自然入侵条件下黄顶菊丛枝菌根定殖及发育的研究

为探讨丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌在黄顶菊Flaveria bidentis入侵过程中可能发挥的作用,首先调查和研究了黄顶菊AM的侵入和生长表现。在黄顶菊入侵严重的河北省选择采样地点,分别从衡水地区的滨湖新区小北田村、冀州市漳下村、枣强县北王庄村、桃城区八里庄村、滨湖新区顺民庄村和滨湖新区刘家台村6个地点按黄顶菊重、中、轻3种盖度和不同生育期(苗期、花期和结籽期)采集根系和根区土样。分离根区土壤中AM真菌孢子、观察AM发育特征、测定孢子密度、AM真菌侵染率、丛枝着生率等,并与土壤理化性质进行了相关性分析。结果在各采样地点均观察到AM典型结构,不同样地菌丝侵染率、I型丛枝密度以及孢子密度的最大值均出现在八里庄村,泡囊密度和A型丛枝密度的最大值分别出现在小北田村和刘家台村;不同盖度下AM真菌侵染率最高值均出现在重度侵染区;不同生长时期黄顶菊的AM也有差异,除了丛枝密度最高值出现在花期和菌丝侵染率差异不显著外,菌丝侵染率、泡囊密度和孢子密度均在结籽期出现最大值。土壤理化特性也显著影响黄顶菊AM的发育,菌丝侵染率与土壤有机质呈显著正相关,与p H值呈显著负相关,与速效P含量呈极显著负相关;A型丛枝密度与p H含量呈显著负相关;I型丛枝密度与土壤全N含量呈极显著正相关;孢子密度与有机质含量和全N含量均呈显著正相关。因此,AM真菌侵染可能会促进黄顶菊的入侵。     

丛枝菌根共生体中碳、氮代谢及其相互关系

丛枝菌根共生体(arbuscular mycorrhiza, AM)是丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)与宿主植物之间形成的互惠共生形式.共生体中的碳、氮交换和代谢影响着宿主植物和共生真菌之间的营养平衡和资源重新分配,在物质和能量循环中发挥着重要作用.宿主植物光合固定的碳输送到真菌内,并且分解和释放真菌所需的生命物质和能量,包括促进孢子萌发、菌丝生长和提高氮等营养元素的吸收;而菌根真菌利用宿主植物提供的碳骨架和能量,发生氮的转化和运输,最终传递给宿主植物供其利用.本文综述了丛枝菌根共生体中碳、氮传输和代谢的主要模式,碳、氮的交互影响和调控机制,以促进丛枝菌根在可持续农业和生态系统中的应用.     

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。     

AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理

土壤重金属污染威胁人类健康和整个生态系统,而高效、低耗、安全的生物修复技术显示出了极大的应用潜力,特别是利用植物-微生物共生体增强生物修复效应的应用.丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与90％以上的陆生高等植物形成共生体.研究发现,AM真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性.当前,利用AM真菌开展重金属污染土壤的生物修复已经引起环境学家和生态学家的广泛关注.基于此,围绕AM真菌在重金属污染土壤生物修复作用中的最新研究进展,从物理性防御体系的形成、对植物生理代谢的调控、生化拮抗物质的产生、基因表达的调控等角度探究AM真菌在重金属污染土壤生物修复中的作用机理,以期为利用AM真菌开展重金属污染的生物修复提供理论依据,并对本领域未来的发展和应用前景进行了展望.     

丛枝菌根网络的生态学功能研究进展

丛枝菌根(AM)真菌是陆地生态系统中重要的土壤微生物之一.其在土壤生态系统中延伸出的根外菌丝,可以通过菌丝融合的方式形成丛枝菌根网络(AMN).AMN在土壤生态系统中发挥着重要功能：一方面,AMN可以改变土壤的理化性质,其根外菌丝分泌物可以影响土壤微生物生存的微环境,进而改变土壤微生物的群落组成;另一方面,AM真菌的根外菌丝可以吸收土壤养分,并通过AMN将吸收的营养物质在宿主植物间进行分配,调节植物物种之间的竞争关系.为了全面阐述AMN在生态系统中的功能,本文围绕最新的AMN研究成果,探究AM真菌根外菌丝在土壤中相互融合的机制、AMN影响土壤微生物的数量和组成、调节植物群落的生态学机理,以及AMN调节地下资源、植物种内和种间竞争、影响植物群落的多样性和丰富度等生态系统功能.阐述在全球变化过程中AMN与大气氮沉降、CO₂浓度升高以及温度升高的相关性,探究其在维持生态系统稳定性中的作用,并对本领域未来的发展方向和应用前景进行展望.     

