铝对外生菌根真菌草酸分泌及磷、钾、铝吸收的影响

试验研究了在铝胁迫条件下,6种(株)外生菌根真菌(ECMF)的生长、草酸分泌,以及磷、钾、铝的吸收状况。结果表明,铝对抗(耐)型菌种Pt715、HrSp、CgSIV的生长无抑制作用,但显著抑制敏感型菌株LbS238N、LbS238A和Lb270的生长,说明ECMF对铝胁迫的生长反应可能是筛选抗(耐)铝的指标之一。在铝胁迫条件下,无论是抗(耐)型还是敏感型菌种(株),都会发生一系列有益于抗(耐)铝的生化反应,包括草酸分泌量、菌丝磷和钾含量增加,H+分泌改变等。在培养液中,草酸电离产生的H+仅占H+总浓度的少数,说明溶液中H+的主要来源不是ECMF所分泌的草酸,而是菌丝细胞为保持吸收阳离子的电荷平衡排出的H+或分泌的其它有机酸。     

菌根真菌对酸铝胁迫的响应

酸性环境中活性铝浓度升高可能抑制菌根真菌生长,为探讨酸性条件下菌根真菌对活性铝的响应机制,以拟青霉(Simplicillium sp.,Si)、细长孢霉(Mortierella elongate,Me)、木霉菌(Trichoderma spp.,Tr)、瓶头霉(Phialocephala,Ph)和葡萄状穗霉(Stachybotrys chartarum,Sc)5种菌根真菌为供试材料,采用PDA液体培养基单种纯培养以pH值为5.5设定3个Al3+浓度梯度,分别为对照(0 mmol·L^-1)、低铝(0.2 mmol·L^-1)和高铝(1.0 mmol·L^-1),研究酸性条件下不同活性铝浓度对菌根真菌的生物量、有机酸分泌以及N、P、K含量等的影响。结果表明:(1)除拟青霉(Si)外,其他菌株均不同程度受活性铝浓度影响,Si生物量随活性铝浓度增加而增加,低铝时比对照增加了238%(P<0.05),而细长孢霉(Me)、木霉菌(Tr)、瓶头霉(Ph)和葡萄状穗霉(Sc)生物量均降低,其中,Ph和Sc分别比对照降低了38.1%和72.5%(P<0.05)。(2)5种菌根真菌分泌有机酸存在显著性差异,Si、Me、Tr和Sc的H+分泌量在高铝浓度时均低于对照,对Si产生显著性差异(P<0.05);仅Me分泌草酸,对照的分泌量是高铝时的1.12倍。(3)5种菌根真菌N、P、K含量随不同活性铝浓度胁迫存在显著性差异,Si和Sc的P、K含量随活性铝浓度增加而显著增加(P<0.05);Me和Ph的N含量随活性铝浓度增加而显著降低(P<0.05),Me的P、K含量分别在低铝和高铝时达到峰值,Tr和Ph的N、P、K含量在低铝时达到峰值而在高铝时受到抑制。(4)Si、Me和Tr受酸铝影响不显著,属耐酸铝型菌株,Ph和Sc属酸铝敏感型菌株。本工作可为天山雪岭云杉森林更新与幼苗存活问题研究的深入开展提供基础依据。     

钾对外生菌根真菌的分泌作用及氮、磷、钾含量的影响

用无钾、低钾、中钾和高钾的液体培养基培养外生菌根真菌14～21d,随着钾离子浓度的降低,外生菌根真菌分泌H^ 和草酸的速率提高。由于H^ 能取代2：1型粘粒矿物品层和晶格内的钾,草酸能络合矿物中的Fe,Al离子,促进Al-O八面体风化,推测菌根真菌和菌根活化土壤无效钾的能力在低钾时较强,在高钾时较弱。在外生菌根真菌分泌的H^ 中,草酸电离可能不是它们的主要来源,而是一些目前尚未知道的有机酸。此外,液体培养基中的钾离子不同程度地影响外生菌根真菌体内的氮、磷、钾含量,看来环境中的钾离子供应影响了真菌菌丝对养分的吸收。     

