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.     

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。     

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。     

中国菌根研究60年:过去、现在和将来

菌根(真菌根系)存在于大约90%的植物中,在促进土壤结构、植物养分与生长、元素生物地球化学循环和陆地生态系统结构与功能等方面具有重要作用.过去60年尤其是近30年,中国菌根研究成果举世瞩目,如共鉴定出20种新种与120余种新记录种丛枝菌根真菌、30种新种与800余种新记录种外生菌根真菌以及10种新种与100余种新记录种兰花菌根真菌.同时,在菌根真菌菌种丰富度与遗传结构、菌种生态分布与植物种群,植物养分摄取与生长、植物修复与土地复垦、植物抗病性和与其他土壤微生物相互作用、菌根植物酶学性质及大气CO2和O3浓度升高对丛枝菌根多样性的影响等方面也取得重大进展.本文选介中国菌根主要研究成就,进行研究前景展望,以促进我国菌根研究的深入开展.     

丛枝菌根真菌与植物硫素营养研究进展

丛枝菌根真菌是土壤微生物群落的重要组成部分,是最常见的地下共生菌,对植物和土壤具有多种有益作用.本文阐述了近年来丛枝菌根真菌对植物吸收土壤硫素的最新进展,在目前耕地缺硫状况下,着重分析了丛枝菌根真菌改善植物硫素营养以及丛枝菌根真菌利用硫素的分子调控机制,总结了影响菌根硫代谢的因素,并指出该研究方向仍存在的一些问题以及未...     

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。     

丛枝菌根共生关系的信号机制研究进展

在植物与微生物的共生体中,最广泛的互惠共生体就是丛枝菌根.真菌在植物根系形成菌根后,菌丝通过根的皮层细胞获取植物提供的碳源,同时将矿物营养和水从土壤转运到皮层细胞,这种共生过程的研究在生物多样性的保护、陆生植物的起源与演化、退化生态系统的修复与重建以及农业、林业和园艺业的应用具有重要的意义.近年来丛枝菌根真菌与植物根系建立共生关系的信号传导途径和作用机制备受关注,也取得了突破性的进展.本文对丛枝菌根真菌与植物根系在共生关系形成、营养交换以及防御方面的分子信号和细胞方面的研究进展进行综述,并对发展前景作以展望.     

丛枝菌根真菌对植物次生代谢的影响

丛枝菌根(AM)是自然界中分布最为广泛、最为重要的一类菌根,许多研究已经观察到丛枝菌根真菌与植物次生代谢的相关性,丛枝菌根真菌能够直接或间接地影响植物的次生代谢过程。植物的次生代谢产物主要分为萜类物质、酚类物质和含氮化合物(主要是生物碱)三大类群,该文简要介绍了丛枝菌根真菌对这3类植物次生代谢产物的影响。丛枝菌根真菌与萜类物质代谢关系的研究比较细致和深入,有些工作已经从细胞及分子水平探讨其间的作用机制,如Blumenin、类胡萝卜素等。丛枝菌根真菌与酚类物质代谢关系的研究也比较深入,其中具有特殊功能的酚类物质——植保素、细胞壁酚酸、类黄酮/异类黄酮等倍受关注。目前有关丛枝菌根真菌与生物碱关系的研究相对较少,不过现有的研究表明,菌根的形成有助于生物碱积累。     

丛枝菌根真菌-植物共生体耐盐机制的研究进展

土壤盐碱化严重制约农业发展并影响生态环境.丛枝菌根真菌(AMF)与植物形成的共生体作为生态系统的有机组成部分,因其形成的广泛性,可增强植物抗盐碱胁迫的能力,具有不可忽视的生态调节作用.本文从盐胁迫对AMF发育的影响、盐胁迫下AMF对植物生长的影响、AMF增强植物耐盐性的内在机制等3个方面阐述了丛枝菌根真菌-植物共生体耐盐性的机制.并结合当前研究存在的难题以及发展趋势对今后本领域的研究方向做出展望.     

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.     

