在土壤中接种菌根真菌可使植物产量增加40%

诸平

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据瑞士苏黎世大学(University of Zurich, Zurich, Switzerland)2023年11月29日提供的消息，研究表明，在土壤中接种菌根真菌(mycorrhizal fungi)可使植物产量增加40%(Study shows that inoculating soil with mycorrhizal fungi can increase plant yield by by up to 40%)。

农田里经常藏匿着大量的病原体（pathogens），这些病原体会攻击植物并降低产量。瑞士的一个研究小组现在已经证明，在土壤中接种菌根真菌可以帮助保持甚至提高产量，而无需使用额外的肥料或杀虫剂。在大规模的田间试验中，植株产量提高了40%。相关研究结果于2023年11月29日已经在《自然微生物学》（Nature Microbiology）杂志网站发表——Stefanie Lutz, Natacha Bodenhausen, Julia Hess, Alain Valzano-Held, Jan Waelchli, Gabriel Deslandes-Hérold, Klaus Schlaeppi, Marcel G. A. van der Heijden. Soil microbiome indicators can predict crop growth response to large-scale inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi. Nature Microbiology, 2023, 8: 2277–2289. DOI: 10.1038/s41564-023-01520-w. Published: 29 November 2023. https://www.nature.com/articles/s41564-023-01520-w

参与此项研究的有来自瑞士苏黎世农作物公司（Agroscope, Zurich, Switzerland）、瑞士弗里克有机农业研究所{ Research Institute of Organic Agriculture (FiBL), Frick, Switzerland }、瑞士巴塞尔大学（University of Basel, Basel, Switzerland）、瑞士伯尔尼大学（University of Bern, Bern, Switzerland）以及瑞士苏黎世大学的研究人员。

在田间大量使用化肥和农药，减少了生物多样性，污染了环境。因此，在不使用农业化学品的情况下，寻找可持续的方法来保护产量是非常有兴趣的。替代生物制剂（alternative biologicals）的一个例子是菌根真菌，这是一种帮助植物获取营养的有益生物。

产量提高了40%（Yields improved by up to 40%）

来自苏黎世大学和巴塞尔大学、Agroscope和有机农业研究所(Research Institute of Organic Agriculture简称FiBL)的一组研究人员现在首次大规模地试验表明，在田间应用菌根真菌是有效的。在瑞士北部和东部54个玉米农场的800块试验田播种作物之前，将菌根真菌混合到土壤中。

“在四分之一的地块上，菌根真菌使产量提高了40%。这是巨大的，”该研究的联合负责人，苏黎世大学和Asgroscope的土壤生态学家马塞尔·范德·海登（Marcel van der Heijden）说。但有一个问题:在三分之一的地块上，产量没有增加，有时甚至下降。研究小组最初无法解释为什么会发生这种情况。

土壤中的病原体（Pathogens in the soil）

在寻找原因的过程中，研究人员分析了各种化学、物理和生物土壤特性，包括土壤微生物的生物多样性。“我们发现，当土壤中已经有大量真菌病原体（fungal pathogens）时，接种效果最好，”来自联邦农业研究能力中心（The federal center of competence for Agricultural Research）Agroscope的共同第一作者斯蒂芬妮·卢茨（Stefanie Lutz）说。

“菌根真菌是一种保护屏障，可以抵御土壤中会削弱植物的病原体。”因此，在没有菌根真菌就会有损失的田地里，可以保持正常的产量。相比之下，菌根真菌对未被病原体污染的田地只有很小的影响。

“那里的植物无论如何都很强壮，长得很好。在这种情况下使用菌根真菌（mycorrhizal fungi）不会带来额外的受益，”来自有机农业研究所（Research Institute of Organic Agriculture）的另一位第一作者娜塔莎·博登豪森（Natacha Bodenhausen）说。

这项研究的目的是能够预测菌根接种工作的条件。

该研究的共同负责人、巴塞尔大学的克劳斯·施拉普（Klaus Schläppi）说:“仅用一些土壤指标(主要是土壤真菌，soil fungi)，我们就能够预测10个田地中有9个田地的接种成功，因此甚至可以在田间季节之前预测收成。这种可预测性使得有可能在它们发挥作用的领域靶向使用真菌。这是将这些技术发展成可靠的农业方法的关键因素（crucial element）。”

还需要进一步的研究来找到最简单的方法以便大面积播撒菌根真菌（the fungi）。尽管如此，“这次田间试验的结果代表着朝着更可持续的农业迈出了一大步，”马塞尔·范德·海登总结道。

本研究得到了格伯特·鲁夫基金会(Gebert Rüf Foundation GRS-072/17；GRS-088/20)和瑞士国家科学基金会(Swiss National Science Foundation grant 40IN40_215832/1)的资助。

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Abstract

Alternative solutions to mineral fertilizers and pesticides that reduce the environmental impact of agriculture are urgently needed. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can enhance plant nutrient uptake and reduce plant stress; yet, large-scale field inoculation trials with AMF are missing, and so far, results remain unpredictable. We conducted on-farm experiments in 54 fields in Switzerland and quantified the effects on maize growth. Growth response to AMF inoculation was highly variable, ranging from −12% to +40%. With few soil parameters and mainly soil microbiome indicators, we could successfully predict 86% of the variation in plant growth response to inoculation. The abundance of pathogenic fungi, rather than nutrient availability, best predicted (33%) AMF inoculation success. Our results indicate that soil microbiome indicators offer a sustainable biotechnological perspective to predict inoculation success at the beginning of the growing season. This predictability increases the profitability of microbiome engineering as a tool for sustainable agricultural management.