Potential application of arbuscular mycorrhizal fungi on organic agricultural production and mitigating greenhouse gas emissions
,
*
,
,
,
,
,
,
,
and
Article Sidebar
Full Text: 
PDF
Abstract
Along with climate change and the overuse of agrochemicals in agricultural practices that cause soil degradation, decline of yields and quality of agricultural products. In agricultural soils, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are obligate root symbiosis and enhance plant growth, development and yield. The objective of the review study was to summarize the beneficial roles of AMF in improving soil nutrition, in biological control of soil borne plant pathogens, in control of abiotic environmental stresses, in heavy metal bioremediation and in mitigation of greenhouse gas emissions. These research results demonstrate that AMF have beneficial activities that enhanced plants to uptake more nutrients, againsted fungal soil born plant pathogens, reduced heavy metal uptake in plant and mitigated greenhouse gas emissions. Therefore, AMF group is considered as potential beneficial candidates that meet requirement for being applied for organic agricultural production.
Tóm tắt
Cùng với sự biến đổi khí hậu, sự lạm dụng hóa chất nông nghiệp trong sản xuất nông nghiệp dẫn đến sự bạc màu đất, giảm năng suất và chất lượng của nông sản. Trong canh tác nông nghiệp, nấm rễ nội cộng sinh (arbuscular mycorrhizal fungi, AMF) ký sinh bắt buộc với thực vật và có vai trò như nguồn phân bón và thuốc bảo vệ thực vật sinh học, cải tạo đất và góp phần tăng năng suất của cây trồng. Mục tiêu của nghiên cứu tổng quan là tóm tắt vai trò có lợi của nấm rễ AMF đối với cây trồng và môi trường đất canh tác. Các kết quả nghiên cứu tham khảo chứng minh được vai trò có lợi của nấm rễ AMF giúp cây trồng hấp thu dinh dưỡng, đối kháng với nguồn bệnh trong đất, hỗ trợ cây trồng trong điều kiện bất lợi của môi trường, giảm ngộ độc kim loại nặng và giúp giảm phát thải khí nhà kính. Do đó, nấm rễ AMF được xem là nhóm vi sinh vật có lợi tiềm năng đáp ứng yêu cầu phục vụ trong sản xuất nông nghiệp hữu cơ.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
References
Abdul, W., Murad, M., Asma, M., Gholamreza, A., Wajid, Z., Asma, A., Chandni, K., & Sneha, P. P. R. (2023). Role of Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Regulating Growth, Enhancing Productivity, and Potentially Influencing Ecosystems under Abiotic and Biotic Stresses. Plants, 12(17), 1 – 12. 10.3390/plants12173102.
Agnieszka, M. D., Piotr, R., & Katarzyna, T. (2019). Are Fungal Endophytes Merely Mycorrhizal Copycats? The Role of Fungal Endophytes in the Adaptation of Plants to Metal Toxicity. Frontiers in Microbiology, 15, 01–10. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00371
Aguk, J. A., Karanja, N., Schulte-Geldermann, E., Bruns, C., Kinyua, Z., & Parker, M. (2018). Control of bacterial wilt (Ralstonia solanacearum) in potato (Solanum tuberosum) using rhizo bacteria and arbuscular mycorrhiza fungi. African Journal of Food, Agriculture, Nutrition and Development Journal, 18(2), 13371-13387. 10.18697/ajfand.82.16905
Alengebawy, A., Abdelkhalek, S. T., Qureshi, S. R., & Wang, M. Q. (2021). Heavy metals and pesticides toxicity in agricultural soil and plants: Ecological risks and human health implications. Toxics, 9(3), 01-33. https://doi.org/10.3390/toxics9030042
Basu, S., Rabara, R. C., & Negi, S. (2018). AMF: The future prospect for sustainable agriculture. Physiological and Molecular Plant Pathology, 102, 36-45. 10.1016/j.pmpp.2017.11.007
Basyal, B., & Emery, S. M. (2021). An arbuscular mycorrhizal fungus alters switchgrass growth, root architecture, and cell wall chemistry across a soil moisture gradient. Mycorrhiza, 59(10), 251-258. 10.1007/s00572-020-00992-6
Begum, N., Qin, C., Ahanger, M. A., Raza, S., Khan, M. I., Ashraf, M., & Zhang, L. (2019). Role of arbuscular mycorrhizal fungi in plant growth regulation: implications in abiotic stress tolerance. Frontiers in plant science, 10, 01-15. 10.3389/fpls.2019.01068
Casieri, L., Lahmidi, N. A., Doidy, J., Veneault-Fourrey, C., Migeon, A., & Bonneau, L. (2013). Biotrophic transportome in mutualistic plant-fungal interactions. Mycorrhiza, 237, 597-625.
