不同传播方式的内生真菌感染对羽茅的生理生态影响北大核心CSCD

通过田间试验,研究了垂直传播的Neotyphodium属内生真菌和水平传播的Epichloё属内生真菌对羽茅(Achnatherum sibiricum)生理生态的影响。结果表明:Neotyphodium属内生真菌感染对羽茅的株高和叶长有显著的正效应,而Epichloё属内生真菌感染对羽茅株高和叶长的增益作用较少。感染Neotyphodium属内生真菌的羽茅最大净光合速率显著高于感染Epichloё属内生真菌的羽茅,Neotyphodium属内生真菌显著提升了羽茅的气孔限制值和水分利用效率,而实验测定的第一年结果显示:Epichloё属内生真菌对羽茅的各个光合指标具有明显的负效应(胞间CO2浓度除外)。Neotyphodium属内生真菌感染使得宿主植物积累的可溶性糖含量显著高于感染Epichloё属内生真菌的羽茅和不染菌的羽茅植株。感染Epichloё属内生真菌的羽茅中氮含量显著高于感染Neotyphodium属内生真菌的羽茅。总之,内生真菌的传播方式是影响羽茅生理生态学特性的一个因素,并且垂直传播的内生真菌对羽茅生长和生理特性的益处高于水平传播的内生真菌。     

内生真菌对羽茅生长及光合特性的影响

通过温室栽培实验,以感染两种内生真菌(Neotyphodium sibiricum和Neotyphodium gansuence)和未感染内生真菌的羽茅(Achnatherum sibiricum)为实验材料,分析感染不同种内生真菌对宿主植物的生长及光合特性的影响。结果表明,感染两种内生真菌羽茅的株高和CO₂补偿点显著低于未染菌的羽茅,而染菌羽茅的蒸腾速率和气孔导度显著高于未染菌羽茅,但对于感染不同种内生真菌的羽茅,无论是分蘖数与生物量的积累还是光合生理值之间均无显著差异。     

内蒙古中东部草原羽茅内生真菌的分类

从内蒙古中东部草原7个不同地理种群的羽茅Achnatherum sibiricum中分离、培养得到484株内生真菌,根据其形态学特征进行了分类学鉴定。结果表明,其中大部分菌株属于Neotyphodium内生真菌,并发现有少量Neotyphodium有性型Epichloё菌株存在。通过与已发表模式菌株的比较,鉴定其中两个种为N.chisosum和N.huerfanum。N.chisosum为羽茅内生真菌的优势种,而N.huerfanum是首次在羽茅中被发现。对其余暂未能确定种的菌株的菌落和显微形态特征进行了详细描述。不同地理种群羽茅内生真菌的分离率有自东向西增加的趋势,而内生真菌的形态多样性有自东向西减少的趋势。     

刈割干扰和养分添加条件下Epichloë内生真菌感染对羽茅所在群落多样性和生产力的影响

Epichloë内生真菌感染能够影响宿主植物的种内和种间竞争力, 但目前关于内生真菌感染对宿主植物所在群落多样性和生产力影响的研究较少。该研究以感染(E+)和不感染(E-)内生真菌的羽茅(Achnatherum sibiricum)及其原生境中常见的5种植物构建人工群落, 探究在不同养分水平和刈割条件下内生真菌对宿主植物群落的影响。结果表明: 内生真菌对宿主植物群落多样性的影响同刈割与否有关。在无刈割条件下, 内生真菌感染对宿主群落多样性无显著影响; 在刈割条件下, 内生真菌感染显著增加了宿主群落的多样性, 其原因在于内生真菌感染显著增加了群落中多度较小的冰草(Agropyron cristatum)和大针茅(Stipa grandis)等的多度, 而显著降低了优势种羊草(Leymus chinensis)的多度。内生真菌感染对群落生产力未见显著影响。研究发现养分添加对内生真菌作用的影响只出现在宿主植物水平, 而对宿主植物所在群落未产生显著影响, 内生真菌对宿主羽茅的促进作用只出现在养分添加条件下。     

