外生菌根共生:共生真菌多样性及菌根形成的分子机制

大约2%的维管植物能够与17～18个目约280个属的真菌形成外生菌根关系.外生菌根关系的形成、宿主植物的专一化和宿主转移等事件可能是共生真菌物种分化的重要驱动力.比较基因组学研究发现,外生菌根真菌丢失了大量与植物细胞壁物质降解相关的基因.在外生菌根形成过程中,真菌与宿主植物之间借助多样化的信号分子完成相互识别,并且外生菌根真菌能够借助分泌效应蛋白抑制宿主植物的防御反应,促进菌根形成.本文对外生菌根真菌的多样性和分布规律,以及外生菌根形成的分子机制等方面进行了综述,并据此对后续研究提出展望.     

外生菌根真菌与内生细菌共生互作的研究进展

外生菌根真菌能与很多高等植物共生,广泛存在于自然界,在促进植物生长和养分吸收、增强宿主抗逆性及维持森林生态系统稳定等方面发挥着重要作用。除与寄主植物密切联系外,外生菌根真菌,在其生命周期中与细菌群落进行物理和代谢相互作用常形成共生关系。这些细菌对外生菌根真菌菌丝生长、生物量增加及子实体的形成具有积极影响。本文阐述了外生菌根真菌与内生细菌共生现象的发现、共生关系的建立、内生细菌促进外生菌根真菌生长和发育及宿主与微生物组的研究方法等,以期更好地巩固外生菌根真菌的生物学及生态学等基础性知识,并利用细菌与真菌的相互作用为可食用外生菌根真菌的生物防治、菌肥研究、人工驯化及栽培提供思路。     

外生菌根对干旱胁迫的响应

从外生菌根真菌、外生菌根共生体以及外生菌根的间接作用等方面阐述外生菌根如何抵制干旱胁迫,并对未来我国外生菌根的研究提出了建议。干旱可以抑制外生菌根真菌的生长并降低其群落中真菌的多样性,干旱胁迫下外生菌根真菌子实体可以利用深度30cm以下的土壤水,子实体的表面积和体积比可作为筛选抗旱真菌的一个重要因子;在遭受干旱胁迫时,外生菌根共生体可以发生形态变化来应对干旱,同时增加了植株水分的吸收并改善了植物的光合作用、活性氧以及激素等相关代谢;外生菌根对植物生长的促进作用、增加土壤碳汇以及对其他根际微生物生长的促进作用等对宿主植物应对干旱胁迫有利。未来我国外生菌根研究应加强对干旱区优良菌-树组合的筛选工作,同时加大对乡土外生菌根真菌资源的调查力度,未来研究应重点向分子生物学领域推进。     

外生菌根菌的分子生态学：分子标记基因、遗传个体及生态意义

外生菌根真菌与很多植物形成互利共生关系,在营养物质交换和碳循环等方面起着关键性的作用,是森林生态系统的重要组成部分。近期生物技术的发展使得人们对外生菌根菌的群体遗传学和分子生态学有了更加深入的认识。本文介绍了一些常用的鉴定外生菌根菌的分子标记,并对每种分子标记的特点及其适用范围进行了讨论。文中总结了几种常用的鉴定未知外生菌根菌的方法,指出了一些在研究外生菌根菌过程中需要克服的内在困难,其中之一就是很多外生菌根菌不可以人工培养,所以人们缺少对其地下部分分布规律和动态变化的了解。在寄主专一性、物种多样性和丰富度、遗传个体大小、繁殖方式等方面,近期对外生菌根菌的分子生物学研究已经获得了很多重要的结果。作者讨论了这些研究成果对于今后开展外生菌根菌研究的重要意义以及在森林生态系统保育方面的潜在应用价值。     

