球囊霉素相关土壤蛋白的分布及环境功能研究进展

球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)是由丛枝菌根真菌(AMF)在土壤中产生的一种糖蛋白,其在土壤中大量存在,可分为总球囊霉素、易提取球囊霉素、免疫反应性总球囊霉素、免疫反应性易提取球囊霉素.土地利用方式、施肥条件、AMF及宿主类型、外界环境条件等均会影响土壤中GRSP的含量及分布.GRSP能改善土壤团聚体的水稳定性、降低陆地生态系统土壤中CO₂排放、促进土壤中碳贮存、降低土壤中重金属的有效性、减弱重金属的植物毒害.GRSP的提取及定量表征技术仍是限制人们深入了解其在土壤中分布及环境功能的瓶颈.今后有关GRSP的研究应重视以蛋白及其编码该蛋白的基因为基础,阐释GRSP在土壤生态系统中的分子生物学作用及机制,以及GRSP对土壤中有机污染物环境行为的影响.     

球囊霉素相关土壤蛋白与根系形态的相关性研究

球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)是丛枝菌根(AM)真菌菌丝分泌的糖蛋白,能够促进土壤团聚体的形成。多种因素影响GRSP的产量,植物根系形态是否通过碳素竞争机制影响GRSP产量目前尚不清楚。以Glomus mosseae的两个生态型菌株和红三叶草Trifolium repense为试材,通过砂培试验探讨宿主的根系形态与GRSP产量的相关性。发现接种AM真菌导致宿主细根的比例降低,粗根的比例增加,但对总根长和根表面积没有影响;侵染率和菌丝长度随着时间的延长而增加,菌株之间存在显著差异;接种AM真菌导致GRSP产量显著提高;GRSP产量与根系形态没有显著的相关性,但是与侵染率和菌丝长度显著相关。结果表明,尽管宿主根系形态建成和AM真菌都对碳素具有竞争关系,但是前者并没有抑制GRSP的形成,可能存在根系碳素分配的自调控机制。     

庐山常绿阔叶林常见树种根际球囊霉素相关土壤蛋白分布特征及其影响因素

庐山森林具有明显的纬度地带性特征,常绿阔叶林与常绿落叶阔叶混交林是庐山中部区域常见的森林类型,对于庐山生物多样性及生态服务功能有重要意义.球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)的动态变化是评价和指示森林土壤质量的重要指标之一,探明庐山森林GRSP分布特征及其影响因素,对于提高森林土壤质量具有指示意义.以庐山自然保护区常绿阔叶...     

丛枝菌根真菌产球囊霉素研究进展

球囊霉素（Glomalin）是由丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）产生的一种含金属离子的糖蛋白,由于丛枝菌根真菌在自然和人工陆生生态系统中广泛分布,丛枝菌根真菌在生态系统中的生态学功能一直是菌根生物学研究中诱人的问题。自1996年球囊霉素被发现以来,球囊霉素在土壤生态系统中的生态学功能、生态学地位日益受到重视。本文对球囊霉素作为土壤主要有机源和超级胶的功能作了简介,综述了球囊霉素的研究现状,并对其研究前景作了展望。     

赤红壤地区森林土壤球囊霉素相关蛋白测定方法

球囊霉素是丛枝菌根真菌菌丝产生的一种糖蛋白,被证明具有改善土壤结构、固定土壤中重金属、保护有机碳等重要的生态功能。球囊霉素目前尚无法纯化,一般通过测定球囊霉素相关蛋白(GRSP)来对其定量。由于GRSP测定方法的非专一性,目前尚无适宜于各种陆地生态系统的标准测定方法。本文针对GRSP测定结果可能受到提取时间、离心力以及测定前再次离心时离心力的大小等因素的影响,设置对比试验,对亚热带赤红壤地区土壤GRSP提取测定,以期获取适合于该地区的GRSP测定方法。结果表明:当提取时离心时间为10 min,10000×g的离心力提取的易提取GRSP(EE-GRSP)是5000×g提取的1.15~1.82倍,但离心力大小对总GRSP(T-GRSP)影响不显著;当提取时离心力为5000×g时,离心时间由10 min延长至15 min能够显著提高EE-GRSP含量;测定之前对上清液再次离心,若使用较大的离心力(≥10000×g),将显著影响GRSP测定值;经过6次连续提取,能够提取T-GRSP理论最大含量的97.7%~99.8%;因此,在亚热带酸性赤红壤森林生态系统中,GRSP的提取建议采用10000×g 10 min的离心力和离心时间组合,测定前对上清液再次离心时,应以≥10000×g的离心力为宜,研究结果为该地区GRSP的标准化测定提供了理论依据。     

