《Biology and Fertility of Soils》：Bacteria associated with spores of arbuscular mycorrhizal fungi: a review
编辑推荐：
本综述系统阐述了丛枝菌根真菌（AMF）孢子的独特微环境（“孢球”），及其内部和表面定殖的多样细菌群落。文章总结了这些细菌的分类组成、群落组装、功能定位（如胞内“内细菌”和孢壁相关细菌）及其对AMF孢子萌发、植物-AMF共生建立、养分获取和土壤健康的潜在调控作用，旨在为理解AMF-微生物互作及其在可持续农业中的应用提供新视角。
孢子的生物学与孢球环境
丛枝菌根真菌（AMF）是陆地生态系统和可持续农业实践的重要组成部分，它们通过与大多数陆地植物（包括作物）根系形成互利共生的关系，为植物提供养分，以换取光合作用产生的碳，并提供对生物和非生物胁迫的保护。在AMF的生命周期中，孢子主要在土壤中产生，承担着繁殖和传播的关键功能。与通常直径在2-10微米之间的其他真菌孢子相比，AMF孢子通常非常大，直径在50到750微米之间，有些甚至超过1000微米。它们的形态多样，多为球形，但有些呈不规则形状，颜色范围从透明/白色到黄色、橙色、棕色甚至黑色。孢子富含脂质，可占湿重的50%，是重要的土壤碳库，也是对土壤细菌具有吸引力的生态位，被称为“孢球”。与AMF菌丝形成的动态“菌丝球”微环境不同，孢球的持久性和休眠特性，加上其厚实多层的细胞壁，提供了一个相对静态、受外部胁迫保护的环境。
孢子和细菌
越来越多的文献记录了多样化的细菌类群与AMF孢子形成常规的关联。这些细菌存在于孢球环境的不同部位，即在孢子表面、孢子壁的厚层内部以及细胞质内部。基于此，可以定义两类主要的孢子相关细菌：(i) “胞质细菌”和 (ii) “孢壁相关细菌”。胞质细菌存在于孢子细胞质内，包括已知的内共生菌；孢壁相关细菌则包括那些与孢子壁本身相关的细菌，无论是在外部还是内部。这些细菌已通过培养依赖和培养非依赖的方法被研究，在系统发育和功能上均表现出多样性。
胞质细菌
研究最深入的AMF相关细菌是定殖于AMF菌丝和孢子中的胞质细菌（即内细菌）。它们最早在1970年通过超微结构研究在一种AMF（当时称为“蜜色无柄Endogone”，现可归为Acaulospora laevis）的细胞质中被发现。随后分子工具将这些细菌样结构归属于两个不同的物种：杆状革兰氏阴性菌CandidatusGlomeribacter gigasporarum (CaGg, 变形菌门) 和球状柔膜菌纲相关菌CandidatusMoeniiplasma glomeromycotorum (CaMg, 支原体门)。CaGg种群在单个AMF分离株内遗传背景单一，其分布主要局限于Gigasporaceae科的AMF，被认为是AMF的非必需共生体。研究表明，CaGg能提高AMF宿主的能量代谢，改善孢子形成成功率和孢子萌发参数。相比之下，CaMg在AMF中的分布比CaGg更广泛，其种群在单个AMF分离株内高度多样化，一个孢子内可寄宿多达50个OTU。尽管对CaMg的分布和种群组成有所了解，但其在AMF生物学中的作用尚未经实验证实，推测其可能是寄生菌或条件共生体。最近的培养非依赖研究暗示，除了特征明确的CaGg和CaMg外，野外分离的AMF孢子中还可能存在许多其他位于孢子表面以下的细菌类群。
孢壁相关细菌