Chen, A., Gu, M., Wang, S., Chen, J., & Xu, G. (2018). Transport properties and regulatory roles of nitrogen in arbuscular mycorrhizal symbiosis Semin. Cell Developt Biology, 74, 80-88.
Cheng, H. Q., Giri, B., Wu, Q. S., Zou, Y. N., & Kuča, K. (2022). Arbuscular mycorrhizal fungi mitigate drought stress in citrus by modulating root microenvironment. Archives of Agronomy and Soil Science, 68(9), 217-1228.
Cheng, X. F., Wu, H. H., Zou, Y. N., Wu, Q. S., & Kuča, K. (2021). Mycorrhizal response strategies of trifoliate orange under well-watered, salt stress, and waterlogging stress by regulating leaf aquaporin expression. Plant Physiology and Biochemistry, 162, 27-35.
Do, T. X, Pham, T. H. N.,, Truong, O. O., Le, V. T., Vo, T. B. T., Nguyen, T. P., Vo, H. N., & Nguyen, Q. K. (2023). Arbuscular Mycorrhizal Fungi Driven Phosphorus Nutrients in Paddy Soil under the Greenhouse Condition. Asian Journal of Plant Sciences, 22, 414-422.
Xuân, T. Đ., Viễn, D. M., Như, N. T. H., Dương, H. K. D., Lan, Đ. T. H., & Vi, N. P. N. T. (2018). Khảo sát, phân lập và đánh giá sự hỗ trợ của nấm rễ nội cộng sinh trên cây mè và cây bắp ở điều kiện nhà lưới. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 16, 70-77.
Xuân, Đ. T, Nghi, P. T., Thư, T. A., Yến, L. T. H., & Khương, N. Q. (2022). Ảnh hưởng của quần thể nấm rễ nội cộng sinh (arbuscular mycorrhizal fungi) và loại phân bón lên sự sinh trưởng và năng suất của hành lá (Allium fistulosum L.) trong điều kiện thí nghiệm nhà lưới. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 442, 41-49.
Domka, A. M., Rozpaądek, P., & Turnau, K. (2019). Are fungal endophytes merely mycorrhizal copycats? The role of fungal endophytes in the adaptation of plants to metal toxicity. Frontiers in Microbiology, 10, 371-380.
Drechsler, N., Courty, P. E., Brulé, D., & Kunze, R. (2018). Identification of arbuscular mycorrhiza-inducible Nitrate Transporter 1/Peptide Transporter Family (NPF) genes in rice. Mycorrhiza, 28, 93–100. 10.1007/s00572-017-0802-z
FAO and UNEP. (2021). Global assessment of soil pollution: summary for policymakers. http://www.fao.org/documents/card/en/c/cb4827en/, https://www.fao.org/faostat/zh/#home
Federico, N. S., & Romina, G. (2020). Dark Septate Endophytic Fungi (DSE) Response to Global Change and Soil Contamination. Plant Ecophysiology and Adaptation under Climate Change: Mechanisms and Perspectives II, 629 -642.
Gong, X., & Tian, D. Q. (2019). Study on the effect mechanism of Arbuscular Mycorrhiza on the absorption of heavy metal elements in soil by plants. Earth and Environmental Science, 267, 052-064. 10.1088/1755-1315/267/5/052064
Hage-Ahmed, K., Rosner, K., & Steinkellner, S. (2019). Arbuscular mycorrhizal fungi and their response to pesticides. Pest Management Science, 75, 583-590.