内生真菌对草坪植物病原真菌抑制作用的比较

分别从野生牧草羽茅(Achnatherum sibiricum (L.) Keng)、栽培种高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)(品种Millennium)、栽培种黑麦草(Lolium perenne L.) (品种Justus)中分离出内生真菌Neotyphodium sp.、N. coenophialum和N. lolli,通过体外培养法比较了这3种内生真菌对草坪植物病原真菌的抑制作用.结果表明,从羽茅中分离的内生真菌Neotyphodium sp.在两菌相交前对所有供试的病原真菌都有一定的抑制作用,其中对枝孢霉属(Cladosporium sp.)、弯孢霉属(Curvularia sp.)和拟茎点属(Phomopsis sp.)病原真菌的抑制效果尤为显著,对峙培养3d后的抑菌率分别达70.1%、52.3%和30.9%,营养竞争作用、重寄生作用是其主要的拮抗机制;从高羊茅中分离的内生真菌N. coenophialum对枝孢霉属病原真菌存在一定的抑制作用;而从黑麦草中分离的内生真菌N. lolli与病原真菌对峙培养时,病原真菌菌落慢慢侵占整个营养空间,内生真菌停止生长并逐渐褐变死亡.体外培养结果说明Neotyphodium sp.对供试病原真菌的拮抗效果优于N. coenophialum和N. lolli,由此推测Neotyphodium sp.与宿主植物羽茅的共生可能有利于宿主植物抵抗病原真菌的侵扰.     

干旱胁迫下内生真菌感染对羽茅的生理生态影响

本研究在田间环境下对感染和未感染内生真菌的天然宿主羽茅（Achnatherum sibiricum (L. ) Keng）进行了干旱胁迫实验,结果发现在干旱胁迫下,内生真菌感染对宿主植物的营养生长、生物量累积和叶绿素含量都没有显著影响,但对宿主植株光系统II光化学效率（Fv/Fm）的维持产生了有利效应。同时,内生真菌感染缓解了宿主植物细胞膜的旱害程度,表现在与未感染植株相比,感染植株的丙二醛（MDA）含量显著降低,但内生真菌的感染并未促使宿主植物体内保护酶如超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性的增加,只是显著增加了类胡萝卜素的含量。因此我们推测在羽茅中,内生真菌对宿主植物的保护作用可能更多的体现在非酶系统上。     

内生真菌对氮添加羽茅根际土壤特性和微生物群落的影响

内生真菌不仅能改变与其共生植物的生理和生长指标,还可通过宿主植物间接对土壤的理化性质和微生物群落结构产生影响。以天然禾草——羽茅(Achnatherum sibiricum)为研究材料,探究在不同施氮水平下,内生真菌的种类对不同基因型的宿主植物根际土壤理化性质和微生物群落产生何种影响。结果表明,内生真菌侵染显著提高了羽茅根际土壤的pH值和微生物总量,但降低了土壤中真菌与细菌的比值。同时,土壤的pH值还受到了内生真菌种类的影响,其中感染Epichlo3 sibirica的羽茅根际土壤pH显著高于感染Epichlo3 gansuense-1的羽茅,而感染Epichlo3 gansuense-2的羽茅根际土壤pH与感染E.gansuensis-1、E.sibirica菌的羽茅相比没有显著差异。另外,内生真菌感染与否、内生真菌种类、施氮量以及宿主植物基因型对土壤总碳、总氮、微生物及碳矿化能力均无显著影响。     

本氏针茅根际土提取物对本氏针茅及其优势种种子萌发的影响

以本氏针茅及其优势种大针茅和百里香种子为受体,采用生物检测的方法研究了0(对照)、0.1、0.2和0.5g/mL本氏针茅根际土甲醇浸提液和水浸提液对3种受体种子萌发的影响,以探究草地演替过程中物种间的生态关系和化感作用的表现形式。结果显示:(1)甲醇浸提液对3种受体种子的发芽均有抑制作用;水浸提液对本氏针茅发芽有促进作用,对百里香有部分促进作用,而对大针茅有抑制作用。(2)甲醇浸提液对本氏针茅和大针茅胚根和胚芽生长无显著影响,而抑制百里香胚根和胚芽的生长;水浸提液对本氏针茅胚根生长无显著影响,对本氏针茅胚芽生长具有显著促进作用,而对其它两种受体胚根和胚芽均无显著影响。(3)各种浓度甲醇浸提液对大针茅和百里香生长表现出了化感综合抑制效应,对本氏针茅生长于0.2g/mL时表现出化感综合抑制效应,其它2种浓度(0.1、0.5g/mL)表现为化感综合促进效应;水浸提液对本氏针茅和百里香表现为化感综合促进效应,而对大针茅表现为化感综合抑制效应。研究表明,本氏针茅根际土甲醇浸提液和水浸提液的化感物质存在差异;不同受体对同一浸提液反应不同,同一受体对不同浸提液的反应也不同。     