球囊霉素相关土壤蛋白的提取条件

球囊霉素是由丛枝菌根真菌分泌的一种含金属离子的糖蛋白,因被非专一性提取而称为球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）。由于提取条件能影响GRSP的测定值,因此研究了柑橘园土样前期灭菌、离心力和土样质量等3个提取条件对GRSP测定值的影响。结果表明,土样前期灭菌和较高的离心力（15,000′g）均能显著影响GRSP的测定值;在土样质量0.25－1.0g范围内,GRSP的测定值随着土样质量的提高而升高;经过3次和6次的连续提取,总球囊霉素相关土壤蛋白的累积量分别达到理论最大值的66.8%和92.1%以上。研究结果为GRSP测定的标准化提供了依据。     

石油污染土壤中不同人工林木根际丛枝菌根真菌与球囊霉素的研究

以陕西延长县石油污染区常见的13种人工种植林木为材料,测定了各人工种植林木根际丛枝菌根(AM)真菌发育状况、污染土壤的理化性质、土壤酶活性和球囊霉素含量,探讨AM真菌在石油污染土壤生态修复中的作用。结果表明,13种林木均能形成AM,其定殖率平均为63.2%,孢子密度平均为1.93个.g-1干土,其中受污染程度最低的柠条AM真菌定殖率和孢子密度最高,分别为91.6%和4.73个.g-1干土;毛白杨、狼牙刺和刺槐的根际土壤养分(有机碳、碱解氮、速效磷)含量相对较高;各种人工种植林木的根际土壤球囊霉素含量、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性随根际土壤石油烃污染浓度的增加而明显升高,其中刺槐、狼牙刺和酸枣根际土壤的过氧化氢酶和多酚氧化酶活性都较高,同时这3种林木的球囊霉素含量也较高。因此,林木根际土壤球囊霉素含量、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性可以作为石油污染的敏感指标。     

黄土高原紫穗槐丛枝菌根真菌与土壤因子和球囊霉素空间分布的关系

在黄土高原的陕西省甘泉、绥德、米脂、榆林4县(市)选取4个样地,研究紫穗槐不同深度土层丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)侵染率、孢子密度、球囊霉素和土壤因子之间的关系。结果表明:(1)AMF侵染率平均值绥德样地最大(100%),米脂样地最小(75.02%);孢子密度平均值米脂样地最大(5.91个/g),榆林样地最小(1.57个/g);4个样地孢子密度最大值均在0～10cm土层,且随土层加深而降低;AMF侵染率与孢子密度在各样地间差异显著,同一样地侵染率与孢子密度变化规律不一致。(2)榆林样地的有机碳、铵态氮、速效磷、脲酶和碱性磷酸酶活性平均值显著高于其他3个样地;除绥德、米脂样地的蔗糖酶和甘泉样地的碱性磷酸酶外,其他样地的土壤酶活性和球囊霉素含量均随土层加深而降低,且各土层之间差异显著,最大值均在0～10cm土层。(3)AMF侵染率与pH、总球囊霉素含量、易提取球囊霉素含量呈极显著正相关,与有机碳、硝态氮、速效磷含量呈显著正相关;孢子密度与速效磷、蔗糖酶、脲酶活性呈显著正相关,与铵态氮含量呈显著负相关。(4)第1、2主成分的累积方差贡献率达到56.4%,第1主成分主要综合了球囊霉素、AMF侵染率和孢子密度,第2主成分综合了pH和部分土壤因子信息。因此,球囊霉素、AMF侵染率、孢子密度、pH、部分土壤因子对决定土壤生态起主要作用。     

