多年生黑麦草（Lolium perenne L.）是一种重要的牧草和草坪植物，同时在生物能源和生物化工原料领域具有应用潜力。然而，极端高温和低温胁迫严重限制了其生长表现和生产稳定性，尤其在气候变化背景下，这一问题日益突出。丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）能够与大多数陆生植物形成共生关系，在改善养分吸收、增强抗逆性方面具有重要作用，被认为是一种低投入、环境友好型的农业管理手段。尽管已有研究表明 AMF 可缓解温度胁迫，但其如何在器官代谢、根系分泌物调控及根际微生物群落组装之间建立系统性联动机制，仍缺乏清晰认识。
华南农业大学唐明教授、陈辉教授研究团队围绕多年生黑麦草在极端温度条件下的适应机制，在Industrial Crops and Products发表了题为 “Rhizophagus irregularis inoculation reshapes root exudates, metabolomes and rhizosphere microbiomes to enhance perennial ryegrass adaptation under heat and cold stress” 的研究论文。该研究通过整合代谢组学、根际微生物组测序及土壤理化与酶学分析，系统解析了 Rhizophagus irregularis 接种在高温和低温胁迫下调控植物—土壤—微生物互作网络的作用机制。
主要研究结果如下：
（1）AM真菌稳定多年生黑麦草生长与土壤养分状态：在高温和低温胁迫条件下，AM真菌接种显著缓解了多年生黑麦草的生长抑制，维持了光合作用效率和抗氧化状态。同时，AM真菌显著提高了土壤中有效磷、铵态氮含量，并增强了碳氮循环相关酶活性，为植物耐逆性提供了养分与代谢基础。
（2）高温胁迫下呈现“以根系为核心”的代谢调控模式：在高温条件下，AM真菌主要驱动根系代谢重编程。多种氨基酸（如脯氨酸、天冬酰胺）显著积累，部分有机酸（如奎尼酸、半乳糖醛酸）发生重新分配，同时根系甾醇类和长链脂质含量上升。与之相应，根系分泌物中糖类释放减少，而含氮代谢物比例升高，有助于招募有益微生物并优化根际环境。
（3）低温胁迫下形成“以地上部为主导”的糖代谢响应：在低温条件下，AM真菌主要增强地上部代谢调控。蔗糖、葡萄糖、果糖和海藻糖等可溶性糖在地上部显著积累，同时伴随有机酸和膜相关脂质增加，有助于维持细胞结构稳定性。此时，根系分泌物向可溶性糖和含氮化合物倾斜，为根际微生物提供易利用碳源。
（4）AM真菌重塑根际微生物群落结构：在高温条件下，根际中 Bacillus、Massilia 以及真菌 Talaromyces、Trichoderma 和 Penicillium 的相对丰度显著提高；而在低温条件下，Bacillus 和 Pseudomonas 明显富集，同时 Fusarium 的相对丰度下降。这表明 AM真菌通过调控根系分泌物，定向招募有益微生物并抑制潜在病原。
（5）结构方程模型揭示“土壤—微生物—代谢”级联调控机制：结构方程模型（SEM）分析表明，AM真菌触发了由土壤理化性质改善，经由根系分泌物变化和微生物群落重组，最终作用于植物器官代谢的逐级调控通路。其中，高温耐受主要由根系代谢驱动，而低温耐受则更多依赖地上部代谢调控。
综上所述，该研究系统阐明了 AM真菌通过协调植物器官代谢、根系分泌物组成和根际微生物组装，增强多年生黑麦草耐高温和耐低温能力的机制。研究强调了 “不同胁迫条件下，耐逆性由不同器官代谢主导” 的调控模式，为深入理解植物—AM真菌—根际微生物协同适应极端环境提供了新视角。研究成果为草坪和牧草系统中应用 AM真菌实现低投入、环境友好型逆境管理提供了重要理论依据。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669026001123
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