马尾松与粘盖乳牛肝菌菌根共生体形成过程

对菌根共生机制的研究是对其进行应用的前提,到目前为止,绝大多数外生菌根（ectomycorrhiza,ECM）的建立过程尚不明晰,在一定程度上限制了这些ECM真菌在林业中的应用。本研究以我国南方地区主栽树种之一——马尾松Pinus massoniana和其林下优势ECM真菌——粘盖乳牛肝菌Suillus bovinus为材料,在无菌条件下研究两者菌根共生体形成过程的形态学特征。结果表明马尾松与粘盖乳牛肝菌的共生过程分为2个阶段：（1）预共生阶段,即物理接触之前,粘盖乳牛肝菌可通过释放挥发物和分泌物促进马尾松根系伸长和分枝;（2）共生阶段,又可分为3个时期。接种后第4天,粘盖乳牛肝菌菌丝体开始与马尾松根系接触并形成附着胞进入接触期;第7天菌丝开始侵入根系内部,侵入期开始;第28天菌套和哈氏网形成,即菌套和哈氏网形成期,该时期菌根化根尖开始膨大,随后继续发育至二叉分枝状菌根形成。在发育顺序方面,哈氏网与菌套同步发育,但哈氏网成形早于菌套。以上结果可对后续ECM共生机制的深入研究及马尾松高效菌根化育苗技术的开发提供参考。     

磷对外生菌根真菌松乳菇和双色蜡蘑草酸、氢离子和磷酸酶分泌的影响

在液体培养基中设置无磷、低磷、中磷和高磷四种磷浓度,离体培养松乳菇Lactarius deliciosus的3个株系Ld-01、Ld-02、Ld-03和双色蜡蘑Laccaria bicolor S238N,分别测定外生菌根真菌的生长量、草酸、氢离子和酸性磷酸酶分泌速率。结果表明,在中磷的条件下,外生菌根真菌的生长最好,无磷、低磷或高磷对它们的生长产生抑制作用,抑制程度因菌种（株）不同而异。草酸、氢离子和酸性磷酸酶的分泌速率顺序为：无磷（0g NaH2PO4/L）〉低磷（0.229gNaH2PO4/L）〉中磷（1．147gNaH2PO4／L）〉高磷（5.735g NaH2PO4／L）,表现出明显的种（株）间差异,看来外源磷的供应状况可能有调节外生菌根真菌活化土壤无机磷和有机磷的作用。在缺磷和低磷条件下,外生菌根真菌具有较强的活化作用,在足磷的条件下活化作用减小,由此有效地利用土壤中的磷。     

低磷和铝毒胁迫条件下菜豆有机酸的分泌与累积

以水培方式研究了低磷、铝毒胁迫条件下,不同菜豆基因型根系有机酸的分泌及其在植穆不同部位的累积,结果表明,低磷,铝毒胁迫诱导菜豆有机酸的分泌与累积存在显著的基因差异。低磷、铝毒胁迫诱导菜豆主要分泌柠檬酸、酒石酸和乙酸,其中,50μmol/LAl^3 诱导柠檬酸分泌量最高;低磷（小于20μmol/LH2PO4^－）胁迫诱导柠榨菜酸分泌量显著高于高磷处理,但低磷处理之间差异不明显,铝毒胁迫诱导菜豆有机酸的分泌与累积显著高于低磷胁迫处理,低磷,铝毒胁迫植株不同部位有机酸的含量为叶片大小根系,低磷,铝毒胁迫时,G842菜豆型柠檬酸有机酸分泌总量显著高于273、AFR和ZPV,其干重和磷吸收明明显于大G273,AFR和ZPV,且铝吸收量小于G273,AFR和ZPV,说明,G482菜豆基因型对低磷,铝毒的适应能力强于G273,AFR和ZPV基因型,菜豆有机酸,,尤其柠檬酸的分泌是其适应低磷、铝毒胁迫的重要生理反应。     