我们对附着和/或嵌入孢子壁的细菌的了解，仅限于基于透射电子显微镜的研究，这些研究观察到了嵌入孢子壁不同层的细菌细胞。例如，在Funneliformis caledonius孢子中检测到与外层透明孢子壁层相关以及紧密嵌入内层壁层的细菌。随后的实验证实，用次氯酸钠进行表面消毒无法去除Glomus versiforme孢子上的所有细菌，而用氯胺-T处理长达120分钟也未能对Glomus clarum孢子进行消毒，因为其孢壁的不同层中嵌有细菌。此外，超微结构研究在Funneliformis mosseae孢子的外层透明电子透明壁层上检测到许多粘附的细菌，也有嵌入内部多层电子致密壁中的细菌，偶尔嵌入被认为是由其自身几丁质酶活性造成的孔洞中。这些数据得到了扫描电镜的证实，检测到G. geosporum和Glomussp.孢子外层透明壁层中存在细菌细胞，并显示出归因于细菌活动的降解区域。
其他孢子相关细菌
在研究孢子相关细菌时，通常采用孢子表面消毒方案来区分附着在孢子壁表面的细菌和位于孢子表面以下（胞质内或壁内）的细菌。许多研究在采用氯胺-T（通常添加抗生素）对AMF孢子消毒后，分离出的细菌大多属于内生孢子形成菌，如芽孢杆菌属（Bacillota门），这与AMF的种类无关。而使用不同去污方法（例如用无菌磷酸钾洗涤30次或用无菌生理溶液剧烈涡旋辅助洗涤15次）的研究，则检测到更多样化的孢子相关细菌组成，包括放线菌门、厚壁菌门和变形菌门。培养非依赖研究表征的孢子相关细菌群落与培养依赖的发现一致，主要由放线菌门、厚壁菌门和变形菌门代表。总体而言，AMF孢子可以寄宿系统发育多样化的细菌群落，但这些细菌主要属于三个门——厚壁菌门、变形菌门和放线菌门，表明这些细菌类群特别适合在孢球环境中生存。
影响孢子相关细菌群落组成和招募的因素
厚壁菌门、变形菌门和放线菌门在孢球环境中的普遍存在表明存在选择因素，但驱动孢球细菌群落组装的因素是什么？多项研究表明，AMF宿主基因型是孢子相关细菌群落最重要的驱动因素。AMF孢子所属细菌群落的组成受AMF的影响大于宿主植物基因型。对属于多个属并在盆栽中维持数代的AMF孢子的研究表明，不同AMF类别的孢子招募了不同的细菌群落。最近一项对野外分离的表面消毒AMF孢子的培养非依赖调查也发现，其相关细菌群落显著受宿主基因型影响。事实上，来自不同野外地点但属于同一属的孢子，其细菌群落比来自同一地点但属于不同属的孢子更为相似。除了宿主基因型是孢子相关细菌群落的驱动因素外，其他因素，如宿主植物身份、培养基质和地理位置也被报道发挥作用。然而，这些因素（环境、土壤、地理）在塑造孢子相关细菌群落方面的相互作用，仍需进一步详细研究以揭示其相对重要性。
关于细菌招募到孢子上的机制方面，以及孢子相关细菌与菌丝球微生物组之间的关系，仍然存在未解的问题。AMF菌丝球微生物组（与AMF根外菌丝相关的细菌群落）最近被证明通过增强养分获取在AMF-植物共生中发挥作用。菌丝球微生物组由核心类群组成，包括拟杆菌门、粘球菌门、变形菌门、绿弯菌门和纤维杆菌门，显示出与孢子相关细菌群落在门水平上相似的组成。菌丝球细菌在分泌物和信号分子的帮助下从周围土壤中招募。我们目前尚不清楚菌丝球和孢球微生物组之间的关系，但推测随着孢子萌发，孢子相关细菌可以沿着芽管生长和增殖，其相对组成发生变化以适应菌丝的需求和功能。或者，反之亦然，孢子相关微生物组可能在孢子形成过程中，通过孢子发育期间从菌丝招募而“播种”。现实情况可能兼而有之，菌丝球和孢球细菌群落在真菌生命周期中相互产生。
鉴于AMF是植物根系的密切伙伴，其菌丝是连接土壤本体、根际土壤和根系内圈（根内部）的直接纽带，细菌有可能沿着AMF菌丝从外部（根际和本体土壤）转移到植物根内部，反之亦然。真菌菌丝已知可作为土壤中细菌运输的“高速公路”，与AMF菌丝相关的解磷细菌能够沿着AMF菌丝表面移动，到达植物本身无法触及的磷斑块。此外，用绿色荧光蛋白标记的慢生根瘤菌进行的实验表明，细菌紧密粘附在AMF菌丝上，并从菌根宿主植物迁移到豆科植物，在那里形成固氮根瘤。最近的研究为AMF及相关细菌在招募根内生细菌中的作用提供了证据。