丛枝菌根真菌形态结构、物种多样性和群落组成对氮沉降响应研究进展

工业革命以来,人类活动输入到生态系统中的氮迅速增加,已突破地球所能承受的氮循环阈值。过量氮沉降会造成生物多样性丧失等一系列危害,严重影响生态系统结构和功能。丛枝菌根(AM)真菌能够与大约70%-80%的陆地植物种类形成共生关系,在宿主植物养分吸收、抵抗外界不良环境压力、群落动态和物种共存、生物地球化学循环等方面具有重要的作用。探究AM真菌对氮沉降的响应对认识和把握菌根真菌缓解氮沉降的负面后果,维持生态系统的结构和功能具有重要意义。本文综述了AM真菌的形态结构、物种多样性和群落组成等对氮沉降的响应机制。前人研究表明氮沉降通常降低AM真菌的根系定殖率,减少根外菌丝密度和土壤孢子密度,改变菌丝生长的时间动态;降低AM真菌多样性,改变AM真菌群落组成。氮沉降主要通过缓解植物氮限制、降低植物对菌根的依赖性、减少植物对菌根的碳分配、改变根系和土壤中菌根生物量比率、在植物根内维持稳定的菌根真菌组成作为应对未来扰动的“保险”、改变土壤资源有效性及土壤酸度等直接和间接途径影响AM真菌结构和功能。我们建议在未来研究中整合多组学手段、开展学科交叉,聚焦复杂的生物互作体系对氮沉降的响应机制,以及AM真菌对氮沉降响应的生态后果。     

AM真菌与非菌根植物的相互作用关系

丛枝菌根(AM)真菌作为一类在全球分布广泛的土壤微生物,能够与陆地上大多数的维管植物形成专性共生关系,对于植物营养吸收和生态系统功能具有重要作用.而较少量的维管植物如苋科、黎科、石竹科、十字花科等植物被认为是非菌根植物.目前,对于这些非菌根植物与AM真菌之间的相互作用关系研究少且分散,缺乏系统总结.本文综述了非菌根植物的类型以及低侵染的原因,邻体植物形成的菌丝网络对AM真菌侵染非菌根植物的影响,并探讨AM真菌和非菌根植物之间可能存在的相互作用,以及植物-AM真菌之间的物质交换及可能存在的生态功能,旨在为进一步发挥非菌根植物在脆弱生态系统的功能潜力提供新思路.     

同位素示踪技术在丛枝菌根真菌生态学研究中的应用

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是生态系统中重要的土壤微生物之一。AM真菌菌丝体网络是由AM真菌菌丝体在土壤生态系统中连接两株或两株以上植物根系所形成的菌丝体网络。随着菌根学研究的深入,如何直观的揭示AM真菌的生态学功能已经成为相关领域关注的热点问题。研究发现,利用同位素示踪技术可以开展AM真菌与宿主植物对土壤矿质营养的吸收、转运等方面的研究,以及菌丝体网络对不同宿主植物之间营养物质的分配研究和AM真菌在生态系统生态学中的功能研究。基于此,为了阐明同位素示踪技术在AM真菌研究中的价值,围绕菌根学最新研究进展,系统回顾了利用同位素示踪技术探究AM共生体对不同元素吸收和转运的机制、同位素示踪技术在AM真菌菌丝体网络研究中的价值和利用同位素示踪技术研究AM真菌在生态系统中的功能,为AM真菌生态学功能的研究提供理论基础,并对本领域未来的研究方向和应用前景进行展望。     

城市生态系统中丛枝菌根真菌侵染状况及群落特征

作者采集了北京、青岛、济南、南京、武汉和贵阳6个城市中部分大学校园高羊茅Festuca elata、城内公园大叶黄杨Euonymus japonicus及郊区公园连翘Forsythia suspensa根区土样,测定菌根着生状况和丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）AM真菌孢子密度,形态鉴定AM真菌种类,测定AM真菌种丰度、多样性指数及群落结构等。除从北京中国人民大学校园草坪和南京下马坊公园的大叶黄杨根系上未见丛枝结构外,其他根系样品均观测到典型的丛枝和泡囊结构,丛枝着生率较低,且多为A-型。各城市大多数样品的菌根总侵染率、丛枝着生率和泡囊数分别低于40%、5%和1/mm。北京中国人民大学草坪根系菌根总侵染率显著低于其他城市校区的。除北京香山的连翘和济南山东大学的高羊茅上的种丰度、Shannon指数、以及北京紫竹院公园大叶黄杨上的孢子密度之外,青岛市的3种植物上AM真菌的孢子密度、种丰度和Shannon指数均高于其他城市的。各校园草坪中相同的AM真菌种类较少,但放射球囊霉Glomus radiatum分布频率100%,为校园草坪中的优势种。城市公园以青岛中山公园的AM真菌的孢子密度和种丰度最高;郊区公园以贵阳黔灵山的孢子密度、种丰度和Shannon指数最高,武汉狮子山的种丰度和Shannon指数最低。土壤氮沉降与泡囊数量呈显著负相关,土壤压实程度与泡囊数量呈显著正相关。大叶黄杨根区土壤中AM真菌种丰度与土壤有机质含量呈显著正相关,Shannon指数与土壤pH呈显著正相关。结论认为,中国不同城市生态系统中AM真菌群落结构差异较大,氮沉降和土壤压实程度对根内泡囊数量具有不同的影响。     