Hawkesford, M., Horst, W., Kichney, T., Lambers, H., Schjoerring, J., Moller, I, K., and White, P., (2012). Marschner’s Mineral Nutrition of Higher Plants. Function of Macronutrients, 6(2012), 135-189. 10.1016/B978-0-12-384905-2.00006-6
Herath, B. M., Kalamulla, K. W. Y. R., Mayadunna, T. A. N., Perera, M. A. E. G., Jayamanna, I. K., & Yapa, P. N. (2024). Applications of Arbuscular Mycorrhizal Fungi for Sustainable Agricultural Systems. Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Higher Plants, 319 – 340.
Hòa, N. V., Luyến, N. T. K., & Uyên, Đ. T. K. (2019). Nhân nuôi và định danh cộng đồng nấm rễ (arbuscular mycorrhizal) bản địa trên cây ăn quả tại đồng bằng Sông Cửu Long. Tạp chí Khoa học Công nghệ nông nghiệp Việt Nam, 10(107), 98 – 106.
Hu, B., Shao, S., Ni, H., Fu, Z., Hu, L., Zhou, Y., Min, X., She, S., Chen, S., Huang, M., Zhou, L., Li, Y., & Shi, Z. (2020). Current status, spatial features, health risks, and potential driving factors of soil heavy metal pollution in China at province level. Environmental Pollution, 266(3), 114-961. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114961
Huang, Y., Wang, L., Wang, W., Li, T., He, Z., & Yang, X. (2019). Current status of agricultural soil pollution by heavy metals in China: A meta-analysis. Science of the Total Environment, 651(2), 3034-3042. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.185
Jamiołkowska, A., Ksiezniak, A., Gałazka, A., Hetman, B., Kopacki, M., & Skwaryło-Bednarz, B. (2018). Impact of abiotic factors on development of the community of arbuscular mycorrhizal fungi in the soil: a review. International Agrophysics, 32(1), 133-140.
Jan, S., Singh, R., Bhardwaj, R., Ahmad, P., & Kapoor, D. (2020). Plant growth regulators: a sustainable approach to combat pesticide toxicity. 3 Biotech, 10(466), 1-11. 10.1007/s13205-020-02454-4.
Janeeshma, E., & Puthur, J. T. (2020). Direct and indirect influence of arbuscular mycorrhizae on enhancing metal tolerance of plants. Archives of microbiology, 202, 1-16. 10.1007/s00203-019-01730-z
Jansa, J., Forczek, S. T., Rozmoš, M., Püschel, D., Bukovská, P., & Hršelová, H. (2019). Arbuscular mycorrhiza and soil organic nitrogen: network of players and interactions. Chemical and Biologycal Technologies in Agriculture, 6(10), 1–10. 10.1186/s40538-019-0147-2.
Jaskulak, M., Grobelak, A., & Vandenbulcke, F. (2020). Modelling assisted phytoremediation of soils contaminated with heavy metals–main opportunities, limitations, decision making and future prospects. Chemosphere, 249, 126-196. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126196
Kumar, S., Prasad, S., Yadav, K. K., Shrivastava, M., Gupta, N., Nagar, S., Quang-Vu, B., Kamyab, H., Khan, A., Yadav, S., & Malav, L, C. (2019). Hazardous heavy metals contamination of vegetables and food chain: Role of sustainable remediation approaches-A review. Environmental research, 179(A), 108-792. https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.108792
Lambers, H., Raven, J. A., Shaver, G. R., & Smith, S. E. (2008). Plant nutrient acquisition strategies change with soil age. Trends in Ecology & Evolution, 23(2), 95-103. 10.1016/j.tree.2007.10.008
Li, H., Chen, Z. C., Wu, L., Luo, N., Huang, W. X., Mo, C, H., Li, Y, W., Xiang, L., Zhao, H., Cai, Q., & Wong M. (2020). Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on redox homeostasis of rice under Cd stress. Plant and Soil, 455, 121-138. 10.1007/s11104-020-04678-y
Li, H., Gao, M. Y., Mo, C. H., Wong, M. H., Chen, X. W., & Wang, J. J. (2022). Potential use of arbuscular mycorrhizal fungi for simultaneous mitigation of arsenic and cadmium accumulation in rice. Journal of Experimental Botany, 73(1), 50-67. https://doi.org/10.1093/jxb/erab444
Li, X., He, G., Li, D., Bei, S., Luan, D., Sun, X., Yang, G., Huo, L., Zhen, L., & Zhao, R. (2023). Arbuscular mycorrhizal fungi reduce N2O emissions from degraded residue patches. Original research article, 11, 01-11. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1224849
Lin, P., Zhang, M., Wang, M., Li, Y., Liu, J., & Chen, Y. (2021). Inoculation with arbuscular mycorrhizal fungus modulates defense-related genes expression in banana seedlings susceptible to wilt disease. Plant Signaling & Behvior, 16(5), 01-10. https://doi.org/10.1080/15592324.2021.1884782
Liu, C. Y., Zou, Y. N., Zhang, D. J., Shu, B., & Wu, Q. S. (2019). Mycorrhizae and tolerance of abiotic stress in citrus plants. Biofertilizers for Sustainable Agriculture and Environment, 55(21), 465-487. 10.1007/978-3-030-18933-4_21
Lu, Q., Jin, L., Wang, P., Liu, F., Huang, B., Wen, M., & Wu, S. (2023). Effects of Interaction of Protein Hydrolysate and Arbuscular Mycorrhizal Fungi Effects on Citrus Growth and Expressions of Stress-Responsive Genes (Aquaporins and SOSs) under Salt Stress. Journal of Fungi, 9(10), 983-993.
