丛枝菌根结构与功能研究进展

丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)是陆地生态系统中分布最广泛、最重要的互惠共生体之一,对提高植物抗逆性、修复污染生境、保持生态系统稳定与可持续生产力的作用显著.AM结构特征是判断菌根形成的主要指标,与其功能密切相关.本文总结了AM丛枝结构、泡囊结构、菌丝结构和侵入点结构等发育特征;分析了A型丛枝结构、P型丛枝结构、泡囊结构和根外菌丝结构与促进寄主植物养分吸收和生长、提高植物抗旱性、耐涝性、耐盐性、抗高温、拮抗病原物、提高植物抗病性、抗重金属毒性、分解有毒有机物、修复污染与退化土壤等功能的关系,及其所发挥的重要作用;探讨了影响AM结构与功能的因子,以及基于AM不同结构所发挥功能的作用机制.旨在为系统研究AM真菌发育特征、AM真菌效能机制,以及评价和筛选AM真菌高效菌种提供依据.     

中国大陆地区丛枝菌根真菌菌种资源的分离鉴定与形态学特征

【目的】分离收集保藏中国大陆各个地区不同生态环境的丛枝菌根真菌菌种资源,为丛枝菌根的研究提供资源、奠定基础。【方法】以高粱为宿主植物,采用诱导培养、单孢培养和扩繁培养分离土壤样品中的丛枝菌根真菌菌种并鉴定。【结果】从我国大陆的45个地区50余种宿主植物根区土壤中分离到丛枝菌根真菌135株,隶属于23个种;对各个菌株的形态特征进行了描述。【结论】我国蕴藏着丰富的丛枝菌根真菌菌种资源,文中描述的菌种资源是目前从我国大陆地区获得的种类和数量最多、覆盖范围最广的AM真菌菌种资源。     

丛枝菌根真菌对植物生长影响的研究

菌根是自然界中一种极为普遍和重要的共生现象,其中分布最为广泛的菌根类型就是丛枝菌根,可以增强植物从土壤中获取水分的能力,改善植物根系对磷、镉等矿质元素及养分的吸收,从而促进植物的生长。本文综述了丛枝菌根真菌对植物生长影响的概况。有关丛枝菌根真菌对植物水分和矿质营养的利用,尤其是磷素营养的研究较为深入,而对植物光合特性的研究较少,这些研究工作为深入理解菌根真菌与植物的相互关系提供基础资料。     

中国丛枝菌根真菌的保藏、共享服务与研究利用

2003年中国“丛枝菌根真菌种质资源库（Bank of Glomeromycota in China,BGC）”在北京市农林科学院植物营养与资源研究所建立。目前,该库已保藏丛枝菌根（AM）真菌40种190株,并面向全国开放,提供菌种资源与共享服务等,对国内AM真菌研究与应用发挥了重要作用。本文作者按照菌种利用的研究方向,详细列举了中国保藏的AM真菌菌种资源的研究结果,以期为政府决策、相关研发单位、研究者和生产者等提供参考,以促进中国共生真菌研究的深入开展。     

球囊菌门丛枝菌根真菌最新分类系统菌种名录

球囊菌门Glomeromycota是菌物界(Kingdom of Fungi)晚近新增加的一个门,下设1纲4目11科27属约300种丛枝菌根(AM)真菌,均是植物根系重要的共生真菌。同其他真菌分类研究过程相似,随着新种的不断发现、分类技术的进步与研究的深入,AM真菌分类系统及其菌种学名经历着持续不断的变更。然而,这些变动给AM真菌研究者造成了一定的困扰和混乱。本文在AM真菌系统发育分类重建的基础上,结合当前国际上AM真菌分类的最新进展,规范、正确并一致描述全球已知的AM真菌菌种拉丁文和中文学名,以纠正错误和统一AM真菌中文学名;同时标注了中国新记录种、新种和种质资源保藏种名录,以期促进中国AM真菌分类、资源多样性、群落结构及其相关研究。     

土著菌根真菌和混生植物对羊草生长和磷营养的影响

植物种间相互作用直接影响植物生长、根系可塑性及养分吸收,而与植物共生的丛枝菌根真菌可以改变植物个体和种间养分资源的分配,具有协调种间竞争的潜力.以我国北方草甸草原建群种羊草(Leymus chinensis)和混生植物紫花苜蓿(Medicago sativa)及独行菜(Lepidium spetalum)为供试植物,通过模拟盆栽试验,研究了土著菌根真菌和混生植物对羊草生长、根系形态及磷营养的影响.试验结果表明,土著菌根真菌能够与羊草及紫花苜蓿形成良好共生,而独行菜根内基本未形成菌根共生结构.土著菌根真菌显著降低了羊草及独行菜的生物量,但促进了紫花苜蓿的生长;混种紫花苜蓿显著促进了羊草的生长,而混种独行菜则显著抑制了羊草的生长.土著菌根真菌对羊草根系形态的影响表现出与植株生物量类似的趋势,但不同混生植物对羊草根系生长均无显著影响.土著菌根真菌和混生植物对羊草植株磷含量均无显著影响.与混生植物相比,羊草具有较高的比根长和磷吸收能力,这也解释了其负向菌根依赖性.研究证实了菌根真菌和植物种间相互作用均是影响草原优势植物生长和根系发育的重要因素,深入研究其交互作用对于科学管理草地生态系统,维持植物群落的稳定性和生态系统生产力具有重要意义.     