丛枝菌根真菌的生态分布及其影响因子研究进展

丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)共生体系对于植物适应各种逆境胁迫具有重要积极作用。AM真菌还能够通过根外菌丝网络调节植物群落结构和演替,深刻影响生态系统结构和功能的稳定性。AM真菌生态生理功能的发挥主要取决于其生态适应性,明确AM真菌在不同环境中的多样性、生态适应性以及对各种生态因子的响应机制,是AM真菌资源管理、功能发掘与利用的前提。迄今为止,有关各种生态因子对AM真菌多样性的影响已有不少研究,但是AM真菌生态分布及其形成机制仍缺乏系统的研究和理论分析。综述了生物因子和非生物因子对AM真菌生态分布的影响,结合大型生物空间分布理论探讨了AM真菌生态分布规律和建成机制,分析了当前本研究领域所存在的问题和动向,以期推动相关研究进展。     

A petunia mutant affected in intracellular accommodation and morphogenesis of arbuscular mycorrhizal fungi

The regulation of the arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis is largely under the control of a genetic programme of the plant host. This programme includes a common symbiosis signalling pathway that is shared with the root nodule symbiosis. Whereas this common pathway has been investigated in detail, little is known about the mycorrhiza-specific regulatory steps upstream and downstream of the common pathway. To get further insight in the regulation of the AM symbiosis, a transposon-mutagenized population of Petunia hybrida was screened for mutants with defects in AM development. Here, we describe a petunia mutant, penetration and arbuscule morphogenesis1 (pam1), which is characterized by a strong decrease in colonization by three different AM fungi. Penetrating hyphae are frequently aborted in epidermal cells. Occasionally the fungus can progress to the cortex, but fails to develop arbuscules. The resulting hyphal colonization of the cortex in mutant plants does not support symbiotic acquisition of phosphate and copper by the plant. Expression analysis of three petunia orthologues of the common SYM genes LjPOLLUX, LjSYMRK and MtDMI3 indicates that pam1 is not mutated in these genes. We conclude that the PAM1 gene may play a specific role in intracellular accommodation and morphogenesis of the fungal endosymbiont.     

脱落酸对丛枝菌根真菌侵染和产孢的调控效应研究

【目的】揭示脱落酸(ABA)对丛枝菌根(AM)真菌侵染和产孢的影响,建立利用外源ABA促进孢子产量的高效菌剂扩繁方法。【方法】利用番茄毛状根和AM真菌Rhizophagus irregularis DAOM 197198建立双重培养体系,通过外源施用ABA、赤霉素(GA)或者使用ABA、GA的缺陷突变体,染色观察菌根侵染,荧光定量PCR测定丛枝发育和脂质合成运输相关基因的表达,统计丛枝和孢子的数量,从而揭示ABA对AM真菌侵染和产孢的影响。【结果】ABA缺陷突变体not中的F%(侵染频率)、a%(丛枝丰度)、丛枝数量,以及丛枝发育特异性相关基因EXO70A1-like (LOC101253481)、脂质合成运输相关基因RAM2和STR2的表达均显著低于其野生型MT;外源施用ABA显著促进了F%、M%(侵染强度)、丛枝数量、孢子产量,以及脂质合成运输相关基因RAM2和STR2的表达,外源添加ABA处理的孢子产量约为不添加处理的4.5倍;外源GA处理极显著抑制了菌根侵染的所有指标和孢子产量;GA缺陷突变体gib3与其野生型MM的AM真菌侵染之间没有显著差异,但gib3的孢子产量显著高于MM。【结论】ABA通过促进脂质的合成和运输,提高AM真菌的侵染和丛枝形成,进而增加AM真菌的孢子产量。     

Localized and non‐localized effects of arbuscular mycorrhizal symbiosis on accumulation of osmolytes and aquaporins and on antioxidant systems in maize plants subjected to total or partial root drying

The arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis alters host plant physiology under drought stress, but no information is available on whether or not the AM affects respond to drought locally or systemically. A split‐root system was used to obtain AM plants with total or only half root system colonized as well as to induce physiological drought affecting the whole plant or non‐physiological drought affecting only the half root system. We analysed the local and/or systemic nature of the AM effects on accumulation of osmoregulatory compounds and aquaporins and on antioxidant systems. Maize plants accumulated proline both, locally in roots affected by drought and systemically when the drought affected the whole root system, being the last effect ampler in AM plants. PIPs (plasma membrane intrinsic proteins) aquaporins were also differently regulated by drought in AM and non‐AM root compartments. When the drought affected only the AM root compartment, the rise of lipid peroxidation was restricted to such compartment. On the contrary, when the drought affected the non‐AM root fraction, the rise of lipid peroxidation was similar in both root compartments. Thus, the benefits of the AM symbiosis not only rely in a lower oxidative stress in the host plant, but it also restricts locally such oxidative stress.     

