DOI: https://doi.org/10.1007/s44447-025-00023-w
تاريخ النشر: 2025-07-02
المؤلف: Sadhana Shukla وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفطريات الجذرية وتفاعلات النباتات
نظرة عامة
الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF) هي ميكروسمبيونتات أساسية تعزز بشكل كبير نمو النباتات ومرونتها من خلال تفاعلات معقدة. تسلط الأبحاث الحديثة الضوء على دورها في تحسين امتصاص العناصر الغذائية، وخاصة الفوسفور والنيتروجين، وتسهيل احتجاز الكربون عبر شبكات خيوط فطرية واسعة تعزز من بنية التربة واستقرارها. كما تؤثر AMF على ديناميات المجتمع الميكروبي والدورات البيوجيوكيميائية، والتي تعتبر حاسمة لممارسات الزراعة المستدامة ومرونة النظام البيئي في ظل تغير المناخ. من خلال تنظيم جينات وإنزيمات دورة النيتروجين، تخفف AMF من فقدان النيتروجين في التربة وتحسن من دورة العناصر الغذائية في النظم البيئية الزراعية، وخاصة في التربة المستنفدة من العناصر الغذائية.
تؤكد المراجعة على أهمية AMF في تقليل تآكل التربة، وتعزيز خصوبة التربة، وتعزيز ممارسات إدارة الأراضي المستدامة، مما يربط بين الخصائص الفيزيائية الحيوية للتربة والآثار الاقتصادية على الإنتاجية الزراعية العالمية. تؤكد الخاتمة على الدور الحاسم لـ AMF في وظيفة النظام البيئي للتربة، وخاصة من خلال إنتاج الجلومايلين، الذي يحسن من خصوبة التربة واستقرارها. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على ديناميات تفاعلات AMF مع الميكروبات التربة، وتأثيرها على تنفس التربة، وإمكاناتها في تخفيف انبعاثات الغازات الدفيئة. سيكون فهم العوامل البيئية التي تؤثر على فعالية AMF، مثل نوع التربة والظروف المناخية، أمرًا حيويًا لتحسين تطبيقها في السياقات الزراعية والبيئية. بشكل عام، تقدم AMF استراتيجية واعدة وصديقة للبيئة لتعزيز صحة التربة، ودعم التنوع البيولوجي، ومعالجة تحديات تغير المناخ من خلال ممارسات الزراعة المستدامة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF)، التي تنتمي إلى شعبة Glomeromycota، في إقامة علاقات تعاونية مع مجموعة واسعة من أنواع النباتات. تعزز هذه الفطريات من امتصاص العناصر الغذائية، وخاصة الفوسفور، من خلال تشكيل هياكل مثل الحويصلات والأربوسكلات داخل جذور النباتات وتمديد شبكات الخيوط الفطرية إلى التربة. لقد استمرت هذه العلاقة التبادلية لأكثر من 400 مليون سنة، مما يبرز أهميتها التطورية (Diagne et al. 2020; Dominguez-Nuñez et al. 2016). تلعب AMF أيضًا دورًا حاسمًا في زيادة محتوى المادة العضوية في التربة (SOM) ومحتوى الكربون العضوي في التربة (SOC)، والتي تعتبر حيوية لصحة التربة وخصوبتها وتخفيف تغير المناخ (Ayala Izurieta et al. 2022; Hodge and Storer 2015).
يشكل تدهور صحة التربة، الذي تفاقم بسبب الممارسات الزراعية غير المستدامة وتغير المناخ، تهديدات كبيرة للأمن الغذائي وتنوع النظام البيئي (FAO and ITPS 2015; Bhunia et al. 2019). تساهم AMF في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وأكسيد النيتروز (N₂O)، من التربة المضطربة، مما يعزز من احتجاز الكربون ويحسن من مرونة النظام البيئي (Gui et al. 2021; Zhao et al. 2021). تهدف هذه المراجعة إلى استكشاف الأدوار المتعددة لـ AMF في احتجاز الكربون، واستعادة صحة التربة، وتخفيف الغازات الدفيئة، مع معالجة التقدمات الحديثة والفرص المستقبلية في هذا المجال.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على الدور الحاسم للفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF) في تعزيز احتجاز الكربون في التربة وصحة التربة بشكل عام. تسهل AMF نقل الكربون من جذور النباتات إلى كتل التربة، مما يزيد بشكل كبير من تخزين الكربون من خلال آليات مثل إنتاج بروتينات التربة المرتبطة بالجلومايلين (GRSPs)، التي تثبت كتل التربة وتساهم في الاحتفاظ طويل الأمد بالكربون. تعتبر GRSPs، كونها جليكوبروتينات مقاومة، مكونات مستقرة من الكربون العضوي في التربة (SOC)، مما يعزز من قدرة التربة على احتجاز الكربون لفترات طويلة. بالإضافة إلى ذلك، تعزز AMF من تجميع المادة العضوية، مما يحمي الكربون العضوي من التحلل الميكروبي ويعزز من تحويل بقايا النباتات إلى مواد هيوميك مستقرة.