不同林龄杉木人工林菌根侵染特征研究

丛枝菌根真菌是一种通过土壤侵染植物根系,与寄主植物互利共生的重要有益真菌。探究不同林龄杉木林中菌根侵染状况与土壤养分的变化规律,有利于深入认识丛枝菌根真菌—杉木相互作用的养分调控因素,从而为改善杉木人工林土壤肥力、促进杉木林可持续经营提供依据。分别选取10a、25a、45a杉木纯林,分析了不同林分菌根侵染率与孢子密度及部分土壤养分因子(全磷、速效磷、全钾、速效钾)的关系。结果表明:(1)菌根侵染率与孢子密度均呈现出随林龄增大而增大的趋势,pH随林龄增大而减少的趋势;(2)根际土中磷的含量总体偏低,而且受到土壤酸化流失和丛枝菌根真菌积累的双重影响呈现出先减少后增加的趋势;(3)虽然有效钾含量随林龄变化趋势不显著,但丛枝菌根真菌能促进土壤钾的积累。因此,丛枝菌根真菌能有效调控根际土的养分动力学特征,减缓土壤酸化造成的养分流失。     

苋科植物的丛枝菌根

有些种子植物如莎草科、十字花科、灯心草科、藜科、石竹科等20余科,以往曾被认为不能或不易形成丛枝菌根(郭秀珍等,1989;刘润进等,2000).随着对菌根的深入研究,曾被认为是不易与菌根菌组合的湿地生植物、寄生性植物、或一年生植物都被发现是可以形成内生菌根的(Trappe等,1992).此外,Allen等(1989)研究证实,Salsola kali,Atriplex roseum等生长于沙漠、海滨的藜科植物,进行接种处理后,也能形成丛枝菌根.我们在西双版纳调查热带雨林植物的丛枝菌根状况时,偶然发现刺苋(Amaranthus spinosus Linn.)的根系受到了丛枝菌根真菌的侵染,因此,对苋科植物作了扩大采样调查.本文主要报道从热带采集的5属6种苋科植物的根受丛枝菌根真菌感染形成丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)和这些植物根际士壤中的丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)的状况.     

Arbuscular mycorrhizal fungi enhance the growth of the exotic species Ambrosia artemisiifolia

丛枝菌根真菌促进外来植物豚草的生长 丛枝菌根真菌(AMF)可以通过其菌丝增加寄主植物对养分的吸收,从而促进植物生长。丛枝菌根真菌一直与大多数外来植物的成功入侵联系在一起。然而,有关丛枝菌根真菌如何影响植物入侵成功的机制仍然有待研究。豚草(Ambrosia artemisiifolia)是一种外来的菌根植物。通过长期田间实验,我们研究了种间竞争对豚草和狗尾草(Setaria viridis)根系丛枝菌根真菌多样性和组成的影响。此外,在温室实验中探究了摩西球囊霉(Funneliformis mosseae)对这两种植物生长的影响。研究结果表明,豚草入侵改变了本地植物狗尾草根系丛枝菌根真菌的多样性。另外,豚草根系中摩西球囊霉的相对多度显著高于狗尾草根系中。在田间和温室实验中均发现外来种豚草的丛枝菌根真菌侵染率高于本地种狗尾草。温室实验结果表明,丛枝菌根真菌通过影响豚草的光合能力以及磷和钾的吸收而促进豚草生长。这些研究结果揭示了丛枝菌根真菌和豚草成功入侵之间的重要关系。     

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.     