内生真菌感染对宿主羽茅及邻生植物抗病性的影响

Epichloë内生真菌能够影响宿主植物的抗病性, 但目前关于内生真菌感染对宿主邻生植物抗病性影响的研究很少。该研究首先调查了内蒙古呼伦贝尔天然草地中植物病害发生情况, 发现在常见牧草中禾本科植物病害最为严重, 其中感染内生真菌的羽茅(Achnatherum sibiricum)的总病情指数最低。进一步比较了与羽茅邻生及非邻生植物的病害差异, 结果显示羽茅显著降低了邻生羊草(Leymus chinensis)、狼针草(Stipa baicalensis)和冰草(Agropyron cristatum)的褐斑病病情指数。为探究羽茅对邻生植物病害的影响是否与其内生真菌有关, 分别从内生真菌发酵液、离体叶片和植株层面进行了室内验证试验。结果表明: 羽茅的2种内生真菌Epichloë gansuensis和Epichloë sibiricum发酵液显著抑制了新月弯孢(Curvularia lunata)、根腐离蠕孢(Bipolaris sorokiniana)、核盘菌(Sclerotinia sclerotioru)和三叶草核盘菌(Sclerotinia trifoliorum)的生长; 对于离体叶片, E. gansuensis和E. sibiricum显著减小了宿主叶片受4种病原真菌侵染后的病斑长度。在新月弯孢和根腐离蠕孢的植株接种条件下, 内生真菌显著降低了宿主羽茅及邻生植物羊草的病害程度。该研究首次发现并验证了羽茅内生真菌对邻生禾草抵御褐斑病有一定的增益作用。     

喷施茉莉酮酸甲酯及感染内生真菌对羽茅生长的影响

以天然禾草羽茅为试验材料,外源喷施茉莉酮酸甲酯(MJ)模拟食草昆虫的采食,研究感染内生真菌(染菌)和不染菌羽茅生长及生理等方面的差异.结果表明:MJ处理显著降低了羽茅地上部分生长,显著提高了其防御物质总酚和木质素的含量,并降低了蚜虫种群数量.染菌能显著增加羽茅的分蘖数及地上总酚和木质素的含量,但地上生物量和地下总酚含量受到MJ处理的影响,在不喷施MJ的对照中,染菌与否对羽茅的地上部生物量及地下总酚含量无显著影响,而MJ处理下,染菌植株的地上生物量显著低于不染菌植株,而地下总酚含量显著高于不染菌植株.染菌能显著降低羽茅上蚜虫的种群数量,而且这一影响被MJ处理所促进,当受到3次MJ喷施处理后,染菌羽茅上不再有蚜虫.表明内生真菌感染能够改变宿主植物在生长和防御之间的物质分配,MJ处理则进一步促进染菌植株以牺牲生长为代价而提高其防御能力.     

Endophyte species influence the biomass production of the native grass Achnatherum sibiricum (L.) Keng under high nitrogen availability

Research on the interaction of endophytes and native grasses normally takes infection status into account, but less often considers the species of endophyte involved in the interaction. Here, we examined the effect of endophyte infection, endophyte species, nitrogen availability, and plant maternal genotype on the performance of a wild grass, Achnatherum sibiricum. Six different Epichloë‐infected maternal lines of A. sibiricum were used in the study; three lines harbored Epichloë gansuensis (Eg), while three lines harbored Epichloë sibirica (Es). These endophytes are vertically transmitted, while Eg also occasionally produces stromata on host tillers. We experimentally removed the endophyte from some ramets of the six lines, with the infected (E+) and uninfected (E?) plants grown under varying levels of nitrogen availability. Eg hosts produced more aboveground biomass than Es hosts only under high nitrogen supply. Endophyte species did not show any influence on the maximum net photosynthetic rate (P_max), photosynthetic nitrogen use efficiency, or total phenolics of A. sibiricum under all nitrogen conditions. However, the plant maternal genotype did influence the P_max and shoot biomass of A. sibiricum. Our results show that endophyte species influenced the shoot biomass of A. sibiricum, and this effect was dependent on nitrogen supply. As with most coevolutionary interactions, A. sibiricum that harbored Eg and Es may show pronounced geographic variation in natural habitats with increased nitrogen deposition. In addition, stroma‐bearing endophyte (Eg) provides positive effects (e.g., higher biomass production) to A. sibiricum plants during the vegetative growth stage.     