https://doi.org/10.3390/jof9100983
Luo, N., Li, X., Chen, A. Y., Zhang, L. J., Zhao, H. M., Xiang, L., Cai, Q. Y., Mo, C. H., Wong, M, H., & Li, H. (2017). Does arbuscular mycorrhizal fungus affect cadmium uptake and chemical forms in rice at different growth stages?. Science of the Total Environment, 59(60), 1564-1572. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.05.047
Malik, A. A., Shayesta, I., Gousia, G., Zaffar, M. D., Amajad, M., & Syed, H. B. (2023). AM Fungi as a Potential Biofertilizer for Abiotic Stress Management. Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Agriculture - New Insights, 215, 01 – 15. 10.5772/intechopen.108537
Min, C., Miguel, A., Lorenzo, B., Eva, N., & Didier, R. (2018). Beneficial Services of Arbuscular Mycorrhizal Fungi – From Ecology to Application. Frontiers in plant science, 9(1270), 1–14.
https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01270
Nghi, P. T. H., Tuyên, N. P., Phi, L. T. Y., Đoan, T. T. H., Uyên, D. Q., & Xuân, Đ. T. (2020). Khảo sát ảnh hưởng của một số tính chất hóa học đất lên sự hiện diện của nấm rễ nội cộng sinh trong đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang. Tạp chí Khoa học Trường Đại học cần Thơ, 56(CĐ Khoa học đất), 24-31. https://doi.org/10.22144/ctu.jsi.2020.065
Nguyen, T. G., Huynh, T. H. N., & Phan, K. A. (2022). Evaluating Ecological Risk Associated with Heavy Metals in Agricultural Soil in Dong Thap Province, Vietnam. Environment and natural resources journal, 20(6), 585–597. 10.32526/ennrj/20/202200114
Parihar, M., Chitara, M., Khati, P., Kumari, A., Mishra, P. K., Rakshit, A., Rana, K., Meena, V. S., Singh, A. K., Choudhary, M., Bisht, J. K., Ram, H., Pattanayak, A., Tiwari, G., & Jatav, S. S. (2020). Arbuscular mycorrhizal fungi: abundance, interaction with plants and potential biological applications. Advances in plant microbiome and sustainable agriculture, 19(5), 105-143. 10.1007/978-981-15-3208-5
Paterson, E., Sim, A., Davidson, J., & Daniell T. J. (2016). Arbuscular mycorrhizal hyphae promote priming of native soil organic matter mineralisation. Plant and Soil, 408, 243-254.
Nghi, P. T. H., Lộc, P. B., Tuyên, N. T., Viễn, D. M., & Xuân, Đ. T. (2021). Ảnh hưởng của quần thể nấm rễ nội cộng sinh lên sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa trong điều kiện nhà lưới. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 414, 54-60.
Phong, N. T., Quyên, N. T., Ý, T. H., Toàn, K. L. K., & Xuân, Đ. T. (2018). Khảo sát khả năng hỗ trợ sinh trưởng của cộng đồng nấm rễ trên cây bắp trong điều kiện nhà lưới. Tạp chí Khoa học Trường Đại học cần Thơ, 54(4), 91-99. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2018.074
Reynolds, S., & Wenzlau S. (2012). Climate-friendly agriculture and renewable energy: working hand-in- hand toward climate mitigation. Worldwatch Insitute, 10, 01 – 10.
