城市森林土壤微生物群落结构的季节变化

土壤微生物在森林生态系统中扮演重要的角色,是森林生态系统中物质循环的驱动因素,但目前对于城市森林土壤微生物群落的季节变化及其影响因素研究较少。因此,本研究以东莞城市森林为对象,采用高通量测序方法研究城市森林土壤微生物的季节变化规律及其影响因素。结果表明:土壤微生物群落结构和多样性有显著的季节变化,湿季土壤微生物总数量显著低于干季,但湿季土壤微生物Chao1指数和Shannon指数显著高于干季,湿季细菌和真菌的多样性和菌群结构更为丰富,其中细菌主要通过数量改变适应季节的变化,真菌主要通过数量以及物种组成的改变适应季节变化。土壤有效硼是细菌群落结构的主要影响因子,pH是真菌群落结构的主要影响因子,土壤中交换性钙和交换性镁亦是影响细菌和真菌群落的重要因子。     

基于高通量测序的禁牧对土壤微生物群落结构的影响

麋鹿的采食、躺卧和践踏行为均会对栖息地土壤环境造成影响,进而影响土壤微生物群落结构。利用高通量测序技术,分析江苏大丰麋鹿国家级自然保护区禁牧点和补饲点土壤细菌和真菌群落结构差异,并结合土壤理化性质探究禁牧对土壤微生物群落结构的影响。结果表明细菌群落的优势菌门为变形菌门,真菌群落的优势菌门为子囊菌门。禁牧改变了土壤微生物群落结构,在门水平上提高了变形菌门、放线菌门和担子菌门的相对丰度,降低了绿弯菌门、厚壁菌门和子囊菌门的相对丰度,禁牧点与补饲点土壤微生物群落多样性的相似性较低。冗余分析中,细菌受土壤环境因子的影响大于真菌,其中土壤pH是影响细菌和真菌群落最大的土壤环境因子。研究揭示了禁牧对土壤微生物群落结构的影响,为保护区制定麋鹿生境恢复方案提供参考。     

岷江干旱河谷优势灌丛对土壤微生物群落组成的影响

通过调查岷江干旱河谷两河口、飞虹、撮箕和牟托4个样地优势灌丛及其灌丛间空地的表土土壤物理化学性质和微生物群落组成,探讨植物灌丛群落对土壤微生物群落组成的影响。研究发现不同灌丛种类对土壤微生物群落组成以及土壤物理化学性质并没有显著影响,而同一样地灌丛与空地间的差异却较为显著。灌丛下比空地土壤中具有更高的有机质、养分含量,更高的土壤含水量和更低的容重,而灌丛下相对富集的养分资源是造成灌丛与空地间微生物群落组成差异的主要原因。不同样地影响微生物群落的主要因子存在一定差异,但与氮相关的因子(总氮、有效氮、碳/氮比)对土壤微生物群落着非常重要的影响,特别是对土壤微生物群落总生物量和细菌类群(革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、细菌等)。虽然不同灌丛和空地下土壤中细菌群落都没有显著地变化,但真菌和菌根真菌却明显的在灌丛下富集。在飞虹和牟托样地,总磷和碳/磷比与真菌类群,主要指真菌和菌根真菌,表现出显著正相关性,这或许反映了真菌类群对于该区域磷循环的重要作用。研究结果揭示了灌丛植被在干旱河谷地区地下生态系统中的重要作用,以及氮、磷这两种养分元素对土壤微生物群落的重要影响。同时,未来对于干旱河谷地区植物-土壤关系的研究应该关注真菌和菌根真菌类群的作用。     

接合菌蓝光受体蛋白研究进展

光信号是一种重要的环境因子,尤其是蓝光可以调控真菌的生长发育、生理周期、基因表达及多种代谢活动。接合菌亚门的真菌对环境信号特别是对光刺激感应灵敏,具有明显的趋向性,是研究真菌信号感应的理想材料,而同时具有无性生殖和有性生殖的特点也使之成为研究性别决定的模型。接合菌处于真菌进化的早期,进化地位低,其多拷贝的蓝光受体蛋白在长期进化过程中形成了完善的光受体系统,能够感应不同波长、光强和方向的蓝光和近紫外光,在接合菌的趋光性和类胡萝卜素合成以及无性生殖和有性生殖等光响应过程中发挥承上启下的重要作用。以接合菌中的代表菌株为例,总结了目前在接合菌中报道的蓝光受体蛋白,从基因发现、功能鉴定、光化学特性和调控途径等方面进行了比较分析,进而从3个方面详细阐述了与高等植物不同的接合菌中光受体蛋白调控的特殊生理过程;最后对以后接合菌蓝光受体蛋白的研究重点和难点进行了思考和展望,旨为相关研究者系统了解接合菌蓝光受体蛋白的功能和发展趋势提供线索和参考。     