丛枝菌根真菌对入侵植物南美蟛蜞菊生长及竞争力的影响

【背景】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)能促进植物的养分吸收及生长发育。入侵中国华南地区的外来入侵植物南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)常分布于养分匮乏的荒地,却能迅速生长并排挤本地植物而快速扩张领地。【目的】探究丛枝菌根真菌是否促进南美蟛蜞菊的生长与竞争能力。【方法】采用南美蟛蜞菊及其同属本地植物蟛蜞菊(Wedelia chinensis)的盆栽对比控制试验,并设置接种及不接种AMF变形球囊霉(Glomus versiforme)、不同磷营养水平以及单种或混种的种植方式3种处理对两种植物的生长及竞争能力进行比较。【结果】AMF均能侵染上述两种植物,并且AMF对南美蟛蜞菊根系的侵染率显著高于其对蟛蜞菊根系的侵染,尤其是在低磷水平下南美蟛蜞菊的菌根侵染率更高,而且AMF的侵染显著促进了低磷水平下南美蟛蜞菊的生长及其对蟛蜞菊的竞争能力。【结论】丛枝菌根真菌能够促进南美蟛蜞菊的生长,增强其对本地植物的竞争优势,该效应很可能对外来植物南美蟛蜞菊的成功入侵产生一定的作用。     

丛枝菌根利用氮素研究进展

氮素是植物需求量最大的元素,丛枝菌根真菌与植物形成共生体后能从土壤中获取无机氮、简单的氨基酸,还能利用一些复杂的有机态氮.考虑到NH+4在土壤中的移动性低及丛枝菌根真菌的专性共生菌的特点,丛枝菌根真菌吸收NH+4对植物的贡献较大.近年来的研究发现丛枝菌根真菌内存在与氮素代谢有关的鸟氨酸循环,而精氨酸则是菌丝内氮素转移的主要形式.综述最近的AMF对氮素的吸收、转运、同化、交换等方面的文献,旨在揭示丛枝菌根真菌氮素利用特点,阐明丛枝菌根真菌在氮循环系统中的重要作用.     

丛枝菌根形成过程及其信号转导途径

丛枝菌根是由一类土壤中古老的丛枝菌根真菌与植物根系形成的互利互惠共生体。通过共生作用丛枝菌根真菌帮助宿主植物提高水和矿质营养（特别是磷）的吸收效率。作为回报,大约20%的光合作用产物被转移到丛枝菌根真菌中,供其完成自身的生活史。丛枝菌根形成的过程中,需要植物与丛枝菌根真菌之间进行一系列信号分子的识别、交换以及信号转导作用,这一过程由一系列植物和菌根真菌的基因控制。首先,植物会分泌一种植物激素——独角金内酯来诱导菌根真菌加速分支,而菌根真菌也会分泌脂质几丁寡糖促进植物与其形成菌根。加速分支的菌根真菌接触到植物根部以后,会附着在植物根的表皮并形成附着胞,通过附着胞穿透植物根的表皮,最后进入维管组织附近的皮层细胞并在其中不断进行二叉分支,形成特有的丛枝结构。通过对模式植物共生现象的研究,已经发现很多植物基因参与到共生形成的信号转导过程中,包括早期植物反应的基因、菌根与根瘤共生共同需要的转导因子以及菌根特异的信号分子等。本文对菌根的形成过程及信号转导途径进行详细的介绍,为人们深入研究菌根关系提供参考。     

中国植物丛枝菌根侵染特征研究

丛枝菌根真菌在生态系统和植物生长过程中发挥着重要作用,目前对其生理生态功能的研究备受关注,但主要集中在丛枝菌根真菌对植物促生作用方面。植物的菌根侵染特征是表征真菌与植物共生紧密程度的重要标志,也是评价植物生态适应性的关键指标,然而针对我国植物丛枝菌根发育特征及其分布特点的系统性研究尚属空白。【目的】探究我国植物丛枝菌根真菌的侵染特征,及其在不同生态系统和气候区域中的分布规律,为推动丛枝菌根研究的发展提供基础数据。【方法】利用全球植物菌根数据库“FungalRoot”和605篇中文文献的植物菌根侵染特征数据,并补充生态系统、气候区域、植物类型和植物生长年限等共47 700组数据,建立了中国植物丛枝菌根侵染信息数据库,并以此为基础进行研究。【结果】我国植物丛枝菌根真菌侵染率在0-55%占69.7%,55%-100%占30.3%,绝大多数植物丛枝菌根真菌侵染强度、菌丝丰度、泡囊丰度和丛枝丰度均分布在40.0%以下。丛枝菌根共生形态中,A型占比最大,为56.3%。农田、荒漠、草地生态系统的植物丛枝菌根真菌侵染率相近,分别为51.8%、51.6%、51.8%,而森林生态系统的侵染率较低,为40.4%。荒漠生态系统植物的丛枝菌根真菌侵染强度、菌丝丰度、泡囊丰度和丛枝丰度最高,分别达到46.0%、47.1%、37.2%和31.2%。根据气候区域,植物的侵染水平由高到低排序为暖温带(53.3%)>热带(50.0%)>中温带(45.2%)>亚热带(42.2%)。草本植物的侵染水平高于木本植物,多年生植物高于一年生植物。木本植物中,灌木的侵染率水平最高,为46.3%,其次是乔木和藤本植物,均为43.9%。草本植物在侵染强度和菌丝丰度上高于木本植物,分别为30.2%和32.5%,而木本植物在泡囊和丛枝丰度方面具有优势,分别为19.5%和23.4%。我国丛枝菌根植物中,被子植物占据绝大多数,共有110科,占比达到90.2%,蕨类、裸子、石松门植物较少。【结论】我国大部分植物丛枝菌根真菌侵染率在55%以下,侵染特征等指标分布在40.0%以下;同时,不同生态系统、气候区域、植物类型和生长年限均会对侵染特征产生不同程度的影响。     