Arbuscular mycorrhizal fungi native from a Mediterranean saline area enhance maize tolerance to salinity through improved ion homeostasis

Soil salinity restricts plant growth and productivity. Na⁺ represents the major ion causing toxicity because it competes with K⁺ for binding sites at the plasma membrane. Inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can alleviate salt stress in the host plant through several mechanisms. These may include ion selection during the fungal uptake of nutrients from the soil or during transfer to the host plant. AM benefits could be enhanced when native AMF isolates are used. Thus, we investigated whether native AMF isolated from an area with problems of salinity and desertification can help maize plants to overcome the negative effects of salinity stress better than non‐AM plants or plants inoculated with non‐native AMF. Results showed that plants inoculated with two out the three native AMF had the highest shoot dry biomass at all salinity levels. Plants inoculated with the three native AMF showed significant increase of K⁺ and reduced Na⁺ accumulation as compared to non‐mycorrhizal plants, concomitantly with higher K⁺/Na⁺ ratios in their tissues. For the first time, these effects have been correlated with regulation of ZmAKT2, ZmSOS1 and ZmSKOR genes expression in the roots of maize, contributing to K⁺ and Na⁺ homeostasis in plants colonized by native AMF.     

红壤坡地杂草群落VA菌根真菌的宿主物种调查

本研究调查了红壤坡地幼龄果园杂草群落的物种多样性以及主要物种被VA菌根真菌的侵染率和侵染强度,分析了VA菌根真菌侵染与根际土壤磷系水平的关系。研究区域幼龄果园杂草群落共有杂草96种,分属27科。对17个科的39个物种的调查发现,所调查的物种均不同程度上被VA真菌所侵染,但科与科之间存在显著差异,同一科的不同种之间也差异明显。相关分析表明,VA菌根真菌对不同毁草种 的侵染率和侵染强度与土壤磷素水平关系不甚密切,VA菌根真菌强度可能主要决定于宿主植物特性和VA菌根真菌的选择。因此,在不影响农业生产的前提下,尽可能保持杂草的多样性将有利于VA菌根真菌的生存。     

Detection of arbuscular mycorrhizal fungi within colonised roots of the Gramineae family members by nested-polymerase chain reaction (PCR)

In this study, it is aimed to asses the association of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi within colonised rhizosphere of Gramineae family members through a survey by using nested- polymerase chain reaction method in Van province (Turkey). From 24 agro-ecological fields, a total of 82 samples belonging to Gramineae family were tested by molecular methods. The presence of Glomus intraradices and Glomus mosseae was ascertained in 10 plants belonging to eight different species by using fungus specific primers. Root colonisation ranged from 6 to 37% within rhizosphere of Gramineae family members and the average root colonisation by AM fungi was 22%.     

Chemically enhanced phytoextraction of lead-contaminated soils

The effects of the combined application of soil fungicide (benomyl) and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) on lead (Pb) phytoextraction by ryegrass (Lolium perenne) were examined. Twenty-five pots of Pb-contaminated soil (200 mg Pb kg(-1)) were seeded with ryegrass and randomly arranged into the following treatments: (1) Control, (2) benomyl, (3) EDTA, (4) benomyl and EDTA (B+E), and (5) benomyl followed by an application of EDTA 14 days later (B .. . E). Chemicals were applied when plants had reached maximum growth. Plants were analyzed for foliage Pb concentration using inductively coupled argon plasma (ICAP) spectrometry. The synergistic effects of the combined benomyl and EDTA application (treatments 4 and 5) were made evident by the significantly (p < 0.05) highest foliage Pb concentrations. However, the foliage dry biomass was significantly lowest for plants in treatments 4 and 5. The bioaccumulation factor (BF) and phytoextraction ratio (PR) were highest for plants in treatment 5 followed by plants in treatment 4.     

三峡库区丛枝菌根真菌三个中国新记录种

本文报道了从三峡库区获得的丛枝菌根真菌 3个中国新记录种：Diversispora aurantia、Diversispora celata和Paraglomus majewskii,对其进行了描述、图示和讨论。