覆膜与接种AM真菌对半干旱区玉米根际土壤理化性质的影响

本研究采用裂区试验设计,主区设置了3种覆膜方式:露地平播(即常规播种方法,无覆膜)、半覆膜平作(即常规播种方法,覆膜占小区面积一半)、全膜垄上穴播(即起垄后小区全覆膜,垄上播种),副区设置了2个丛枝菌根(AM)真菌接种水平:接种AM真菌(AM)和不接种对照(CK),研究了大田条件3种覆膜方式下接种AM真菌对半干旱区春播玉米根际土壤养分、有机碳含量及AM真菌特性(侵染率、根外菌丝密度与土壤球囊霉素)的影响。结果表明:3种覆膜方式下,与不接种对照相比,接种AM真菌显著提高了根系侵染率、根外菌丝密度、土壤中球囊霉素和有机碳含量、植株干重、碳氮比和土壤含水量,同时显著促进了土壤养分吸收(个别例外),其中土壤根外菌丝密度、易提取球囊霉素、有机碳、速效磷和速效钾含量、碳氮比随着覆膜方式由无覆膜-半覆膜-全覆膜的变化呈降低趋势,而植株干重、土壤中总球囊霉素、全氮和含水量随着覆膜方式由无覆膜-半覆膜-全覆膜的变化呈升高的趋势。全覆膜结合接种AM真菌在促进西北半干旱地区田间作物生长、提高土壤含水量、以及改善菌根侵染率、菌丝密度与土壤中球囊霉素含量的作用最大,但降低了土壤养分,后期还可能需要通过合理施肥措施加以维持土壤肥力水平。相关分析表明,土壤根外菌丝密度和球囊霉素含量与土壤矿质养分和水分存在一定程度的协同效应,接种AM真菌有助于根际土壤养分转化,促进植物生长。     

库布齐沙漠白沙蒿根际丛枝菌根及其球囊霉素的时空异质性

为探明流动沙地先峰植物白沙蒿(Artemisia sphaerocephala)根际丛枝菌根真菌产球囊霉素时空分布, 在库布齐沙漠选设白沙蒿样地, 于春、夏和秋季分0-10, 10-20, 20-30, 30-40和40-50 cm土层采集土壤样品, 测定其根际丛枝菌根真菌的菌丝侵染率、孢子密度、球囊霉素含量和土壤理化因子, 并系统分析了两两间的相互关系。结果表明: ①白沙蒿和丛枝菌根真菌具有良好的共生关系, 夏季和秋季的真菌菌丝侵染率略高于春季, 夏季平均为89.75%, 秋季平均达到92.37%, 两季的最大值都出现在20-30 cm土层。②白沙蒿根际丛枝菌根真菌活性有明显的空间异质性。真菌孢子密度为1.21-12.31 个·g土-1, 最大值出现在夏季的0-10 cm土层。孢子密度在不同季节有显著差异, 夏季>秋季>春季, 各季都随土层加深而递减。③白沙蒿根际土壤中总球囊霉素含量范围为0.37-1.27 mg·g-1, 易提取球囊霉素含量范围为0.19-0.81 mg·g-1, 两者在各季节最大值都出现在0-10cm土层, 呈现明显的表层土富集性。④球囊霉素与土壤中真菌孢子密度呈极显著正相关, 并和土壤养分及大多土壤酶活性呈显著正相关, 可作为评价土壤丛枝菌根真菌活性和土壤肥力的重要指标。     

The arbuscular mycorrhizal fungal protein glomalin is a putative homolog of heat shock protein 60

Work on glomalin-related soil protein produced by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi (AMF) has been limited because of the unknown identity of the protein. A protein band cross-reactive with the glomalin-specific antibody MAb32B11 from the AM fungus Glomus intraradices was partially sequenced using tandem liquid chromatography-mass spectrometry. A 17 amino acid sequence showing similarity to heat shock protein 60 (hsp 60) was obtained. Based on degenerate PCR, a full-length cDNA of 1773 bp length encoding the hsp 60 gene was isolated from a G. intraradices cDNA library. The ORF was predicted to encode a protein of 590 amino acids. The protein sequence had three N-terminal glycosylation sites and a string of GGM motifs at the C-terminal end. The GiHsp 60 ORF had three introns of 67, 76 and 131 bp length. The GiHsp 60 was expressed using an in vitro translation system, and the protein was purified using the 6xHis-tag system. A dot-blot assay on the purified protein showed that it was highly cross-reactive with the glomalin-specific antibody MAb32B11. The present work provides the first evidence for the identity of the glomalin protein in the model AMF G. intraradices, thus facilitating further characterization of this protein, which is of great interest in soil ecology.     