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。     

丛枝菌根共生的信号转导及其相关基因

大多数植物根系能够与某些真菌形成相互依存、互惠互利的菌根共生关系.植物在提供给丛枝菌根真菌赖以生存的碳源的同时,也通过真菌从土壤中吸取矿质营养.丛枝菌根能够促进植物生长,提高植物抗逆性和抵御外界不良环境,对提高农林业生产效率、增强生态系统稳定性及维护生物多样性具有重要的意义.菌根的形成是一系列信号分子交换传递和共生相关基因表达调控的结果.在信号转导途径中,共生受体样蛋白激酶、离子通道和钙/钙调依赖性蛋白激酶基因的表达对菌根的形成是不可或缺的.就丛枝菌根共生的信号转导机制以及信号途径中3个必需基因的结构、功能及研究现状进行了综述.     

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。     

接种微生物对大豆生长及其根际土壤的影响

对沙土中的大豆接种丛枝菌根真菌及丛枝菌根真菌与解磷菌和根瘤菌联合接种, 动态监测大豆的生长状况和营养吸收情况。结果表明, 在沙土中, 根瘤菌与丛枝菌根真菌的组合效应对豆科植物营养元素的改善最为有效。接种丛枝菌根真菌以及丛枝菌根真菌与其他微生物联合应用对宿主矿质营养吸收尤其是磷吸收有明显的促进作用, 种植30 d、45 d 和64 d 接菌处理植物叶片的平均全磷含量比对照分别高1.45%、73%和56%。接种微生物使植物从土壤中吸收氮、磷、钾元素的强度比对照高, 接菌植物根际土壤养分浓度低于对照。接菌植物生物量显著高于对照, 单接种丛枝菌根真菌处理、双接种丛枝菌根真菌与解磷菌、双接种丛枝菌根真菌与根瘤菌以及丛枝菌根真菌、解磷菌与根瘤菌三种菌剂混合处理的总生物量分别比对照高出181%、134%、153%和89%。丛枝菌根真菌与解磷菌和根瘤菌三种菌剂混合接种对植物的促生作用并不明显。     

内蒙古中西部草原主要植物的丛枝菌根及其结构类型研究

2002年6-9月,对内蒙古中西部草原建群植物及优势植物的丛枝菌根共生状况进行了调查。在观察的28科125种植物中,被丛枝菌根真菌侵染的植物有104种(占83．2％);在过去认为不能侵染的莎草科植物中发现卯穗苔草(Carex duriuscula)和黄囊苔草( C. korshinskyi)有侵染现象。在所调查的植物中,多年生草本和灌木类植物被丛枝菌根真菌侵染的比例较高,占被调查该类植物总数的90．4％;而一年生和二年生草本植物被侵染的比例仅为47．6％。本地区野生植物的丛枝菌根结构类型多数为Arum类型,占65．38％,尤其在百合科(Liliaceae)、菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)和蔷薇科(Rosaceae)植物中比例较高;而Paris类型仅有19．23％,多见于禾本科(Gramineae!)、唇形科(Labiatae)、桔梗科(Campanulaceae)和百合科。丛枝菌根的结构类型与植物的根系类型、生活型和菌根侵染率无关,而与植物所属的科属关系比较密切。     

丛枝菌根（AM）生物技术在现代农业体系中的生态意义

菌根是植物根系与特定的土壤真菌形成的共生体,有利于生态系统中养分循环,协助植物抵御不良环境胁迫．自然条件下,大多数植物表现一定的菌根依赖性,在植株根系发育过程中如能与适宜的菌根真菌形成良好的菌根结构,可提高产量,改善品质,其中丛枝菌根是最普遍的类型．丛枝菌根帮助植物抵御不良环境胁迫及病虫害,促进植物健康生长,可减少化学肥料、杀虫剂施用量,以减少对环境、生态不利的化学物质施用量．丛枝菌根共生体可加速根系生长,提高对移动性低的无机离子吸收,加速养分循环利用,增强植物对不良胁迫(生物与非生物)因素的耐受力,形成良好的土壤结构,提高植物群体的多样性．文章综述了丛枝菌根真菌生态特征,丛枝菌根对寄主植物的影响,丛枝菌根生物技术应用于农业体系的生态意义及其应用潜力．