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。     

菌根真菌多样性与植物多样性的相互作用研究进展

菌根共生双方多样性影响着生态系统的过程与功能。菌根真菌-寄主植物之间的共生组合存在偏好性或特异性,这导致菌根真菌对寄主植物的效益差异和寄主植物对菌根真菌的利益差别：两者在互利共生过程中不仅相互选择,还存在相互促进与制约的关系(如互补与选择效应、竞争),从而在一定程度上决定生态系统的演化与发展。本文概述了植物多样性与菌根真菌多样性的相互影响,探讨了两者互作可能存在的调控因素与机制,对存在的问题和争议进行了总结,并提出了进一步研究的方向。深入阐明植物多样性与菌根真菌多样性之间的互作关系,将丰富生物共生学理论,增强菌根应用潜力及生物多样性的维持。     

丛枝菌根真菌与深色有隔内生真菌生态修复功能与作用

生态修复是目前全球关注的热点问题,如何增加植被的覆盖度及生态修复效率是目前研究的重点。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi,AMF)和深色有隔内生真菌(dark septate endophyte,DSE)均是自然界植物根际分布广泛的一类内生真菌,均能与植物形成菌根共生体,具有一定的促进植物生长、抵抗逆境及修复污染土壤等功能与作用,在生态修复中具有广泛的应用潜力。本文综述了AMF及DSE两种微生物的功能、作用及其在生态修复应用中的研究进展,并进一步对AMF和DSE在生态修复中存在的问题和前景进行展望。     

菌根学对生物类学科发展的意义

菌根（mycorrhiza）是真菌与植物之间形成的最广泛的共生体。菌根真菌（rnycorrhizal fungi）具有丰富遗传多样性、形态多样性、物种多样性、生态系统多样性和功能多样性。菌根真菌与植物协同进化,发挥生理生态功能,对促进农林牧业生产、保持生态系统的稳定及其可持续生产力具有重大而不可替代的作用。经过一个多世纪的研究发展,菌根学（mycorrhizology）——菌物学与植物学的杂交学科终于在21世纪诞生了。随着研究的深入,人们发现菌根学不仅与菌物学和植物学关系极为密切,而且还与生态学、土壤学、保护生物学、植物保护学、微生物学、食用菌学、园林园艺学、作物栽培与耕作学、昆虫学等密切相关。作为一门新兴学科,菌根学自身发展的同时,也大大促进了相关学科的进展。本文系统总结了菌根学对其他学科发展所作的贡献,旨在进一步加强菌根学与其他学科的交叉渗透,为菌根学与其他学科协同进化奠定理论基础、促进多学科合作研究,为21世纪生物学的更大发展注入新的活力。     

外来入侵植物对本地植物菌根真菌的影响及其机制

菌根真菌共生是植物吸收养分的一个重要策略。外来植物可以干扰本地植物与菌根真菌的共生关系从而抑制本地植物生长, 这是近年来被发现的一种重要入侵机制, 在研究中得到日益广泛的关注。该文从以下几个方面着重综述这种入侵机制: 1)外来植物对本地植物菌根真菌的影响, 包括菌根真菌侵染率、菌根内部结构、根外菌丝的量、菌根真菌的群落组成、非菌根真菌的影响及网络结构; 2)外来植物对本地植物菌根真菌上述影响的机制, 包括资源竞争、化感作用和土壤肥力等生态机制以及相关的分子机制; 3)上述两个方面随入侵时间的变化格局。尽管干扰本地植物菌根真菌是一种重要的入侵机制, 但相对其他的入侵机制(例如天敌逃逸、新武器假说等)来说, 这类机制的研究目前仍很匮乏。鉴于此, 该文提出了未来需要重点关注的几个方面: 1)全球变化背景下, 入侵植物对本地植物菌根真菌的影响如何变化; 2)包括这种菌根机制在内的多种入侵机制之间的关系; 3)深入探究入侵的这种菌根机制在大的时空尺度上的变化规律。     

A review on the effects of invasive plants on mycorrhizal fungi of native plants and their underlying mechanisms