磷对外生菌根真菌松乳菇和双色蜡蘑草酸、氢离子和磷酸酶分泌的影响

在液体培养基中设置无磷、低磷、中磷和高磷四种磷浓度,离体培养松乳菇Lactarius deliciosus的3个株系Ld-01、Ld-02、Ld-03和双色蜡蘑Laccaria bicolor S238N,分别测定外生菌根真菌的生长量、草酸、氢离子和酸性磷酸酶分泌速率。结果表明,在中磷的条件下,外生菌根真菌的生长最好,无磷、低磷或高磷对它们的生长产生抑制作用,抑制程度因菌种(株)不同而异。草酸、氢离子和酸性磷酸酶的分泌速率顺序为:无磷(0gNaH2PO4/L)>低磷(0.229gNaH2PO4/L)>中磷(1.147gNaH2PO4/L)>高磷(5.735gNaH2PO4/L),表现出明显的种(株)间差异,看来外源磷的供应状况可能有调节外生菌根真菌活化土壤无机磷和有机磷的作用。在缺磷和低磷条件下,外生菌根真菌具有较强的活化作用,在足磷的条件下活化作用减小,由此有效地利用土壤中的磷。     

磷对外生菌根真菌松乳菇和双色蜡蘑草酸、氢离子和磷酸酶分泌的影响

在液体培养基中设置无磷、低磷、中磷和高磷四种磷浓度,离体培养松乳菇Lactarius deliciosus的3个株系Ld-01、Ld-02、Ld-03和双色蜡蘑Laccaria bicolor S238N,分别测定外生菌根真菌的生长量、草酸、氢离子和酸性磷酸酶分泌速率。结果表明,在中磷的条件下,外生菌根真菌的生长最好,无磷、低磷或高磷对它们的生长产生抑制作用,抑制程度因菌种（株）不同而异。草酸、氢离子和酸性磷酸酶的分泌速率顺序为：无磷（0g NaH2PO4/L）> 低磷（0.229g NaH2PO4/L）     

菌丝桥在日本落叶松幼苗间磷传递和植株生长中的作用

 应用四室隔网系统研究了菌丝桥在日本落叶松(Larix kaempferi)幼苗间传递磷的作用。结果表明,供体接种卷缘桩菇(Paxillus involutus)和彩色豆马勃（Pisolithus tinctorius）后,其外延菌丝可以穿过隔离层侵染受体落叶松,在供体和受体落叶松间形成了菌丝桥。供体植株接种菌根真菌后生物量明显增加,但是对受体植株没有显著的影响。菌根真菌侵染的供体和受体植株的根、地上部吸磷量均分别显著高于对照,而且供体植株根、地上部吸磷量增加的程度明显高于受体。被卷缘桩菇和彩色豆马勃侵染的受体植株体内32P的放射性强度分别是对照的10倍和6倍,两者形成菌丝桥后传递到受体植株的32P分别为供体植株体内32P的1.10%和0.22%。供体植株吸收的32P可以通过菌丝桥传递给受体,但是绝对数量十分有限,对受体植株磷营养没有产生显著的影响,但P. involutus和P. tinctorius侵染受体植株后,促进了受体落叶松对磷的吸收,这是菌丝桥形成后,真菌帮助受体植株吸收磷引起的。     

接种乳黄粘盖牛肝菌和荧光假单胞菌对油松苗生长及猝倒病的影响

在盆栽条件下研究了单接种外生菌根真菌乳黄粘盖牛肝菌(SL)、单接种荧光假单胞菌(PF)、双接种(SL+PF)和不接种菌剂(CK)4个处理对油松苗生长、盆栽土壤指标、油松苗生理生化指标及猝倒病发生的影响.结果显示:(1)不同接种处理的油松苗成活率、生长状况及根系活力均高于对照,且SL+PF促生效果最好,其成活率、苗高、地径、地上干重、总干重及根系活力分别比对照提高22.10%、36.16%、44.86%、124.14%、161.54%和100%.(2)双接种可同时有效提高土壤酶活性和土壤养分含量,土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性均与速效氮、速效磷和有机碳呈显著或极显著正相关.(3)接种病原菌前后油松苗的MDA含量表现为CK>PF>SL>SL+PF,SOD、CAT和PAL活性均为SL+PF>SL>PF>CK,但接种病原菌前后不同处理酶活性增长幅度不同,CAT和PAL活性均以SL+PF增幅最大,分别比对照增长76.18%和112.64%.(4)接种处理的油松苗猝倒病发病率及病情指数均低于对照,且以SL+PF抗病效果最好,分别比对照降低60.94%和70.55%.研究表明,接种菌根真菌可有效提高土壤酶活性和土壤养分含量,增强植株体内的抗氧化酶活性,从而促进油松苗生长,抑制猝倒病的发生,菌根促生菌荧光假单胞菌增强了菌根真菌的作用.     

