上，有些甚至達(dá)90%……它就是叢枝菌根真菌。

叢枝菌根真菌是一類與植物共生的土壤真菌，因其侵入植物根系形成叢枝狀結(jié)構(gòu)而得此名。目前，全球分離鑒別的種類共有300余種，分屬11科、27屬。叢枝菌根真菌為什么會(huì)成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)界研究最熱、了解最深入、最受推崇的土壤微生物類群？

國(guó)家林業(yè)和草原局北方草地資源與生態(tài)保護(hù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、北京林業(yè)大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院紀(jì)寶明教授介紹說，叢枝菌根真菌本身很有意思。它們是所有土壤微生物中公認(rèn)的起源最古老、分布最廣泛、功能最重要的類群。叢枝菌根真菌的起源可以追溯至4.6億年前的奧陶紀(jì)，也就是地球上植物登陸的時(shí)間，所以很多人認(rèn)為叢枝菌根真菌對(duì)根系尚不健全的原始植物成功登陸起了關(guān)鍵作用。其次，叢枝菌根真菌遍布全球所有的陸地生態(tài)系統(tǒng)，能夠與80%以上的高等植物形成共生關(guān)系，尤其是在草原，幾乎找不到?jīng)]有叢枝菌根真菌的植物；另外，叢枝菌根真菌可以幫助植物吸收氮、磷等土壤養(yǎng)分，改善植物的水分狀況，提高植物抗旱性，增強(qiáng)植物抗病能力，改良土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)植被-土壤系統(tǒng)的生產(chǎn)力、穩(wěn)定性和演替都起著重要的調(diào)控作用。

地球上可供研究的土壤微生物微乎其微，叢枝菌根真菌是目前僅有的幾類可以深入研究的土壤微生物，它給人類打開了一條探索真菌之路。

紀(jì)寶明說：“土壤中的微生物數(shù)量眾多、種類繁雜，但絕大多數(shù)都摸不著、看不見、抓不住，想研究也無從下手或淺嘗輒止。只有叢枝菌根真菌既可以提取分離，也可以純化擴(kuò)繁，既可以從微觀上研究其生理生化，也可以從宏觀上研究其生態(tài)功能。自1842年叢枝菌根真菌首次被人類認(rèn)知以來，尤其是近30年地下生態(tài)學(xué)成為研究重點(diǎn)以來，圍繞叢枝菌根真菌的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究積累了大量成果。”

叢枝菌根真菌不僅在生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究方面炙手可熱，其在應(yīng)用方面的價(jià)值也不容小覷。

紀(jì)寶明表示，叢枝菌根真菌具有多方面的潛在應(yīng)用價(jià)值，尤其是在草地功能的維持、退化草地的修復(fù)、人工草地的增產(chǎn)等方面有可能發(fā)揮重要的作用。20世紀(jì)70年代起，歐美國(guó)家就開始研發(fā)以叢枝菌根真菌為功能菌的微生物菌肥，并嘗試將其商品化和產(chǎn)業(yè)化，僅近20年全世界申請(qǐng)叢枝菌根真菌相關(guān)的專利就接近700項(xiàng)，但因?yàn)閰仓婢哂泻軓?qiáng)的區(qū)域匹配性，其功效局限于特定的氣候-植被-土壤條件，叢枝菌根真菌微生物菌肥目前在整體上仍處于研發(fā)和示范階段，大面積的推廣應(yīng)用較少。

草原是地球重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，一直以來，無論是國(guó)際還是國(guó)內(nèi)，針對(duì)叢枝菌根真菌的研究重點(diǎn)都是在草原。原因很明顯：首先叢枝菌根真菌遍布草原，絕大多數(shù)草原植物根系的叢枝菌根真菌侵染率都在60%以上，抓一把土就可以篩出幾十、幾百甚至更多個(gè)孢子，菌絲遍布土壤內(nèi)和根系周圍。其次是草原叢枝菌根真菌功能重要，叢枝菌根真菌是植物-土壤之間的親密介質(zhì)，菌絲分泌的球囊霉素是土壤顆粒的粘結(jié)劑，土壤水分及氮、磷養(yǎng)分依賴菌絲來吸收和傳輸，叢枝菌根真菌能夠排擠掉侵入根系的病原菌，這些功能直接促進(jìn)了植物個(gè)體的生長(zhǎng)和抗逆性，間接調(diào)控著植物群落的結(jié)構(gòu)和多樣性。再次是叢枝菌根真菌具有應(yīng)用于退化草原生態(tài)修復(fù)的潛在價(jià)值，因?yàn)閰仓婢哂兴拗鲗Ｒ恍院蜕鷳B(tài)匹配性，優(yōu)勢(shì)叢枝菌根真菌種類的變化有可能是草原土壤質(zhì)量、植被退化狀況、草地健康水平的敏感指示。另外，基于叢枝菌根真菌的重要功能，以鄉(xiāng)土叢枝菌根真菌為功能菌的微生物菌劑或菌肥有可能用于退化和沙化草原的生態(tài)修復(fù)。

我國(guó)是世界上草原資源最豐富的國(guó)家之一，草原的健康也關(guān)乎著我國(guó)生態(tài)的健康。因此，我國(guó)從未停止對(duì)草原上叢枝菌根真菌的研究。

近10年來，國(guó)家林業(yè)和草原局北方草地資源與生態(tài)保護(hù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、北京林業(yè)大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院圍繞叢枝菌根真菌在促進(jìn)退化草原恢復(fù)演替和生態(tài)修復(fù)的潛在作用，開展了系統(tǒng)性的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用示范。