菌根真菌共生是植物吸收养分的一个重要策略。外来植物可以干扰本地植物与菌根真菌的共生关系从而抑制本地植物生长, 这是近年来被发现的一种重要入侵机制, 在研究中得到日益广泛的关注。该文从以下几个方面着重综述这种入侵机制: 1)外来植物对本地植物菌根真菌的影响, 包括菌根真菌侵染率、菌根内部结构、根外菌丝的量、菌根真菌的群落组成、非菌根真菌的影响及网络结构; 2)外来植物对本地植物菌根真菌上述影响的机制, 包括资源竞争、化感作用和土壤肥力等生态机制以及相关的分子机制; 3)上述两个方面随入侵时间的变化格局。尽管干扰本地植物菌根真菌是一种重要的入侵机制, 但相对其他的入侵机制(例如天敌逃逸、新武器假说等)来说, 这类机制的研究目前仍很匮乏。鉴于此, 该文提出了未来需要重点关注的几个方面: 1)全球变化背景下, 入侵植物对本地植物菌根真菌的影响如何变化; 2)包括这种菌根机制在内的多种入侵机制之间的关系; 3)深入探究入侵的这种菌根机制在大的时空尺度上的变化规律。     

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。     

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。     

菌根真菌在陆地生态系统中的作用

对菌根真菌在陆地生态系统中与植物共生、固定土壤中的营养元素及水分、作为动物的食物以及影响植物群落的演替和区系组成以及调节生态系统中的资源配置、维持系统的物种多样性等方面的生态作用进行了讨论。     

菌根真菌提高植物抗旱性机制的研究回顾与展望

菌根真菌与全世界约97%的维管植物具有广泛的共生关系。大量研究结果显示菌根植物相比于非菌根植物对于干旱胁迫具有更高的耐受性,说明菌根真菌在植物抗旱过程中发挥着重要作用。本文对近年来国内外在菌根真菌协助植物抵御干旱作用机制方面的研究进行了归纳和总结,主要包括在干旱胁迫下菌根真菌对植物生理学特性的影响机制、菌根真菌提高植物抗旱性的分子机制以及菌根真菌对植物次生代谢途径的影响机制等3个方面。当前菌根真菌增强植物抗旱性的生理机制方面的研究较为深入,而其他两个方面的研究则相对薄弱。随着分子生物学技术的发展,菌根真菌增强植物抗旱性的分子机制和涉及的相关代谢通路将被进一步揭示。本文旨在呈现菌根真菌提高植物抗旱性机制的研究前沿,为菌根互作更深层次的理论研究以及功能菌剂的研发提供一定的理论参考。     

农业生态系统中的AM真菌多样性

农业生态系统复杂庞大,是由如麦田生态系统、水稻田生态系统、果园生态系统、草地生态系统、保护地生态系统等组成的一个复合生态系统。重点介绍农业生态系统中丛枝菌根(AM)和AM真菌多样性,探讨农业生态系统中调控AM真菌多样性的途径以及今后研究的动向。     

丛枝菌根真菌对大气CO2浓度升高和增温响应研究进展

全球变化深刻影响着陆地生态系统生物多样性及生态功能。丛枝菌根(AM)真菌可与绝大多数陆生植物根系形成互惠共生体,在协助宿主养分吸收、促进植物生长、维持植物多样性等方面发挥着重要作用。本文主要分析了大气CO₂浓度升高(eCO₂)和增温对森林和草地生态系统AM真菌群落组成及其功能的影响。eCO₂主要通过影响宿主植物、土壤碳(C)输入等方式间接影响AM真菌,可增加AM真菌的多度和活性,影响AM真菌的多样性与群落组成。增温可直接或间接地(通过宿主植物和土壤途径)影响AM真菌,显著改变森林土壤AM真菌的群落组成,但对草地土壤AM真菌群落组成的影响尚无定论。我们提出了当前研究中存在的主要问题及未来应重点关注的内容。本文旨在明晰AM真菌对eCO₂和增温的响应和适应,增进对AM真菌介导的土壤生态功能的认识,为利用AM真菌缓解全球变化、增强土壤功能的韧性和全球变化的生态系统适应性提供依据。     

The mycorrhizal status and colonization of 26 tree species growing in urban and rural environments