锥低磷胁迫响应基因的功能及代谢通路分析

磷是限制南亚热带常绿阔叶林植物生长的关键营养元素,研究森林群落中优势木本植物对低磷胁迫响应的内在分子机制具有重要意义。该文以鼎湖山20 hm²固定监测样地常绿阔叶林中优势种锥(Castanopsis chinensis)为研究对象,利用高通量测序技术结合生物信息学软件对锥基因组序列进行深入分析。结果表明:(1)完成了锥基因组参考序列的草图拼接,结合大样地土壤有效磷数据,共筛选出37个显著性磷响应基因,并对筛选出的锥磷响应基因进行GO功能注释分析,发现29个GO注释分类中属分子功能类的基因数最多,共有13条,所涉及的预测功能包括磷脂酶D活性、细胞色素c氧化酶活性、光电子传递、过氧化物酶活性等。(2)对锥磷响应基因进行KEGG富集分析,发现显著性富集的1条代谢通路为psb D基因参与调控的植物光合代谢途径。在锥生长期中,有众多基因与磷代谢相关,并参与调控多种生物途径。其中,psb D基因作为锥叶片主要的磷响应基因可通过调控光合作用来调节植物生长,但其功能有待今后进一步验证。     

模拟氮沉降对低磷胁迫下马尾松不同家系根系分泌和磷效率的影响

近年来大气氮(N)沉降的增加, 导致森林土壤中有效N含量增加、N:P发生改变, 研究N沉降对低磷(P)胁迫下林木根系分泌和P效率的影响具有重要意义。该文以马尾松(Pinus massoniana)家系作为试验材料, 设置模拟N沉降与同质低P (介质表层与深层均缺P)、异质低P (介质表层P丰富、深层缺P)耦合的二年生盆栽实验, 系统研究了模拟N沉降对低P胁迫下马尾松根系分泌性酸性磷酸酶(APase)活性、有机酸分泌以及P效率的影响。结果表明: (1)同质低P和异质低P下, 模拟N沉降均显著提高了植株N:P化学计量比、增加了P素的相对匮乏程度, 从而诱导根系增加了APase和有机酸的分泌, 而同质低P比异质低P下增加幅度更大, 其中有机酸分泌均与马尾松生长呈正相关关系, 而APase活性与P效率相关性较小; (2)同质低P下, N沉降虽然增加了根系分泌, 但未提高马尾松P素吸收和生长量, 其原因在于, 同质低P下植株N:P过高, 因而植株对N沉降敏感性低; 在异质低P下, 植株表现为N、P共同限制, 因而对N敏感性较高, N沉降增加了根系分泌, 同时提高了N和P吸收效率、增加了生物量; (3)马尾松根系分泌对模拟N沉降的响应存在较大的家系差异。同质低P下, 家系71×20的有机酸分泌和生物量对N沉降的响应幅度较大; 异质低P下, 家系36×29、71×20和73×23对N沉降的响应幅度较大。     

低磷胁迫下不同种源马尾松的根构型与磷效率

以浙江淳安、福建武平、广西岑溪和广东信宜4个代表性的马尾松种源为试材,设置异质低磷胁迫、同质低磷胁迫等不同磷素处理,研究马尾松种源感知不同类型低磷胁迫的根构型及磷效率变异规律.结果表明:无论在异质低磷还是同质低磷胁迫下,参试种源马尾松的主要生长性状和磷效率指标均存在极显著的种源间变异.异质低磷胁迫下,广东信宜、福建武平种源马尾松表现出较高的磷效率和干物质积累量,根构型发生适应性变化,富磷表层介质中的根系参数显著高于低磷效率的广西岑溪和浙江淳安种源.这是磷高效种源具有较高的磷素吸收效率和磷效率的重要机制.不同种源的表层富磷介质根系参数与其整株干物质积累量相关系数在0.95以上.同质低磷胁迫下,高磷效率种源马尾松的磷吸收率显著高于低磷效率种源,但表层介质中的根系参数和整株根系参数与整株干物质积累量的相关性较低.不同种源马尾松适应同质低磷胁迫和异质低磷胁迫的生物学机制有所差异,应有针对性地选择不同土壤磷素的森林立地并推广磷营养高效的马尾松种源.     