乡土植物白刺花对紫茎泽兰化感作用的响应

为了解乡土植物白刺花对紫茎泽兰化感作用的耐受程度及抵御机理,以2—3年生紫茎泽兰叶片为供体材料,用不同浓度的紫茎泽兰叶片浸提液处理白刺花种子及幼苗。结果表明:紫茎泽兰叶片浸提液对白刺花的影响为低浓度促进,高浓度抑制。当浓度为0.5%时促进效应最强,当浓度大于2.0%时抑制效应明显增加。白刺花种子萌发速率比萌发率对紫茎泽兰化感作用反应敏感,胚轴比胚根敏感,随着幼苗的生长,其抵御紫茎泽兰化感作用的能力逐渐增强,丙二醛的含量与植株生长响应规律相对应,并且经紫茎泽兰浸提液处理能极大的增加白刺花幼苗菌根率,缩短菌根形成的时间。     

Host genotype overrides endophyte infection effects on growth,physiology, and nutrient content of a native grass,Achnatherum sibiricum

The effect of infection by the fungal endophyte Neotyphodium, host genotype, and their interaction on growth and physiology, as well as photosynthesis, was investigated in the native grass Achnatherum sibiricum. We artificially inoculated the endophyte into mature tillers of endophyte-free A. sibiricum. Plants were clipped to 5 cm height after recording growth traits, and analyzed for total nonstructural carbohydrates (TNC %), the percentage of nitrogen (N %), and carbon (C %) in leaves before and after clipping. In our study, the prominent host genotype–endophyte infection interactions detected in A. sibiricum indicates that, for many growth and storage traits, endophyte infection can impact a little change. However, there is no overriding consistently positive effect of the endophyte on growth or storage in A. sibiricum before or after clipping. Our study showed that the interaction between endophyte and host grasses was highly contingent on plant genotypes. We found host genotype overrode fungal endophyte infection in influencing tiller number and photosynthetic properties of A. sibiricum before clipping. After clipping, host genotype accounted for more of the variation in regrowth and above-ground biomass of A. sibiricum than endophyte infection. Our study showed that host genotype affected the total nonstructural carbohydrates of A. sibiricum before and after clipping, whereas endophyte infection increased the carbon content after clipping. Genotype by infection interactions for plant height, leaf mass, total nonstructural carbohydrates, and photosynthetic characteristics indicated genotype-specific effects of endophytes on A. sibiricum physiology and photosynthetic capacity. The host genotype–endophyte infection interactions detected in A. sibiricum suggest that host genotype overrides fungal endophyte infection on growth, physiology, and nutrient content of this native grass. In contrast, endophyte effects did not appear to positively affect growth, physiology, or photosynthetic capacity before or after clipping.     

Fungal endosymbionts affect aphid population size by reduction of adult life span and fecundity

The symbiosis between grasses and endophytic fungi is a common phenomenon and can affect herbivore performance through acquired, chemical plant defence by fungal alkaloids. In laboratory experiments, two species of common grass aphids, Rhopalosiphum padi and Metopolophium dirhodum were tested, in a population experiment (on four plant cultivars) and individually (on one plant cultivar) for the effects of the endophyte, Neotyphodium lolii, that forms symbiotic associations with perennial ryegrass Lolium perenne. In the population experiment that lasted for four aphid generations both aphid species showed decreased population sizes when feeding on each of the four endophyte-infected cultivars. Individuals of R. padi tested individually showed reduced adult life span and fecundity when feeding on infected plants. Individuals of M. dirhodum showed no response in any of the traits measured. This suggests that R. padi individuals are more sensitive to endophyte infection than M. dirhodum individuals. However, all infected grass cultivars reduced population sizes of both aphid species over four generations. Therefore, fungal endophytes can reduce populations of aphid herbivores independent of plant cultivars.     

