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。     

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。     

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。     

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。     

兰科植物共生胶膜菌:分类学、多样性、专一性和适应性

兰科植物与丝核菌类真菌,包括胶膜菌科、角担菌科和蜡壳菌科等形成菌根共生体。胶膜菌科真菌作为最广泛分布的共生菌根真菌,表现出与兰科植物的协同进化与密切关系。除了形态学特征分析和比较外,分子技术促进了兰科植物胶膜菌的分类学和多样性研究。兰科植物与胶膜菌的特异性可能限制兰科植物的分布和移栽后的生存能力,但有些兰科植物与胶膜菌的共生关系会因为地理分布或环境变化进行调整,使植物更好地生存,这种适应性为实现无菌苗菌根化来促进兰科植物的迁地保护或繁殖提供可能。本文综述了兰科植物共生菌根真菌胶膜菌在分类学、多样性、特异性和适应性等方面的研究。     

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.     

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。     

Soil chemical properties,rather than landscape context,influence woodland fungal communities along an urban‐rural gradient

With the expansion of cities around the world there is a growing interest in the factors that influence biodiversity and ecosystem processes in urban areas. Fungi are exceptionally diverse and play key roles in ecosystem function, yet despite predictions of negative impacts due to urbanization, fungi have been generally overlooked in urban ecological studies. We surveyed fungi in 16 remnant river red gum (Eucalyptus camaldulensis: Myrtaceae) woodlands along a gradient of 4–35 km from the city of Melbourne (south‐east Australia). Using both sporocarp surveys and terminal restriction fragment length polymorphism (T‐RFLP; primer pair ITS1‐F‐ITS4), we examined relationships between fungal community composition, landscape context (i.e. urbanization) and soil physicochemical properties. Community compositions from sporocarp data were significantly correlated with those from T‐RFLP data, largely because of correlations with ectomycorrhizal sporocarps (Spearman rank correlation coefficients ρ 0.31–0.42) rather than saprotrophic fungi (ρ 0.18–0.21). Principal components analysis of soil properties and non‐metric multidimensional scaling ordinations of fungal community composition showed no clear separation of sites according to urbanization, and there were no significant correlations between fungal community composition and urbanization. However, fungal community composition was significantly correlated with soil chemical properties (ρ 0.41–0.55). These data suggest that site‐scale soil properties, and associated effects of past and current land management activities, were more important in determining fungal community composition than the landscape‐level influences of urbanization.     

Urban mycorrhizas: predicting arbuscular mycorrhizal abundance in green roofs

Mycorrhizas face unique anthropogenic stressors in urban environments, but the factors influencing their abundance in cities remains comparatively unstudied. Using green roofs as a model system, we built a conceptual model outlining the biotic and abiotic factors influencing arbuscular mycorrhizal (AM) fungal abundance in cities. We then tested this model and its multiple causal hypotheses with structural equation modeling using plant, soil, and AM fungal abundance measurements from 60 plots across 12 green roofs in Chicago, USA. The best direct predictor of AM fungal abundance was not plant cover, plant richness, or soil nutrients, but instead green roof age, suggesting temporal accumulation of AM fungal propagules in degraded urban environments. Soil P had the strongest total effect on AM fungal abundance both directly and via indirect promotion of plant cover. This study highlights knowledge gaps and challenges to studying the urban ecology of AM fungi.     

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.     

Functional complementarity in the arbuscular mycorrhizal symbiosis

The causes and consequences of biodiversity are central themes in ecology. Perhaps one reason for much of the current interest in biodiversity is the belief that the loss of species (by extinction) or their gain (by invasion) will significantly influence ecosystem function. Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are components of most terrestrial ecosystems and, while many research programs have shown that variability among species or isolates of AM fungi does occur (Giovannetti & Gianinazzi-Pearson, 1994), the basis for this variability and its consequences to the function of communities and ecosystems remains largely unexplored. Smith et al . (pp. 357–366 in this issue) now show clearly that ecologically significant functional diversity exists among AM fungal species in the regions of the soil from which they absorb phosphate, and their results suggest that such diversity may have significant ecological consequences.     

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。     

城郊生态系统土壤安全:问题与挑战

土壤作为地球表层系统物质和能量迁移转化的关键节点,其生态功能受到城市化快速发展的严重影响,土壤安全面临严峻的挑战。城郊生态系统受到城市和乡村的双重影响,具有复杂的景观结构和剧烈的动态变化,土壤安全问题更为突出和复杂。基于文献计量学方法,对1990—2017年发表的相关文献进行了统计,梳理和总结了城郊生态系统土壤安全研究的趋势和热点问题,对城郊生态系统中土壤安全面临的问题,及其特殊性、复杂性进行了重点论述,明确了当前快速城市化发展过程中城郊土壤安全研究面临的问题和挑战。建议今后的城郊生态系统土壤安全研究应加强区域尺度上的综合和不同城市发展模式下地区之间的比较,明确城市扩张对城郊生态系统土壤安全的影响机制;建立和完善基于"土壤安全"的城郊生态系统服务评价框架,深入研究城郊生态系统格局-过程-服务之间的关系;明确解析城郊土壤主要污染物来源及其复合污染状况,并结合区域特征,因地制宜开展科学的生态规划,优化城郊景观格局,提升城郊地区土壤安全与生态系统服务功能;明确土壤安全在城郊生态系统可持续发展目标中的重要性,建立科学合理的管理政策。