我国部分造林树种外生菌根真菌的初步调查研究

<正> 植物菌根的研究在国际上引起了人们的重视。现已发现80％以上的植物都有菌根,树木的菌根大部分是外生菌根。树木形成外生菌根后,增强了对养分、水分的吸收能力和抗逆能力。据不完全统计,能和树木共生形成外生菌根的真菌约有520种以上,其中大部分是担子菌纲(Basidiomycetes)中伞菌目(Agaricales)的真菌。已获得纯培养菌种的外生菌根真菌约有80种(COOKE,1977)。在我国分布的外生菌根真菌约有172种。1978年以来,我们对我国东北、华中、华南、华东等地区的部分重要造林树种的外生菌根真菌进行了初步调查研究,现将结果报道如下:     

四川都江堰亚热带针阔混交林中主要晚生型外生菌根真菌类群的空间分布

晚生型外生菌根真菌通常出现在森林演替的后期,是成熟林中的优势外生菌根真菌类群。对四川都江堰一片亚热带针阔混交林中的菌根真菌地上群落进行调查,并应用二元逻辑回归分析对晚生型外生菌根真菌的主要类群,即鹅膏菌科、牛肝菌科和红菇科,与周围(5m×5m样方)树种组成的关系进行研究。还应用次级变量分析方法对主要外生菌根真菌类群的空间格局进行了分析。结果表明,非外生菌根树种及某些外生菌根树种对特定类群菌根真菌子实体的出现有抑制作用,而不同类群外生菌根真菌在克隆生长上的差异并不是子实体空间分布的决定因素。我们认为,当研究自然林中外生菌根子实体的空间分布时,除了宿主植物的分布,也应考虑非宿主植物的分布以及菌根真菌相互作用的影响。     

四川都江堰亚热带针阔混交林中主要晚生型外生菌根真菌类群的空间分布

晚生型外生菌根真菌通常出现在森林演替的后期,是成熟林中的优势外生菌根真菌类群.对四川都江堰一片亚热带针阔混交林中的菌根真菌地上群落进行调查,并应用二元逻辑回归分析对晚生型外生菌根真菌的主要类群,即鹅膏菌科、牛肝菌科和红菇科,与周围(5 m×5 m样方)树种组成的关系进行研究.还应用次级变量分析方法对主要外生菌根真菌类群的空间格局进行了分析.结果表明,非外生菌根树种及某些外生菌根树种对特定类群菌根真菌子实体的出现有抑制作用,而不同类群外生菌根真菌在克隆生长上的差异并不是子实体空间分布的决定因素.我们认为,当研究自然林中外生菌根子实体的空间分布时,除了宿主植物的分布,也应考虑非宿主植物的分布以及菌根真菌相互作用的影响.     

外生菌根真菌对矿物风化作用研究进展

外生菌根真菌是生态系统的重要组成部分,其对岩石和矿物的风化作用可对生态系统的物质循环过程产生影响,并在一定程度上提高土壤养分的生物有效性,有利于改善植物营养状况。本文回顾了外生菌根真菌对矿物风化作用的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望。研究表明,外生菌根真菌可以通过向矿物表面施加物理压力、酸化根际环境以及络合矿物中的金属离子等途径加快包括磷灰石、云母、蛭石等矿物在内的风化进程,促使养分从矿物中析出,并使自身及与其共生的植物受益。但外生菌根真菌对矿物的风化作用受到诸如真菌与矿物的类型、土壤有效养分水平、氮素类型与水平、菌根真菌的生长条件以及根际其他生物的活动等多种因素的影响。目前,通过对矿质元素转移的定量计算、对真菌分泌物的测定分析、对菌丝与矿物颗粒接触面的直接观察分析以及对能量流动的监测等一系列途径,已经对外生菌根真菌矿物风化作用的现象和机理有了一定的认识,但针对这种现象所带来影响的定量计算及其生态意义还有待进一步探究。     