Urban environments are highly disturbed and fragmented ecosystems that commonly have lower mycorrhizal fungal species richness and diversity compared to rural or natural ecosystems. In this study, we assessed whether the mycorrhizal status and colonization of trees are influenced by the overall environment (rural vs. urban) they are growing in. Soil cores were collected from the rhizosphere of trees growing in urban and rural environments around southern Ontario. Roots were extracted from the soil cores to determine whether the trees were colonized by arbuscular mycorrhizal fungi, ectomycorrhizal fungi, or both, and to quantify the percent colonization of each type of mycorrhizal fungi. All 26 tree species were colonized by arbuscular mycorrhizal fungi, and seven tree species were dually colonized by arbuscular mycorrhizal and ectomycorrhizal fungi. Overall, arbuscular mycorrhizal and ectomycorrhizal fungal colonization was significantly (p < 0.001) lower in trees growing in urban compared to rural environments. It is not clear what ‘urban’ factors are responsible for the reduction in mycorrhizal fungal colonization; more research is needed to determine whether inoculating urban trees with mycorrhizal fungi would increase colonization levels and growth of the trees.     

Restoration of belowground fungal communities in reclaimed landscapes of the Canadian boreal forest

The trajectory of forests establishing on reclaimed oil sands mines in the Canadian boreal forest is uncertain. Soil microbes, namely mycorrhizal fungi, partly underlie successional trajectories of plant communities, yet their role in restoration is often overlooked. Here, we tested the relative importance of common management tools used in restoration—species planted and soil placement—on the recovery of ectomycorrhizal fungal communities over 4 years. Importantly, we further compared the community assembly of fungi on reclaimed landscapes to that in reference ecosystems disturbed to different degrees. This latter test addresses whether disturbance intensity is more important than common management interventions to restore fungal communities in these ecosystems. Three main findings emerged. (1) The effect of tree species planted and soil placement on ectomycorrhizal fungal communities establishing on reclaimed landscapes was dynamic through time. (2) Disturbances that remove or disrupt the organic layer of soils substantially affect the composition of ectomycorrhizal fungal communities. (3) Shifts in the community composition of ectomycorrhizal fungi were driven to a greater extent by disturbance severity than either tree species planted or soil placement.     

Effects of an introduced mustard,Thlaspi arvense,on soil fungal communities in subalpine meadows

The subalpine meadows of the Rocky Mountains, USA, are at the advancing front of global change; however, little is known about the sensitivities of high-elevation soil fungal communities to ongoing ecological changes. Soil fungi are sensitive to abiotic and biotic environmental stressors, including climate change, soil disturbance, and the presence of introduced, non-native plants. Invasive plants in the Brassicaceae (mustard family) are known to alter fungal community structure, suppress arbuscular mycorrhizal fungi, and change their relationship with native plant hosts in forest ecosystems, but these phenomena have not been studied in the subalpine zone where non-native mustard plants are becoming established. Here, we investigated whether the presence of the introduced mustard plant, Thlaspi arvense, is associated with distinct properties of the whole fungal and arbuscular mycorrhizal fungal communities in subalpine meadow ecosystems. We observed clear differences in the composition, relative abundance of core taxa, and mean taxon relatedness of soil fungal communities in plots with T. arvense relative to those with only native vegetation. A suite of novel fungi were associated with T. arvense, and overall patterns of AMF phylogenetic diversity were drastically reduced in association with its presence. Our results suggest that T. arvense introduction impacts the soil fungal community, with potential implications for native plant communities and soil nutrient cycling in high elevation meadows of the Rocky Mountains.     

菌根生物技术在退化草地生态系统中的意义

综述了草地生态系统退化的现状、原因及其恢复途径;综述了菌根在草地生态系统中的功能和作用的研究进展,表明菌根是草地生态系统中不可忽视的重要组成部分。菌根对草原生态系统的作用是多样的,重点讨论的是菌根对生物多样性的影响,提出维持草原生态系统的生物多样性是防止草地进一步退化的关键,菌根与植物的共生是是草场健康发展的关键。菌根生物技术在我国草地保护和草场恢复上具有重要的位置。     

城市生态系统中AM真菌侵染与群落结构特征

丛枝菌根(AM)真菌作为土壤微生物的重要成员之一,对城市生态系统可持续发展具有重要意义.本文系统总结了城市生态系统中AM真菌着生状况和群落结构特点,探讨了城市生态因子,如人类行为、植被重建与维护、城市土壤状况等对AM真菌着生状况和群落结构的影响,认为今后应加强城市生态系统中AM真菌群落结构与功能的研究,如关键城市生态因子(如水资源匮乏、热岛效应等)改变AM真菌群落结构的效应与机制.