盐渍化土壤根际微生物群落及土壤因子对AM真菌的影响

为探明盐渍化土壤影响下AM真菌与根际土壤间的关系,试验选取宁夏碱化龟裂土、草甸盐土、盐化灌淤土3种类型4个样地上典型植被群落,测定了植物根际土壤养分含量、微生物群落结构、AM真菌侵染率以及孢子密度。结果显示:盐渍化土壤根际微生物碳源利用类型显著不同,对芳香类化合物的代谢能力整体较弱;红寺堡草甸盐土上微生物优势群落为氨基酸代谢类群,惠农盐化灌淤土为多聚化合物代谢群,西大滩碱化龟裂土为碳水化合物代谢群。AM真菌孢子密度与微生物碳源代谢群间的关系比较复杂。其中,惠农样点根际土壤孢子密度与多聚化合物微生物代谢群呈显著正相关,西大滩地区孢子密度与碳水化合物微生物代谢群呈显著正相关。土壤有机质、全盐、全氮、碱解氮等土壤肥力因子及土壤中的HCO-3、Na+、Cl-等盐基离子含量能解释AM真菌孢子密度与土壤环境因子之间相互关系的大部分信息。较高的HCO-3浓度促进了AM真菌侵染率的提高,但高盐浓度下Na+和Cl-降低了菌根侵染率。土壤对AM真菌孢子密度、侵染率的影响因土壤盐分组成类型的不同而异。研究结果为深入了解AM真菌多样性,促进宁夏盐碱地的合理开发与利用提供了理论依据。     

等高反坡阶措施下坡耕地球囊霉素相关土壤蛋白对土壤碳氮储量的贡献

为证实坡面微地形改造措施-等高反坡阶(CRT)对坡耕地的生态修复功能,揭示CRT对球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)含量及土壤碳氮储量贡献的影响与机制至关重要。通过分析原状(CK)和CRT处理下旱季和雨季坡耕地0-5、5-15、15-30 cm土层中总GRSP(T-GRSP)、易提取GRSP(EE-GRSP)、土壤有机碳(SOC)与土壤全氮(TN)在CRT阶上和阶下及CK对应位置处的时空分布特征,探讨CRT措施下GRSP对土壤碳氮储量的贡献,揭示相关机制。结果表明:(1)CRT坡耕地土壤T-GRSP、EE-GRSP、SOC和TN的含量较CK显著提高(P<0.05),增幅分别为16.6%-189%、7.28%-102%、1%-68.3%和7.29%-79.7%。且CRT对坡耕地GRSP含量的提升效果总体表现为雨季强于旱季、表层(0-5 cm)土壤高于深层(15-30 cm)、阶下优于阶上。(2)相比CK,CRT坡耕地旱季和雨季SOC储量分别提高8.06%和13.5%,TN储量提高7.01%和12.1%。T-GRSP对SOC和TN储量的贡献率较CK分别提高8.5%-141%和2.58%-133%,EE-GRSP对SOC和TN储量的贡献率较CK分别提高1.38%-82%和5.25%-87.2%。且CRT对坡耕地SOC和TN储量提升效果雨季优于旱季,对表层土壤T-GRSP对SOC和TN贡献率的提升效果表现为雨季强于旱季、阶下强于阶上。(3)CRT极大提高了坡耕地T-GRSP与土壤孔隙度、SOC和TN的正相关性。相比CK,相关系数(R²)分别由0.17、0.26和0.29增至0.51、0.66和0.64。因此,CRT措施不仅降低了坡耕地SOC和TN的流失,还通过提高有机质含量改善土壤通气透水性,进而提高坡耕地GRSP的分泌与累积,同时提高GRSP对碳氮的贡献率,促进了土壤碳氮的固持与封存。     