外生菌根缓解植物酸雨胁迫的机理研究进展

森林作为陆地生态系统的主体,是酸雨污染的主要受体,酸雨对生态系统产生着巨大的影响。菌根是菌根真菌与植物营养根的共生体。外生菌根真菌与宿主植物间互惠互利,在森林生态系统中,外生菌根在维持生态系统的养分平衡和改善树木营养等方面有重要的作用。本文综述了国内外关于菌根和酸雨关系的研究,酸雨能抑制外生菌根的形成,降低其活力;但另一方面,外生菌根能够缓解酸雨造成的植物危害,提高植株对酸雨的耐受力。外生菌根主要通过以下几方面缓解酸雨胁迫:(1)菌根形态结构的物理屏蔽作用;(2)增加养分吸收,增加御酸能力;(3)增强酶活性,提高植物生存能力;(4)产生有机酸或其他物质。     

菌根真菌是唱响生物共生交响曲的主角——菌根真菌专辑序言

地球上任何生物都不是单独进行生命活动和进化的,即生物之间更多的是依靠密切联合、共生互助、需求互补和共同发展。其中,陆地生态系统中的强大分解者真菌和强大生产者植物关系密切,特别是以菌根真菌(mycorrhizal fungi)为代表的植物共生真菌自始至终与植物共生,这一强-强共生联合在维持生态平衡、保存生态系统可持续生产力与生态系统综合服务功能体系中,其分布之广、作用之多、功能之强和贡献之大,可谓名副其实的生物共生体系中的主导者。近年来,中国在真菌与植物共生研究领域成绩斐然,占据世界重要地位。本期《菌物学报》"菌根真菌专刊"刊登了2篇综述和20篇研究报告。综述分别对丛枝菌根(AM)真菌在煤矿区生态修复应用研究和兰科植物与菌根真菌的营养关系进行了总结和热点论述;研究报告分别对菌物界球囊菌门AM真菌全球公认种的中文学名给予了全面规范正确的描述、对中国部分林区红桦外生菌根真菌多样性、华山松印度块菌菌根中的块菌交配型基因、AM真菌对枳吸收磷和分泌磷酸酶的影响、转Bt基因棉叶片腐熟物抑制AM真菌定殖及菌根对磷的吸收、低pH影响AM真菌丛枝发育和磷的吸收、接种AM真菌与间作对红壤上玉米和大豆种间氮素竞争的影响、AM真菌及其菌种组合对植物根结线虫病害的影响以及接种AM真菌和施加铁可协同降低水稻砷累积等方面进行了研究。本期内容基本体现了中国菌根真菌分类、物种多样性、生理学、生态学、生理生态效应与作用机制研究的最新进展,对当前和今后开展植物共生真菌的研究具有重要的引领作用。     

丛枝菌根真菌生物地理学研究进展

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)普遍存在于陆地生态系统中,能与绝大多数高等植物形成菌根共生体系。AMF能够促进植物对矿质养分的吸收,增强植物的抗逆能力,在维持生态系统稳定性和生产力中发挥着重要作用。AMF生物地理学主要研究AMF的生物地理分布格局和群落构建机制,对于理解AMF在不同生态系统中的重要性至关重要。总结了AMF生物地理学最新研究进展及研究方法,提出了AMF生物地理学研究理论框架。认为AMF在自然界中并非简单随机分布,宿主植物、地理因子、气候因子和土壤因子共同决定AMF的群落结构,不同尺度下的AMF群落构建符合生态位-中性连续统假说,但在不同尺度下这些驱动因子的相对重要性不同。在全球尺度和区域尺度下,AMF的地理分布格局主要受地理距离和气候因子的影响,中性理论的作用大于生态位理论。随着空间尺度的缩减,宿主植物和环境因子对AMF群落的影响胜过地理距离和扩散限制的作用,生态位理论取代中性理论在AMF群落构建中的主导地位。此外,很多研究发现,同一生境中AMF的群落构建机制并非一成不变,会随环境的变化而发生改变。在未来的研究中,应在野外调查和公共数据库的基础上加强整合分析和数据挖掘工作,从而进一步丰富和完善AMF生物地理学理论。     