紀(jì)寶明說：“我們對(duì)叢枝菌根真菌對(duì)草地退化和草地健康的指示作用進(jìn)行了研究。在草原生態(tài)系統(tǒng)中，叢枝菌根真菌-植被-土壤三者之間是天然形成的生命共同體。氣候變化和人為活動(dòng)對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)植被和土壤的影響，會(huì)直接作用于叢枝菌根真菌，導(dǎo)致它的群落組成、結(jié)構(gòu)和多樣性發(fā)生改變，直接反映到優(yōu)勢(shì)叢枝菌根真菌種類的根系侵染率、菌絲密度和孢子密度等指標(biāo)發(fā)生變化。

紀(jì)寶明舉例說，團(tuán)隊(duì)在青藏高原高寒草甸的研究表明，隨草甸退化程度的加重，草甸叢枝菌根真菌群落優(yōu)勢(shì)菌屬發(fā)生了由根囊霉屬轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻渔吣颐箤俚淖兓Ｇ罢弑徽J(rèn)為能夠顯著提升宿主植物的生產(chǎn)力，而后者則主要在土壤中形成大型菌絲體和孢子，但對(duì)植物養(yǎng)分吸收的協(xié)助功能不強(qiáng)。我們?cè)趦?nèi)蒙古退化和沙化溫性草原的研究表明，草原沙化會(huì)導(dǎo)致叢枝菌根真菌群落多樣性顯著下降。由于叢枝菌根真菌作為土壤微生物對(duì)環(huán)境變化更加敏感，且其與植被-土壤具有強(qiáng)烈的協(xié)同關(guān)系，因此叢枝菌根真菌群落特征很可能是判斷或者預(yù)測(cè)草地退化程度和土壤健康程度的重要指示。

我國(guó)天然草原蘊(yùn)含優(yōu)良的鄉(xiāng)土叢枝菌根真菌種質(zhì)資源，但其搜集、評(píng)價(jià)、擴(kuò)繁和保藏工作一直未獲重視。一個(gè)優(yōu)良菌種通常需要具有遺傳上的穩(wěn)定性，能有效侵染目標(biāo)植物，改善植物的營(yíng)養(yǎng)狀況或品質(zhì)，與土著菌和病原菌等其他微生物的生存競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì)，具有適應(yīng)或抵抗不利和極端環(huán)境的能力。

依托近年的國(guó)家自然基金項(xiàng)目、重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目和第二次青藏科考項(xiàng)目的支持，紀(jì)寶明帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在青藏高原高寒草地和內(nèi)蒙古溫性草原的典型區(qū)域，通過長(zhǎng)期、大尺度、系統(tǒng)的野外取樣，搜集了來自100余種草原植物的叢枝菌根真菌種質(zhì)資源，在北京大興、河南鄢陵、西藏拉薩、內(nèi)蒙古呼和浩特建立了天然草原叢枝菌根真菌種質(zhì)資源圃和種質(zhì)資源庫(kù)，篩選、鑒別、擴(kuò)繁、保藏了一批重要的鄉(xiāng)土叢枝菌根真菌種質(zhì)資源，為進(jìn)一步研發(fā)可用于天然草原保護(hù)修復(fù)的微生物菌肥和土壤改良劑奠定了基礎(chǔ)。

有了種質(zhì)資源，紀(jì)寶明和其團(tuán)隊(duì)開始著手技術(shù)研究。我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)及青藏高原高寒地區(qū)的草地生態(tài)環(huán)境脆弱，退化沙化較為普遍，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境。草地沙化會(huì)導(dǎo)致土壤叢枝菌根真菌群落多樣性顯著下降，且由于生境惡劣和缺乏共生微生物的生長(zhǎng)協(xié)助原生植被恢復(fù)困難，這可給團(tuán)隊(duì)帶來了不小的困難。

“我們團(tuán)隊(duì)本著‘修復(fù)先修土、修土先補(bǔ)菌’的理念，通過鄉(xiāng)土菌根真菌資源的調(diào)查與搜集、鄉(xiāng)土生態(tài)匹配菌根真菌的擴(kuò)繁及菌劑制備、鄉(xiāng)土菌根真菌菌劑的接種與維護(hù)三個(gè)階段，對(duì)沙化草地土壤探索叢枝菌根真菌的微生物修復(fù)技術(shù)。”紀(jì)寶明說。

北方草地資源與生態(tài)保護(hù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)依托林業(yè)公益性行業(yè)科研重大專項(xiàng)“藻草灌復(fù)合植被恢復(fù)重建關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”，在內(nèi)蒙古庫(kù)布其沙化草地2000畝藻草灌復(fù)合植被恢復(fù)重建示范區(qū)內(nèi)開展了叢枝菌根真菌菌劑修復(fù)的應(yīng)用示范。示范區(qū)成果顯著，接種鄉(xiāng)土菌根真菌菌劑的檸條錦雞兒、小葉錦雞兒等植物高度從初始時(shí)不足20厘米，兩年后達(dá)到1米以上，同時(shí)植物群落的蓋度從不到10%提高到30%以上，包括密度、生物量在內(nèi)的多項(xiàng)植物群落指標(biāo)均有顯著提高。該項(xiàng)研究是目前國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的大面積應(yīng)用叢枝菌根真菌進(jìn)行沙化草地修復(fù)治理的實(shí)例。（轉(zhuǎn)載自國(guó)家林草局）