接合菌蓝光受体蛋白研究进展

光信号是一种重要的环境因子,尤其是蓝光可以调控真菌的生长发育、生理周期、基因表达及多种代谢活动。接合菌亚门的真菌对环境信号特别是对光刺激感应灵敏,具有明显的趋向性,是研究真菌信号感应的理想材料,而同时具有无性生殖和有性生殖的特点也使之成为研究性别决定的模型。接合菌处于真菌进化的早期,进化地位低,其多拷贝的蓝光受体蛋白在长期进化过程中形成了完善的光受体系统,能够感应不同波长、光强和方向的蓝光和近紫外光,在接合菌的趋光性和类胡萝卜素合成以及无性生殖和有性生殖等光响应过程中发挥承上启下的重要作用。以接合菌中的代表菌株为例,总结了目前在接合菌中报道的蓝光受体蛋白,从基因发现、功能鉴定、光化学特性和调控途径等方面进行了比较分析,进而从3个方面详细阐述了与高等植物不同的接合菌中光受体蛋白调控的特殊生理过程;最后对以后接合菌蓝光受体蛋白的研究重点和难点进行了思考和展望,旨为相关研究者系统了解接合菌蓝光受体蛋白的功能和发展趋势提供线索和参考。     

国家自然科学基金委员会生命科学部2013年度优秀青年科学基金项目

项目名称 真菌分类学 天然产物生物合成与合成生物学 微生物组研究方法学 植物病毒学 蓝光调控植物开花时间的机制研究 植物结构生物学     

贺兰山不同林分凋落物微生物群落特征与影响因素

贺兰山是我国重要生态屏障,贺兰山生态森林生态系统保护受到极大关注,森林凋落物及土壤微生物对全球气候变化研究具有重要意义。目前,贺兰山不同林分的凋落物分解过程中微生物群落结构特征差异、不同凋落物化学组成对微生物群落结构的影响尚不清楚。以贺兰山具有代表性的3种林分（油松林、青海云杉林以及油松-山杨混交林）凋落物为研究对象,开展凋落物化学组成、微生物群落组成及多样性特征研究,揭示不同林分凋落物的优势微生物群落特征和影响因子。结果表明,3种林分凋落物的细菌和真菌在多个多样性指数之间差异性均不显著,但是在多样性指数中真菌PD whole tree指数显著大于细菌,真菌Shannon指数与Ghao1指数却显著小于细菌。在门水平上不同林分凋落物的微生物优势菌类无显著差异,但在属水平上差异显著,而且细菌差异小于真菌,在各个分类水平上,凋落物细菌和真菌群落组成均表现为油松-山杨混交林＜青海云杉林＜青海云杉林,凋落物微生物多样性在青海云杉林中最为丰富。细菌不同节点间连接线负相关数量略大于正相关,真菌则相反。油松林凋落物与其它林分凋落物相比,微生物群落之间联系更加紧密。油松林凋落物OC含量最大、青海云杉林凋落物的TK含量最大、油松-山杨混交林的TN含量最大,且在3种林分中显著差异。相关性分析表明OC、TN、TP、TK是影响凋落物细菌和真菌群落组成及多样性的主要因素,冗余分析表明不同林分凋落物的微生物多样性指数受养分影响,凋落物OC、TN、TP、TK是影响微生物群落组成和多样性的重要因素,其中OC与微生物群落多样性相关性最显著,是影响凋落物细菌和真菌群落组成和多样性最主要的因子。     