森林植物多样性、树种重要值与土壤理化性质对球囊霉素相关土壤蛋白的影响

球囊霉素相关土壤蛋白(glomalin-related soil protein, GRSP)在土壤物理结构调节和土壤碳库稳定性中发挥着重要作用,但植物多样性和优势种如何影响GRSP还缺乏系统性研究。本研究依托东北林业大学哈尔滨实验林场的72块样地, 对1 m深土壤剖面分5层采样, 测定土壤易提取球囊霉素(easily extractable GRSP, EEG)、总提取球囊霉素(total GRSP, TG)及土壤理化性质, 并同时计算植物多样性指数及优势种重要值(importance value, IV), 进一步通过相关分析和冗余排序分析判断影响GRSP的主要因素与贡献。结果表明: (1)在整个土壤剖面上均表现为TG和EEG与土壤有机碳(SOC)正相关, 在部分土层深度与全氮(total nitrogen, TN)和含水量(moisture content, MC)正相关, 而与电导率(electrical conductivity, EC)和pH值负相关。(2)部分土层TG和EEG与黑皮油松(Pinus tabuliformis var. mukdensis)、樟子松(P. sylvestris var. mongolica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、黄檗(Phellodendron amurense)、榆树(Ulmus pumila)优势种重要值显著相关, 表现为黑皮油松重要值越高, 而黄檗、榆树重要值越小, 越有利于EEG的积累, 并且伴随EEG-C/SOC (EEG中C占SOC比例)增加、EEG/TG增大; 群落中胡桃楸、黄檗、榆树更有利于TG积累, 黑皮油松、落叶松(Larix gmelinii)、樟子松不利于TG的积累。(3)植物Simpson指数、Shannon-Wiener指数、物种丰富度与EEG、TG、EEG/TG无显著相关性, 而与EEG-C/SOC、EEG-N/TN (EEG中N占TN的比例)、TG-C/SOC (TG中C占SOC比例)、TG-N/TN (TG中N占TN的比例)显著负相关; 土壤EEG/TG和EEG-N/TN与植物均匀度指数显著正相关, 在1 m土壤不同土层趋势类似。(4)方差分解分析表明: 生物因子对GRSP变化的解释率是20.2%, 土壤理化因子解释率为7.8%, 而生物因子中植物优势种重要值的解释率最大(16.4%), 而植物物种多样性指数解释率仅为0.4%。冗余排序发现常绿针叶树种(黑皮油松和樟子松)越多且阔叶树种越少时, GRSP含量和GRSP对土壤碳氮的贡献越高(P < 0.01), 其机制可能与树种菌根类型有关: 外生菌根树种重要值与TG显著负相关, 丛枝菌根树种重要值与TG显著正相关。本研究解析了植物物种多样性对GRSP含量的重要影响, 并强调未来土壤管理和评估可以通过调整优势物种而不是树种多样性来促进GRSP积累。     

AMF和PGPR联合修复菲和芘污染土壤的效应

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）与根围促生细菌（plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）联合降解有毒有机物、修复污染土壤和促进植物生长的作用倍受关注。本试验旨在探究AMF与PGPR联合降解土壤中菲和芘的效应,以菲和芘1:1混合处理浓度各0、50mg/kg、100mg/kg和150mg/kg下对高羊茅Festuca elata接种AMF根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices（Ri）、变形球囊霉Glomus versiforme（Gv）、PGPR荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens Ps2-6、芽孢杆菌Bacillus velezensis Ps3-2、Ri+Ps2-6、Ri+Ps3-2、Gv+Ps2-6、Gv+Ps3-2和不接种对照共36个处理。结果表明,供试AMF增加了PGPR的定殖数量;接种PGPR则显著提高AMF的侵染率。AMF、PGPR或AMF+PGPR处理均显著降低土壤中菲和芘含量,促进植物对土壤中菲和芘的吸收,显著提高高羊茅根系和叶片内的菲和芘含量。在土壤中菲和芘100mg/kg和150mg/kg水平下,Gv与Ps2-6及Ri与Ps2-6能相互促进对土壤中菲和芘的去除效应,其中接种Gv+Ps2-6组合处理的去除率最高,达到95%-98%,土壤中多酚氧化酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性显著高于单接种处理和不接种对照,而酸性磷酸酶活性变化则表现为相反趋势。其中以Gv+Ps2-6组合处理的多酚氧化酶活性最高,为0.17mg/g,是不接种对照的1.9倍;脱氢酶和过氧化氢酶活性分别达到1.32µg/(g·h)和1.81mL/g;酸性磷酸酶活性则比不接种对照土壤降低27%-45%;易提取球囊霉素相关土壤蛋白含量和总球囊霉素相关土壤蛋白含量分别是不接种对照的1.6倍和1.5倍。