甘蔗幼苗对难溶性磷的吸收及其根系对低磷胁迫的响应

为明确甘蔗适应低磷胁迫的生理生化机制,挖掘甘蔗对磷素的利用潜力,揭示甘蔗对低磷胁迫适应的可能机制,该研究以ROC22和ROC10两个甘蔗品种为材料,采用水培和土培的方法研究了甘蔗幼苗对难溶性磷的吸收及其在低磷胁迫下根构型和根系的生理反应。结果表明:(1)培养在以难溶性磷(Ca-P和Al-P)为磷源的培养液中的甘蔗的叶片数、地上部干重、生物量较缺磷(-P)处理显著增加,与对照(+P)的相当,甘蔗总磷积累量也显著提高,达到对照(+P)处理磷积累量的30%～77%。(2)在低磷条件下,甘蔗幼苗的根系有向土壤深层分布的趋势,根的总体积增大、最长根长变长、浅根系分布增多。(3)甘蔗幼苗在低磷环境下,根际环境明显酸化,且根系分泌物能溶解难溶性的铝磷,植株体内酸性磷酸酶的活性也明显增强。以上表明甘蔗幼苗有较强的吸收利用难溶性磷的能力,而低磷条件下根系数量增加、主根的向地性、浅根系分布增多、根际酸化以及植株体内酸性磷酸酶活性的增强可能是甘蔗幼苗适应缺磷环境的重要机制。     

The ability of 16 ectomycorrhizal fungi to increase growth and phosphorus uptake of Eucalyptus globulus Labill. and E. diversicolor F. Muell.

The effectiveness of 16 fungal isolates in forming ectomycorrhizas and increasing the growth and phosphorus uptake of Eucalyptus globulus Labill. and E. diversicolor F. Muell. seedlings was examined in the glasshouse. Seedlings were grown in yellow sand at 2 phosphorus levels (4 and 12 mg P kg^-1 sand). At the time of harvest (100 days), the non-inoculated seedlings and seedlings inoculated with Paxillus muelleri (Berk.) Sacc. and Cortinarius globuliformis Bougher had a low level of contamination from an unknown mycorrhizal fungi. Seedlings inoculated with Thaxterogaster sp. nov. and Hysterangium inflatum Rodway had developed mycorrhizas of the superficial type whereas Hydnangium carneum Wallr. in Dietr., Hymenogaster viscidus Massee & Rodway, Hymenogaster zeylanicus Petch, Setchelliogaster sp. nov., Laccaria laccata (Scop. ex. Fr.) Berk., Scleroderma verrucosum (Vaillant) Pers., Amanita xanthocephala (Berk.) Reid & Hilton, Descolea maculata Bougher and Malajczuk and Pisolithus tinctorius (Pers.) Coker & Couch formed typical pyramidal ectomycorrhizas. The dry weight of non-inoculated and inoculated E. globulus seedlings at 12 mg P kg^-1 sand did not differ, whereas several isolates caused growth depression of E. diversicolor. By contrast, at 4 mg P kg^-1 sand growth increases ranged from 0–13 times above that of non-inoculated seedlings. P. tinctorius produced the largest growth increase on both eucalypt species. In general, isolates which developed more extensive mycorrhizas on roots produced the largest growth responses to inoculation. Isolates which increased plant growth also increased phosphorus uptake by the plant. Seedlings inoculated with L. laccata and S. verrucosum retained more phosphorus in their roots than plants inoculated with the other fungal isolates.     