高黎贡山土壤微生物的数量和多样性

本文从分解者亚系统水平,研究了高黎贡山海拔1000～3100m的不同植被下土壤中微生物的数量和多样性,对不同海拔高度、不同植被下的12份土壤样品,进行了微生物数量、真菌多样性及养分含量的测定,结果得出：细菌、真菌、放线菌数量和真菌多样性随海拔不同而变化,最高值出现在海拔2000m左右,其植被下土壤微生物的数量和多样性最高,随海拔升高或降低均呈下降趋势,在山底降到较低水平。土壤微生物随海拔高度的变化与生态因子呈现不同程度的相关性,其中,微生物的数量和多样性与气温、有机质之间的相关性最大,除细菌数量与气温、真菌数量与有机质外,都达到了显著的水平;与有效氮、土壤含水量之间的相关性次之;而与速效磷和速效钾的相关性较差。说明影响高黎贡山土壤微生物数量和多样性垂直分布的主要生态因子是气温、土壤有机质和有效氮含量、土壤含水量,现有土壤磷和钾含量的变化对土壤微生物数量和多样性的影响相对较小。     

真菌发育过程中的蓝光诱导

本文对多种真菌在发育过程中受蓝光诱导的现象进行了综述。蓝光可以诱导多种真菌的形态发生和发育,包括孢子的产生和菌丝的延伸等。此外,蓝光还可引起真菌的生理和生化改变,如细胞膜对离子的通透性的变化、类胡萝卜素的合成等。真菌也存在一个蓝光信号系统,通过蓝光受体接受蓝光信号,导致了真菌的一系列形态发生和生理生化的变化。     

南亚热带混交人工林树种丰富度与土壤微生物多样性和群落组成的关系

森林植被与土壤微生物作为森林生态系统的重要组成部分,它们之间的相互作用对维持森林生态系统功能和稳定性起着重要作用。以往多在天然草地和森林生态系统开展植物多样性与土壤微生物多样性关系的研究,但人工构建的多树种混交林生态系统中树种多样性对土壤微生物群落组成的影响及其机制尚不完全清楚。因此,以南亚热带人工块状造林后自然恢复形成的多树种混交森林生态系统为研究对象,利用高通量测序技术研究了随树种丰富度（1-10种）变化土壤细菌和真菌多样性的变化规律及主要影响因子。结果表明,随树种丰富度增加,土壤真菌α多样性显著提高,但土壤细菌α多样性差异不显著;不同树种丰富度梯度间土壤细菌和真菌的群落结构组成均差异显著;Pearson相关分析表明土壤细菌α多样性主要受土壤pH和土壤铵态氮影响,而土壤pH和有效磷是土壤真菌α多样性的主要影响因子。距离冗余分析（db-RDA）表明,对土壤细菌群落组成产生显著影响的环境因子分别为土壤pH、硝态氮和芳香碳组分,而土壤有机碳、硝态氮、细根生物量和氧烷基碳组分是影响土壤真菌群落组成的主要因子。本研究的结果说明了南亚热带人工林不同树种混交后形成多树种混交林生态系统的过程中,树种组成和多样性的变化通过改变土壤理化性状和根系生物量对土壤微生物群落组成有显著影响,为制定该区域人工林通过树种丰富度合理组配调控提升地下生物多样性及生态系统功能的经营策略提供了科学依据。     

The Light Requirement for Different Steps in the Development of Chloroplasts in Excised Wheat Roots

For the formation of chloroplasts in excised wheat roots blue light is necessary, but red light enhances the blue light effect. Intensity-response relationships and action spectra have been determined for the specific blue light effect as well as for the effect of red light when given before or after blue light. The longest wave length giving a blue light effect is about 500 nm. The spectrum shows a peak at about 450 nm, and a considerable effect extends down to 368 nm, the shortest wave length tested. The photoreceptor mechanism for the “blue reaction” is thought to be related to that of certain phototropisms and chloroplast movements, and to that involved in carotenoid synthesis in certain fungi. The active pigment is thought to be either a carotenoid or a flavoprotein, probably the latter. The effect of red light shows similar action spectra whether the red light is given before or after the blue, and they are consistent with protochlorophyll absorption. However, much less light is needed to produce a detectable response when the red light is given before the blue light than after. Because of the similarity of the spectra phytochrome may also be involved in the response to red light when given before blue. Far-red reversal has not been tested. The results are discussed in relation to the development of chloroplasts in leaves.     