علاوة على ذلك، تحسن AMF من بنية التربة ودورة العناصر الغذائية من خلال تمديد شبكاتها الفطرية، مما يعزز من امتصاص العناصر الغذائية، وخاصة الفوسفور والنيتروجين، من التربة. لا يدعم هذا فقط نمو النباتات، بل يعزز أيضًا مجتمعًا ميكروبيًا متنوعًا يساهم في دورة العناصر الغذائية وكبح الأمراض. تشير الأدلة المقدمة إلى أن تلقيح AMF يمكن أن يحسن بشكل كبير من خصائص التربة، ويزيد من غلات المحاصيل، ويخفف من انبعاثات الغازات الدفيئة، وخاصة أكسيد النيتروز، من خلال التأثير على عمليات دورة النيتروجين. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية AMF في استراتيجيات إدارة الأراضي المستدامة وحفظ التربة، خاصة في سياق معالجة تدهور التربة وتعزيز الإنتاجية الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44447-025-00023-w
Publication Date: 2025-07-02
Author(s): Sadhana Shukla et al.
Primary Topic: Mycorrhizal Fungi and Plant Interactions
Overview
Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) are essential microsymbionts that significantly enhance plant growth and resilience through complex interactions. Recent research highlights their role in improving nutrient uptake, particularly phosphorus and nitrogen, and facilitating carbon sequestration via extensive hyphal networks that enhance soil structure and stability. AMF also influence microbial community dynamics and biogeochemical cycles, which are crucial for sustainable agricultural practices and ecosystem resilience amid climate change. By regulating nitrogen cycling genes and enzymes, AMF mitigate soil nitrogen loss and optimize nutrient cycling in agro-ecosystems, particularly in nutrient-depleted soils.
The review emphasizes the importance of AMF in reducing soil erosion, enhancing soil fertility, and promoting sustainable land management practices, thereby linking biophysical soil properties to economic implications for global agricultural productivity. The conclusion underscores AMF’s critical role in soil ecosystem functioning, particularly through the production of glomalin, which improves soil fertility and stability. Future research should focus on the dynamics of AMF interactions with soil microorganisms, their influence on soil respiration, and their potential to mitigate greenhouse gas emissions. Understanding the ecological factors that affect AMF effectiveness, such as soil type and climatic conditions, will be vital for optimizing their application in agricultural and environmental contexts. Overall, AMF present a promising, ecology-friendly strategy for enhancing soil health, supporting biodiversity, and addressing climate change challenges through sustainable agricultural practices.
Introduction
The introduction highlights the significance of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), belonging to the phylum Glomeromycota, in establishing mutualistic relationships with a wide range of plant species. These fungi enhance nutrient uptake, particularly phosphorus, by forming structures such as vesicles and arbuscules within plant roots and extending hyphal networks into the soil. This symbiotic relationship has persisted for over 400 million years, underscoring its evolutionary importance (Diagne et al. 2020; Dominguez-Nuñez et al. 2016). AMF also play a crucial role in increasing soil organic matter (SOM) and soil organic carbon (SOC) content, which are vital for soil health, fertility, and climate change mitigation (Ayala Izurieta et al. 2022; Hodge and Storer 2015).
The decline in soil health, exacerbated by unsustainable agricultural practices and climate change, poses significant threats to food security and ecosystem diversity (FAO and ITPS 2015; Bhunia et al. 2019). AMF contribute to reducing greenhouse gas emissions, such as carbon dioxide (CO₂) and nitrous oxide (N₂O), from disturbed soils, thereby enhancing carbon sequestration and improving ecosystem resilience (Gui et al. 2021; Zhao et al. 2021). This review aims to explore the multifaceted roles of AMF in carbon sequestration, soil health restoration, and greenhouse gas mitigation, while also addressing recent advancements and future opportunities in this field.
Discussion
The discussion highlights the critical role of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in enhancing soil carbon sequestration and overall soil health. AMF facilitate carbon transfer from plant roots to soil aggregates, significantly increasing carbon storage through mechanisms such as the production of glomalin-related soil proteins (GRSPs), which stabilize soil aggregates and contribute to long-term carbon retention. GRSPs, being recalcitrant glycoproteins, form stable components of soil organic carbon (SOC), thereby enhancing the soil’s capacity to sequester carbon over extended periods. Additionally, AMF promote the aggregation of organic matter, protecting organic carbon from microbial decomposition and enhancing the turnover of plant litter into stable humic substances.
Furthermore, AMF improve soil structure and nutrient cycling by extending their hyphal networks, which enhance nutrient uptake, particularly phosphorus and nitrogen, from the soil. This not only supports plant growth but also fosters a diverse microbial community that contributes to nutrient cycling and disease suppression. The evidence presented indicates that AMF inoculation can significantly improve soil characteristics, increase crop yields, and mitigate greenhouse gas emissions, particularly nitrous oxide, by influencing nitrogen cycling processes. Overall, the findings underscore the importance of AMF in sustainable land management and soil conservation strategies, particularly in the context of addressing soil degradation and enhancing agricultural productivity.