Schmitz, A. M., & Harrison, M. J. (2014). Signaling events during initiation of arbuscular mycorrhizal symbiosis. Journal of Integrative Plant Biology, 56(3), 250-261. 10.1111/jipb.12155
Tahat, M. M., Sijam, K., & Othman, R. (2012). Ultrastructural changes of tomatoes (Lycopersicon esculentum) root colonized by Glomus mosseae and Ralstonia solanacearum. African Journal of Biotechnology, 11(25), 668–686. 10.5897/AJB11.2960
Tang, C., Zhang, Z., Yu, L., & Li, Y. (2023). Research progress of arbuscular mycorrhizal fungi promoting citrus growth. Horticulturae, 9(11), 11-62. https://doi.org/10.3390/horticulturae9111162
Van, N. T., Akinori, O., Yiping, Z., Anh, N. D., & Kiyoshi, K. (2017). Contamination of agricultural soils by toxic trace metals in an industrial district in Vietnam. Journal of Industrial Pollution Control, 33(1), 723 – 729.
Tóth, G., Hermann, T., Da Silva, M. R., & Montanarella, L. J. E. I. (2016). Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for food safety. Environment international, 88, 299-309. https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.12.017
Xuân, Đ. T., Vi, N. P. N. T., & Diễm, D. H. K. (2016). Khảo sát sự xâm nhiễm và sự hiện diện của bào tử nấm rễ nội cộng sinh (Arbuscular Mycorrhiza) trong mẫu rễ và đất vùng rễ của cây bắp, mè và ớt được trồng ở thành phố Cần Thơ. Tạp chí Khoa học Trường Đại học cần Thơ, (46), 47-53. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2016.54
Xuân, Đ. T., Nhi, N. T. Y., Phong, N. T., Thành, N. T., Thành, D. N., & Như, N. T. H. (2018). Ảnh hưởng của tính chất hóa học và sinh học đất lên sự hiện diện và sự xâm nhiễm của nấm rễ nội cộng sinh trong mẫu đất vùng rễ và rễ bắp trồng tại thành phố Cần Thơ. Tạp chí Khoa học Trường Đại học cần Thơ, 54(4), 72-79. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2018.072
Uyên, Đ. T. K., Mẫn, V. M., & Hòa, N. V. (2019). Thu thập, phân lập và đánh giá sự xâm nhiễm của nấm rễ (arbuscular mycorrhizal) ở vùng đồng bằng Sông Cửu Long. Tạp chí Khoa học Công nghệ nông nghiệp Việt Nam, 10(107), 111 – 119.
Wang, W., Shi, J., Xie, Q., Jiang, Y., Yu, N., & Wang, E. (2017). Nutrient exchange and regulation in arbuscular mycorrhizal symbiosis. Molecular plant, 10(9), 1147-1158. https://doi.org/10.1016/j.molp.2017.07.012
Wu, S., Zhang, X., Sun, Y., Wu, Z., Li, T., Hu, Y., Su, D., Lv, J., Li, G., Zhang, Z., Zheng, L., Zhang, J., & Chen, B. (2015). Transformation and immobilization of chromium by arbuscular mycorrhizal fungi as revealed by SEM–EDS, TEM–EDS, and XAFS. Environmental Science & Technology, 49(24), 14036-14047. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b03659
Yunjian, X., & Fang, L. (2024). Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Intercropping Systems: Roles and Performance. Unveiling the Mycorrhizal World, 12, 1–20. 10.5772/intechopen.114186
Zhao, F. J., & Wang, P. (2020). Arsenic and cadmium accumulation in rice and mitigation strategies. Plant and Soil, 446, 1-21. 10.1007/s11104-019-04374-6
Zhou, J., Zang, H., Loeppmann, S., Gube, M., Kuzyakov Y., & Pausch J. (2020). Arbuscular mycorrhiza enhances rhizodeposition and reduces the rhizosphere priming effect on the decomposition of soil organic matter. Soil Biology and Biochemistry, 140(107641), https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.107641