Interaction of soil microbes with mycorrhizal fungi in tomato

In this study, the interaction of soil microbes with mycorrhizal fungi (MF) was performed to understand the effect on tomato. A pot and a field experiment were employed to investigate the impact of soil microbes i.e. Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Trichoderma harzianum, Aspergillus niger and Rhizobium leguminosarum, on AM fungi in pots and field studies. The soils without microbes which treated controls with or without mycorrhizal inoculation were also included. Plant growth and root colonisation were measured 36, 75 and 120?days post inoculation (dpi) in the both pot experiment and field study. Soil microbes’ effects on the growth behaviour of the tomato plant were determined via the shoot and root weight. R. leguminosarum and A. niger did not affect the colonisation ability much, but F. oxysporum f. sp. lycopersici and T. harzianum resulted in the inhibition of AM fungal colonisation in both pot and field studies. Our study provides evidence for the effects of soil microbes on the diversity of AM fungi and their effect on the tomato plants. The higher concentrations of phosphorus and of proteins in the root tissues, previously colonised with AM fungi, point out their effect as biofertilizers, according to the concept of sustainable agriculture.     

不同波长光源对新蚜虫疠霉产孢能力的影响及霉菌蓝光受体基因的克隆和表达分析

光在调控真菌的多种生理过程中发挥着重要作用。为探究光照对新蚜虫疠霉Pandora neoaphidis产孢的影响,本文研究了不同波长光源(蓝光、绿光、白光、红光、黄光)和无光黑暗条件对新蚜虫疠霉分生孢子弹射能力的影响,通过cDNA末端的快速扩增(RACE)对新蚜虫疠霉的蓝光受体蛋白基因pnwc-1进行克隆并对其进行生物信息学分析,利用qRT-PCR对蓝光光源不同照射时长下pnwc-1的表达量进行了定量分析。结果表明,蓝色光源(波长460–465nm)照射后的新蚜虫疠霉菌丝产生的分生孢子数量显著高于其他波长光源,排序为:蓝光>绿光>白光>红光>黄光>无光。另外,分析克隆获得的全长为2 423bp的pnwc-1基因发现,其编码的蛋白具有蓝光受体蛋白典型的保守结构域,同源比对结果显示新蚜虫疠霉与接合菌门真菌归为一类但相对独立。qRT-PCR的定量分析结果表明随着照射时长增加,蓝光处理能显著提高pnwc-1的表达量,而且pnwc-1的相对表达量与累积产孢量存在正相关(R2=0.9798)。本研究为后续蓝光及其受体基因功能的深入研究提供了实验基础,并促进以新蚜虫疠霉为代表的虫霉目真菌在害虫生物防治中的应用。     

蓝光光照对蛹虫草子实体生长和主要活性成分的影响

光作为一种重要的环境因子,可影响真菌的生长发育、生理周期、形态变化及次级代谢产物的产生,对于蛹虫草而言,光照还是其子实体生长发育的必要条件。选择2株不同来源的蛹虫草菌株,研究了自然光照和蓝光光照条件下,其子实体生长、抗氧化酶活性和主要活性成分的变化。结果表明蓝光光照对于蛹虫草子实体产量没有明显的促进和抑制作用。自然光照条件下成熟子实体的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性显著高于蓝光光照,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性没有明显差别,而过氧化物酶(peroxidase,POD)活性则表现出菌株差异。子实体主要活性成分方面,腺苷、甘露醇含量不受蓝光影响,类胡萝卜素在蓝光光照条件下含量极显著高于自然光光照,蓝光对子实体、虫草素、粗多糖含量的影响则存在菌株差异。研究为蛹虫草子实体的栽培条件优化,提高蛹虫草子实体质量提供依据。     