氮沉降对不同入侵程度加拿大一枝黄花化感作用的影响

为探究全球氮沉降影响外来植物入侵扩张的作用机制,该文通过受控模拟试验,以入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)为对象,研究了三种氮水平(N0、N5和N12)下五种不同入侵程度(种内及种间竞争)的加拿大一枝黄花凋落叶浸提液对本地植物莴苣(Lactuca sativa)种子萌发和幼苗生长化感作用的影响。结果表明:(1)N0、N5和N12处理下的不同入侵程度加拿大一枝黄花凋落叶浸提液均显著抑制莴苣的萌发和生长,其中N5土壤入侵初期(S1A3)处理浸提液的化感作用最显著,其发芽速度指数、发芽活力指数、根长、株高和叶长比对照分别降低了61%、79%、84%、68%和13%,此时凋落叶中的总酚和总黄酮含量最高,分别为0.48 mg·g^-1和1.50 mg·g^-1。(2)相同氮添加下,入侵程度对加拿大一枝黄花化感作用有显著影响,随着入侵程度的增加,加拿大一枝黄花化感作用显著减弱,入侵初期(S1A3)凋落叶化感作用显著高于入侵后期(S3A1)。(3)相同入侵程度下,氮添加对加拿大一枝黄花化感作用有显著影响,N5处理的加拿大一枝黄花化感作用比N0或N12处理显著增加。(4)氮添加与入侵程度有交互作用,两者共同作用显著影响了莴苣种子的综合化感作用。综上结果表明,氮沉降可能会增强入侵初期加拿大一枝黄花凋落叶对本地植物的化感抑制作用,进一步促进外来植物的成功入侵,为进一步研究加拿大一枝黄花的化感作用及生态防治提供了一定的理论参考。     

黄土丘陵区草本群落演替中先锋种群茵陈蒿浸提液的化感作用

为探索自然演替中植被群落结构与化感作用之间的关系,以黄土丘陵区自然演替中先锋种群茵陈蒿为研究对象,通过种子萌发试验,分析演替初期优势种群茵陈蒿浸提液(甲醇浸提液和水浸提液)对自身以及伴生种种子萌发以及幼苗生长的影响,从化学生态学角度解释演替初期群落结构形成的原因。结果表明,茵陈蒿浸提液对3种伴生种(铁杆蒿、白羊草和达乌里胡枝子)的种子萌发均有显著化感作用,低浓度(0.002g/m L)时表现为促进或轻微的抑制作用,高浓度(0.2g/m L)时为较强的抑制作用;不同部位茵陈蒿浸提液的化感作用不同,相比之下,地上部的抑制作用更为强烈,其浸提液均抑制铁杆蒿、白羊草和达乌里胡枝子的种子萌发,尤其在浓度为0.2 g/m L时,达到完全抑制;根系甲醇浸提液对铁杆蒿种子萌发的抑制作用要强于同浓度下的水浸提液,而地上部水浸提液对受体植物根芽的作用大于甲醇浸提液。茵陈蒿对于自身具有一定的抑制作用,表现为高浓度(0.2和0.02 g/m L)的水和甲醇浸提液抑制自身种子萌发和幼苗生长。研究结果说明化感作用可能是该地区在演替前期形成以茵陈蒿为优势种植被群落的重要原因之一。创新点:从化学生态学的角度解释了黄土丘陵区植被演替初期植物之间的关系以及群落结构形成的原因,为认识自然恢复的内在机理提供了新的视角。     

野生露珠杜鹃林不同分解层的土壤化感潜力

探明野生杜鹃群落不同层次土壤浸提物的化学成分及其含量差异,为阐明杜鹃群落天然更新障碍与化感作用之间的关系提供基础数据,从化学生态学角度解释群落天然更新障碍的原因。通过种子发芽试验,比较凋落物层(L层)、腐殖质层(H层)和土壤表层(S层)浸提液对自身种子萌发的化感效应,采用内标法结合气相色谱-质谱(GC/MS)联用等技术鉴定土壤浸提液所含的有机化合物。(1)种子发芽试验显示,露珠杜鹃不同土壤层浸提液的化感效应不同。L层的抑制作用最为强烈,其浸提液显著抑制自身种子的萌发。H层和S层对自身具有一定的抑制作用,与对照相比不显著;(2)鉴定了不同层次土壤浸提液中所含的有机化合物,L层、H层和S层均检测出31种组分,其中相对含量大于5%的组分分别有6、8和8种。L层浸提液主要化感成分为丙三醇和棕榈酸,分别达到总量的19.56%和19.17%;H层主要化感成分为2-羟基丙酸和棕榈酸,分别达到总量的14.05%和12.48%;S层土壤浸提物的主要化感成分为棕榈酸和2-羟基乙酸,分别达到总量的14.91%和12.79%。野生露珠杜鹃不同土壤浸提物的化感物质含量以L层最高,L层作为群落土壤化感物质的主要来源;从化感物质组分来分,长链脂肪酸和有机酸类是H层和S层主要的化感物质种类,长链脂肪酸类和醇类是L层主要的化感物质种类。杜鹃群落林下土壤中存在的化感物质可能是其天然更新障碍的重要原因之一。