植物与菌根菌

菌根是土壤中的真菌与高等植物根系所形成的共生体。共生真菌从植物体内获得碳水化合物等营养物质,而植物根也从真菌那里得到所需的营养元素和水,从而互利共生,共同进化。有趣的是,有些真菌对于一种植物来说是菌根菌,而对另一种植物来说可能是寄生菌或病原菌。据统计,种子植物中９５％以上的种能与接合菌、子囊菌、担子菌等亚门的真菌共生,形成菌根。菌根学者习惯上根据其形态解剖学特征,将菌根分为三大类：外生菌根、内生菌根、内外生菌根。外生菌根是菌根真菌菌丝体包围植物尚未木栓化的营养根形成的,其菌丝体不侵染到皮层细胞内…     

菌根真菌的生理生态功能

菌根真菌是土壤中重要生物成员之一,不仅具有丰富的遗传多样性和物种多样性,其功能也是丰富多样,主要体现在：1）影响陆生植物起源、进化、演化与分布;2）促进植物的生长发育;3）提高植物的抗逆性;4）修复污染与退化土壤、改善土壤质量与健康状况;5）促进农林牧业的生产;6）保持生态平衡、稳定生态系统及其可持续生产力.随着技术发展和研究的深入,菌根真菌新功能将会不断被发现.     

菌根真菌与植物共生营养交换机制研究进展

菌根是陆地生态系统普遍存在的、由土壤中的菌根真菌侵染宿主植物根系形成的联合共生体.菌根的建立是以共生体双方的营养交换为基础的:菌根真菌从土壤中吸收氮、磷等营养物质并转运给宿主植物,供其生长;作为交换,植物则以脂质或糖的形式向菌根真菌提供其生长所必需的碳水化合物.近年来,菌根真菌与宿主植物间的营养交换机制一直是研究的热点,国内外对菌根真菌介导的植物营养物质吸收和转运机制的研究也取得了巨大进展.本文综述了丛枝和外生两种菌根真菌与宿主植物间营养交换的最新研究进展,尤其是碳、氮、磷等几种重要营养物质的吸收与双向转运机制,以及营养交换在菌根形成中的潜在调控作用,并对目前存在的关键问题和未来研究方向进行了分析和展望,这对菌根模型的建立及菌根效益的优化具有重要意义.     

菌根真菌的生理生态功能

菌根真菌是土壤中重要生物成员之一,不仅具有丰富的遗传多样性和物种多样性,其功能也是丰富多样,主要体现在：1）影响陆生植物起源、进化、演化与分布;2）促进植物的生长发育;3）提高植物的抗逆性;4）修复污染与退化土壤、改善土壤质量与健康状况;5）促进农林牧业的生产;6）保持生态平衡、稳定生态系统及其可持续生产力.随着技术发展和研究的深入,菌根真菌新功能将会不断被发现.     

外生菌根与植物抗重金属胁迫机理

外生菌根是外生菌根真菌和植物营养根形成的共生体,能够增加植物对污染胁迫的抵抗能力。本文综述了20多年来国内外研究外生菌根增加植物抗重金属毒害的成果,指出了外生菌根在植物抗重金属毒害中的积极作用,并概括其抗性的主要机理为：外延菌丝的吸收作用;菌根分泌物的调节与螯合作用;菌根菌套或哈蒂氏网吸收过滤有毒金属;菌根菌套的疏水性作用。在研究外生菌根抗重金属毒害机理的基础上,提出了该领域今后的研究前景。     

中国菌根研究60年:过去、现在和将来

菌根(真菌根系)存在于大约90%的植物中,在促进土壤结构、植物养分与生长、元素生物地球化学循环和陆地生态系统结构与功能等方面具有重要作用.过去60年尤其是近30年,中国菌根研究成果举世瞩目,如共鉴定出20种新种与120余种新记录种丛枝菌根真菌、30种新种与800余种新记录种外生菌根真菌以及10种新种与100余种新记录种兰花菌根真菌.同时,在菌根真菌菌种丰富度与遗传结构、菌种生态分布与植物种群,植物养分摄取与生长、植物修复与土地复垦、植物抗病性和与其他土壤微生物相互作用、菌根植物酶学性质及大气CO2和O3浓度升高对丛枝菌根多样性的影响等方面也取得重大进展.本文选介中国菌根主要研究成就,进行研究前景展望,以促进我国菌根研究的深入开展.     