Antimicrobial blue light for decontamination of platelets during storage

Platelet (PLT) storage is currently limited to 5 days in clinics in the United States, in part, due to an increasing risk for microbial contamination over time. In light of well‐documented antimicrobial activity of blue light (405‐470 nm), we investigated potentials to decontaminate microbes during PLT storage by antimicrobial blue light (aBL). We found that PLTs produced no detectable levels of porphyrins or their derivatives, the chromophores that specifically absorb blue light, in marked contrast to microbes that generated porphyrins abundantly. The difference formed a basis with which aBL selectively inactivated contaminated microbes prior to and during the storage, without incurring any harm to PLTs. In accordance with this, when contamination with representative microbes was simulated in PLT concentrates supplemented with 65% of PLT additive solution in a standard storage bag, all “contaminated” microbes tested were completely inactivated after exposure of the bag to 405 nm aBL at 75 J/cm² only once. While killing microbes efficiently, this dose of aBL irradiation exerted no adverse effects on the viability, activation or aggregation of PLTs ex vivo and could be used repeatedly during PLT storage. PLT survival in vivo was also unaltered by aBL irradiation after infusion of aBL‐irradiated mouse PLTs into mice. The study provides proof‐of‐concept evidence for a potential of aBL to decontaminate PLTs during storage.      

In Vitro Interactions Between Yeasts and Bacteria and the Fungal Symbionts of the Mountain Pine Beetle (Dendroctonus ponderosae)

Multi-trophic interactions between prokaryotes, unicellular eukaryotes, and ecologically intertwined metazoans are presumably common in nature, yet rarely described. The mountain pine beetle, Dendroctonus ponderosae, is associated with two filamentous fungi, Grosmannia clavigera and Ophiostoma montium. Other microbes, including yeasts and bacteria, are also present in the phloem, but it is not known whether they interact with the symbiotic fungi or the host beetle. To test whether such interactions occur, we performed a suite of in vitro assays. Overall, relative yield of O. montium grown with microbes isolated from larval galleries was significantly greater than when the fungus was grown alone. Conversely, the yield of G. clavigera grown with these same microbes was less than or equal to when it was grown alone, suggesting that O. montium, and at least some microbes in larval galleries, have a mutualistic or commensal relationship, while G. clavigera and those same microbes have an antagonistic relationship. A bacterium isolated from phloem not colonized by beetles was found to inhibit growth of both G. clavigera and O. montium and appears to be an antagonist to both fungi. Our results suggest that bacteria and yeasts likely influence the distribution of mycangial fungi in the host tree, which, in turn, may affect the fitness of D. ponderosae.     

LOVe across kingdoms: Blue light perception vital for growth and development in plant–fungal interactions

Blue light plays an important role in the growth and development of fungi. Environmental cues enable plant pathogenic fungi to synchronise essential metabolic pathways to that of their hosts to gain a competitive advantage. Phylogenetic analysis of the LOV domain present in blue light receptors across all three kingdoms suggests that these receptors in fungal lineages have undergone convergent evolution to use the same domain for control and regulation of similar cellular and metabolic processes. In this review, the genetic basis of blue light photoperception in fungi, and the functions it regulates, will be discussed. Furthermore, the evolution of the light sensing domain and its role in pathogenesis is hypothesised concluding with how knowledge of conserved LOV domains may be exploited for fungal disease control in crop plants.     

菌根真菌在生态系统中的作用

 菌根是一种植物营养根与土壤真菌形成的共生体,在自然界中分布广泛。本文着重从以下几个方面介绍相关的研究进展：1) 菌根真菌作为生态系统的重要组成部分,具有不可忽视的生物量,并成为连接绿色植物和食真菌者食物链的重要一环;2) 菌根真菌通过参与凋落物的酶降解过程影响有机物的循环,通过促进生物固氮、加速土壤磷的风化、提高土壤溶液离子的有效性以及直接吸收等过程影响氮、磷、钾、钙、镁等元素的无机循环;3) 菌根真菌与土壤微生物间存在有益的或拮抗的相互作用,并可以直接或间接地影响根际生物区系的组成和数量;菌根真菌通过对宿主植物的有益作用而影响植物的种间竞争,通过菌根网络而形成的种团可以在同种或不同种植物间实现资源的重新分配和共享;由于对种间关系的作用和对食物链的影响,菌根真菌对群落的物种构成和多样性的维持具有重要的作用;菌根真菌是群落演替过程的指示者,也是这一过程的参与者和推动者,并且菌根真菌的存在也有利于提高土壤团聚体的稳定性及促进灰壤的形成;4) 菌根真菌的种类和数量可以指示生态系统中自然的或人类活动引起的变化,并可以在生态系统的保护、恢复或重建过程中发挥重要作用。文章的最后还介绍了最新的研究热点和发展趋势。