Effects of aluminium on polyphosphate mobilization of the ectomycorrhizal fungus Suillus bovinus

Aluminium toxicity may be an important factor in the decline in vitality of many forest trees and the associated ectomycorrhizal fungal flora. In this study, comparative in vivo ³¹P NMR investigations on Al-adapted and non-Aladapted fungus of Suillus bovinus in pure culture have produced interesting new data. With respect to intracellular compartments, ³¹P NMR spectroscopy showed the spectra to differ in a peak-6 ppm appearing in the spectra of the A1-adapted fungus indicating terminal phosphate groups of mobile polyphosphate. Thus, in the Al-adapted fungus the average chain length of mobile polyphosphate is considerably shorter than in the non-Al-adapted fungus. A special method of cyclic phosphate supply followed by block averaging of the NMR spectra was used to determine the kinetic behaviour of phosphate uptake, storage and incorporation into polyphosphate at a constant external pH 3.5. While the Al-adapted fungus showed resistance to Al, an irreversible break-down in phosphate metabolism of the non-Al-adapted fungus by exposure to Al was caused. In comparison with the non-Al-adapted fungus supplied by nutrient solutions omitting Al, the Al-adapted fungus showed higher levels in both phosphate uptake and mobile polyphosphate concentration. As a consequence of these results a de-toxification of freely mobile Al-ions into a stable and insoluble complex in the Al-adapted fungus is considered to be due to a capture of intracellular Al by mobile polyphosphate of shorter chain length.     

Effects of monovalent cations on phosphate accumulation and storage of the ectomycorrhizal fungus Suillus bovinus

Comparative in vivo ³¹P-NMR studies of the fungus Suillus bovinus (L.: Fr.) O. Kuntze in pure culture have produced interesting new data. To investigate the response of phosphate metabolism to a change in external monovalent cations, samples were exposed to a Hoagland solution containing different monovalent cations Li⁺, Na⁺, K⁺, or Rb⁺ at 10 mM concentration. A method of nutrient cycling during analysis where the cation was changed and the phosphate kept constant allowed us to determine the kinetics of phosphate accumulation, storage and incorporation into polyphosphate following exposure to the range of test cations. Different external monovalent cations had different effects upon changes in the content of both phosphate and polyphosphate. Treatment with Li⁺, Na⁺, or Rb⁺ resulted in a change in phosphate accumulation to 60, 73, and 107% and in content of the intracellular mobile polyphosphate (polyP) to 119, 112, and 94%, respectively, compared with the control taken as 100%. The effect of each cation is related to its position in the periodic table. Reversing this process, i.e., exchanging with K⁺, returned phosphate metabolism to normal. Although, the increase in depolarization of the cell membrane should affect the internal pH, fungal metabolism using energy requiring mechanisms appeared necessary to maintain the intracellular pH. Thus, increasing contents of mobile polyP were the consequence of an increasing energy demand. On the other hand, the increasing depolarization of the cell membrane following the sequence Rb⁺ < K⁺ < Na⁺ < Li⁺ inhibited the net P_i accumulation. Furthermore, it is postulated that the P_i accumulation was also regulated by the intracellular content in polyP.     

低磷和干旱胁迫对大豆植株干物质积累及磷效率的影响

土壤缺磷和季节性干旱已经成为南方酸性红壤地区大豆生产的主要限制因素之一。选取2个大豆品种巴西10号(磷高效)和本地2号(磷低效),研究其在不同磷素(0,15, 30 mg/kg P)和水分处理(分别在开花期和结荚期进行干旱胁迫)下的反应,从植株生物量、叶绿素含量、磷效率指标等方面研究不同基因型大豆对水磷耦合胁迫的适应机制。研究结果表明,随着土壤磷素水平的增加,两个品种的生物量和叶片叶绿素含量显著增加,根冠比则显著下降。在同一磷素水平处理下,干旱胁迫则导致较高的根冠比,对叶片叶绿素含量影响不大,两个品种表现一致。两个基因型大豆受到干旱胁迫后,其产量均显著低于正常水分处理。中等施磷能显著提高两个大豆品种的产量,但高磷处理对产量的增加幅度有限,甚至高磷处理还造成本地2号减产。巴西10号的产量随土壤中磷素的增加而增加,而本地2号的产量则为中磷>高磷>低磷,不管是磷处理还是水分处理,巴西10号的产量均高于本地2号。无论是花期干旱还是结荚期干旱,巴西10号和本地2号的根磷效率比、磷吸收效率及磷转移效率均随土壤磷浓度的增加而增加,磷利用效率则降低。总体上来讲,巴西10号的磷吸收效率和利用效率高于本地2号,而根磷效率比、磷转移效率则小于本地2号。