超过80%的陆地植物会与AM真菌形成共生关系，AM真菌延伸出广泛的菌丝网络，来帮助植物获得根际以外的营养。但通过对R.i DAOM 197198全基因组测序发现AM真菌缺少合成磷酸酶的基因，而解磷细菌（PSB）在活化土壤有机磷的过程中发挥更重要的作用，其与AM真菌之间的互作决定AM真菌从有机磷区域获取磷的能力。

土壤中的营养物质分布具有异质性，AM真菌能够通过延伸出菌丝网络到达有机磷区域，但细菌在土壤中的移动性是有限的，通常只能在水分饱和的气孔或土壤颗粒表面的水分中移动，所以这可能会导致它们在有机磷区域定殖的效率降低。有大量的证据表明真菌菌丝作为细菌的栖息场所，能够作为“高速公路”使细菌在菌丝表面的水膜移动。尽管关于细菌在AM真菌菌丝表面的移动还缺乏证据，但大量特征表明AM真菌菌丝表面可能也存在细菌的移动。

2020年11月17日New Phytologist在线发表了中国农业大学资源与环境学院冯固教授团队题为“Arbuscular mycorrhizal fungi enhance mineralization of organic P by carrying bacteria along their extraradical hyphae”的研究论文。该研究不仅发现解磷细菌能够沿着AM真菌菌丝向有机磷区域移动，还发现有机磷能够调控AM真菌和PSB之间的互作。

实验1:在纯培养条件下，细菌能否沿着AM真菌菌丝移动？

为了模拟细菌在不连续水相土壤的移动，作者设计了如图1的试验装置，首先将双分隔培养皿分为根室（RC）和菌丝室（HC），在根室中加入25ml MSR培养基，在菌丝室中加入20ml MSR培养基（去碳），之后在菌丝室中移除7.5mm宽的培养基来模拟细菌在土壤不连续水相之间的移动，HCa为细菌接种区，HCb为细菌移动的靶区。

图 1 实验一两分室培养装置

通过观察发现，双接种处理组（RIr/RA）的HCa和HCb中均有细菌定殖（图2b和2c），并且有机磷浓度显著下降（图3），而单接种RA时，即没有AM真菌菌丝存在的情况下，只能在HCa中观察到细菌定殖。同时，在单接种RIr或RA的处理中，有机磷并未矿化，而双接种处理中，有机磷浓度下降67%。因此，细菌只能在AM真菌菌的帮助下移动至HCb，并且只有在RIr/RA都存在的情况下有机磷才能矿化。

图 2 双接种处理的共焦显微镜观察图像

图 3 不同处理条件下菌丝室中的植酸浓度

另外，为了探究AM真菌菌丝分泌物对解磷细菌的影响，作者测定了解磷细菌RA中GluT基因（葡萄糖运载体基因）和ftsZ基因（细胞分裂基因）的表达。对比发现两种基因在R.i菌丝上的表达水平显著高于对照组（图4a和图4b），并且这两个基因之间存在显著相关性（图5），表明菌丝分泌物中的葡萄糖能够刺激细菌的增殖。

图 4 GluT和ftsZ基因的表达水平

图 5 GluT和ftsZ之间的相关性

为了进一步探究细菌沿着AM真菌菌丝移动的机理，作者进行了补充实验S1，证明水膜和碳源都是细菌沿着AM真菌菌丝移动不可或缺的条件。

实验2：

与实验1相同，作者设计了如图6的试验装置，首先将三分隔培养皿分为根室（RC）和菌丝室（HC1、HC2），之后在菌丝室中移除7.5mm宽的培养基来模拟细菌在土壤不连续水相之间的移动，其中HC2b中添加330μM植酸钠形式的有机磷，而其他室中不添加有机磷，HCa为细菌接种区，HCb为细菌移动的靶区。

图 6 实验二三分室培养装置

与实验1结果相同，与单接种处理相比，在双接种处理条件下的HC2b中的植酸浓度显著降低，并且在有机磷存在的情况下，解磷细菌数量显著提高（图7c），碱性磷酸酶活性提高（图7a），并且AM真菌菌丝中Vtc 4p基因的表达水平显著提高（图7e），推测原因可能是在有机磷存在的条件下，解磷细菌数量和磷酸酶活性提高，因此真菌可利用的磷数量上升，Vtc 4p基因表达提高，分配给解磷细菌的碳数量增加，进而形成循环，菌丝鲜重（图7f）提高。

图 7 实验二中不同处理条件下的数据

实验3:在有/没有有机磷的条件下菌丝分泌物对PSB生长的影响是什么？

为了研究菌丝分泌物在解磷细菌向有机磷区域移动过程中的作用，作者利用图中装置进行菌丝分泌物的收集。对细菌培养物在37摄氏度下的生长进行监测，每一小时测定一次液体培养物的OD₆₀₀数值， 总共监测16小时，并按照五小时一组的测量进行数据分析。

图 8 菌丝分泌物收集培养皿体系

RIr^-/P^- 和 RIr^-/P⁺这两个处理组在1-16h之间的细菌OD₆₀₀ 并未发生改变，并且两者之间没有显著差异。在RIr⁺/P^- 和 RIr⁺/P⁺这两组处理中，细菌OD₆₀₀提高，并且RIr⁺/P⁺处理组的OD₆₀₀值要显著高于其他四组处理。由此可得，在有机磷存在的条件下R.i分泌物能够促进解磷细菌更好的生长。

图 9 实验三不同处理组的OD₆₀₀值

实验4:AM真菌的根外菌丝能否在土壤中运输PSB？

为了在土壤中验证AM真菌运输解磷细菌这一过程，作者利用塑料盆播种玉米，每盆4kg土，在播种前于土表5cm下方埋hyphae transport column。实验为双因子随机区组设计：两个接种水平，是否接种R.I；两个植酸水平，在hyphae transport column顶部的靶区土壤中是否添加植酸纳形式的有机磷。每个处理三个重复。其中hyphae transport column结构如图11所示。

图 10 实验四装置图

图 11 hyphae transport column装置结构图

土体中的实验结果与纯培养结果类似，当植物不接种AM真菌时，在靶区土壤中未观察到可培养的细菌。当接种AM真菌时，能够在hyphae transport column上方靶区土壤中观察到细菌，进而能够进一步验证只有AM真菌存在的情况下，细菌才能移动至有机磷区域。在AM真菌存在的情况下，有机磷浓度显著下降（图13），因此解磷细菌沿着AM真菌菌丝的移动能够促进有机磷的矿化。

图 12 实验四中不同处理条件下的细菌数量

图 13 实验四不同处理组的植酸浓度

同时，在有机磷存在的情况下，添加植酸显著提高了靶区土壤中碱性磷酸酶基因与16S rDNA拷贝数之间的比率，表明含有alp基因的细菌在有机磷区域富集。并且在有机磷区域，碱性磷酸酶活性显著提高，这与实验二的结果一致。

图 14 实验四中不同处理条件下的数据

图 15 AM真菌将解磷细菌运输到有机磷区域并刺激其活性机制示意图

原文链接：https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/WOS:000606014800001