兰科菌根的生态学研究进展

兰科植物(Orchidaceae)是典型的菌根植物,自然条件下其种子的成功萌发和生长的早期阶段对菌根真菌有绝对的依赖性,在有些成年兰科植物中菌根真菌仍起着重要的作用。目前大部分兰科植物已为濒危物种,鉴于兰科植物天然的菌根共生关系,开展兰科植物和菌根真菌互作的生态学研究不仅具有极高的科研价值,更有助于兰科植物的物种保护和野生种群的生态恢复。近年研究表明,兰科植物对真菌的选择和二者共生关系的建立与菌根真菌的空间分布和丰度密切相关,然而当前对自然环境中兰科菌根真菌的实际分布还了解甚少,因此文章从生态学角度系统分析兰科植物与菌根真菌的关系,探讨该领域的研究热点,旨在为兰科菌根的生态学研究提供参考。     

植物功能生物地理学的研究进展与展望

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了重要进展。该文综述了植物功能生物地理学的核心内涵、发展历史、主要研究进展和未来展望。性状是功能生物地理学的研究核心,该文先总结了植物叶、茎、根、花、果实和种子等器官和整株关键性状的地理格局及其与环境间的关系,表明性状变异是植物适应进化和环境筛选的结果;概述了功能多样性的常用指标、地理分布与生态成因;介绍了性状数据的主要来源与性状缺失值的填充方法。随后,综述了植物性状间的关联与权衡,重点介绍了叶经济谱和植物经济谱的发展,指出其反映了植物对关键资源(如碳、养分和水分)的获取与分配策略;概述了基于性状预测物种分布的依据与进展,以及性状多样性与生态系统功能间的关系。在此基础上,提出了功能生物地理学研究所面临的挑战,强调未来研究要关注多性状在种内和种间的协同与权衡关系,将研究精度从物种水平推进到个体水平,采用性状网络等方法定量化性状间的关系及其对环境变化的响应,关注植物跨尺度的适应...     

亚热带森林菌根植物根系真菌群落结构对氮磷添加的响应

植物根系真菌对维系植物的营养吸收和健康具有重要作用。本研究分析了不同菌根类型植物根系中真菌的群落结构对外源氮(N)、磷(P)、氮和磷(NP)输入的响应。试验采集了无添加(对照)和N、P、NP添加处理下亚热带森林3种菌根类型(丛枝菌根、外生菌根、欧石楠菌根)9种植物的根系，运用高通量测序技术检测根系中真菌的多样性和群落组成。结果表明：9种植物根系真菌群落均主要由担子菌门和子囊菌门组成；P添加下子囊菌门的相对多度显著低于对照，而担子菌门的相对多度显著高于对照。欧石楠菌根植物根系中子囊菌门的相对多度显著高于丛枝菌根和外生菌根植物，而其担子菌门的相对多度显著低于丛枝菌根和外生菌根植物。与对照相比，P添加显著降低了植物根系中真菌的α多样性，改变了不同菌根类型植物根系中真菌的群落组成，而N添加和菌根类型的影响不明显。与对照和N添加相比，NP添加使全部植物根系中真菌群落变异程度更大，即群落整体更加趋异，而外生菌根植物根系中的真菌群落比丛枝菌根植物根系中的真菌群落变异更小，即群落更趋同。综上，P养分是影响亚热带森林土壤中树木根系真菌群落结构的关键因素。本研究有助于提升对全球环境变化下亚热带地区植物根系...