丛枝菌根对植物根际逆境的生态学意义

近年来,我国在菌根分子生物学、菌根营养学、菌根分类学和菌根生态学等方面取得了令人瞩目的研究成果,其中对丛枝菌根真菌(AMF)的研究居多。AMF能与大部分陆地植物根系形成共生关系,促进植物生长发育,提高植物抗逆性,在保持生态平衡、保护生态环境等方面发挥重要作用。本文主要从非生物胁迫(干旱胁迫、重金属污染、盐碱胁迫)和生物胁迫(致病菌和线虫侵染)方面介绍了AMF在植物根际逆境中发挥的生态功能及作用机制,提出了该研究领域尚存的不足之处和研究前景,为AMF后续研究提供参考。     

丛枝菌根真菌和植物寄生线虫

本文综述了土壤微生物中丛枝菌根真菌和植物寄生线虫的互作关系及其互作机理,并阐述了丛枝菌根真菌在防治植物线虫病害方面的应用前景和实际操作中应注意的技术环节。     

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.     

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。     

都江堰地区丛枝菌根真菌多样性与生态研究

 调查了都江堰地区3个不同生境样地（般若寺、馒头山、龙池）中85种优势及常见植物的丛枝菌根真菌侵染率,其中78种植物（91.8%）被丛枝菌根真菌侵染。同时对其中58种植物根围土壤中丛枝菌根真菌的多样性进行分析,共分离到5属47种丛枝菌根真菌,其中球囊霉属（Glomus）35种,无梗囊霉属（Acaulospora）7种,原囊霉属（Archaeospora）1种,内养囊霉属（Entrophospora）2种,巨孢囊霉属（Gigaspora）2种。无梗囊霉属和球囊霉属是3个样地共有的优势属。光壁无梗囊霉（Acaulospora laevis）是龙池的优势种,而地表球囊霉（Glomus versiforme）是般若寺和馒头山的优势种。丛枝菌根真菌的孢子密度和种的丰度显著受到海拔相关因子影响,同时丛枝菌根真菌的种类组成也受较大影响。乔木砍伐没有显著影响丛枝菌根真菌的孢子密度和种的丰度,同时对种类组成影响也较小。根围土壤中丛枝菌根真菌的孢子密度与根系侵染率之间没有显著相关性（R2=0.024 8）。     

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．     

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.     

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。     

丛枝菌根真菌与植食性昆虫的相互作用

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal AM)真菌与昆虫均是陆地生态系统中的重要组分,同植物关系密切,对植物的影响和作用是巨大的。生态系统中则以AM真菌-植物-昆虫互作体系参预食物网与生态过程。早在20世纪80年代,人们已开始研究AM真菌对昆虫的影响。进入21世纪人们越来越重视AM真菌与昆虫的相互作用。总结了AM真菌对昆虫取食偏好、生长、繁殖和对植物危害等方面的影响、以及昆虫对AM真菌侵染、扩展和产孢的影响;分析了植物营养状况、昆虫性别、昆虫龄期和AM真菌种类等对AM真菌与昆虫相互作用的影响特点;探讨了AM真菌与昆虫相互作用的机制;展望了利用AM真菌抑制植食性害虫、及促进天敌昆虫和部分传粉昆虫作用的可能性,旨在丰富菌根学研究内容、促进AM真菌与昆虫互作领域的深入研究、为探索生物防控农林业害虫的新途径提供依据。     

亚热带森林菌根植物根系真菌群落结构对氮磷添加的响应

植物根系真菌对维系植物的营养吸收和健康具有重要作用。本研究分析了不同菌根类型植物根系中真菌的群落结构对外源氮(N)、磷(P)、氮和磷(NP)输入的响应。试验采集了无添加(对照)和N、P、NP添加处理下亚热带森林3种菌根类型(丛枝菌根、外生菌根、欧石楠菌根)9种植物的根系，运用高通量测序技术检测根系中真菌的多样性和群落组成。结果表明：9种植物根系真菌群落均主要由担子菌门和子囊菌门组成；P添加下子囊菌门的相对多度显著低于对照，而担子菌门的相对多度显著高于对照。欧石楠菌根植物根系中子囊菌门的相对多度显著高于丛枝菌根和外生菌根植物，而其担子菌门的相对多度显著低于丛枝菌根和外生菌根植物。与对照相比，P添加显著降低了植物根系中真菌的α多样性，改变了不同菌根类型植物根系中真菌的群落组成，而N添加和菌根类型的影响不明显。与对照和N添加相比，NP添加使全部植物根系中真菌群落变异程度更大，即群落整体更加趋异，而外生菌根植物根系中的真菌群落比丛枝菌根植物根系中的真菌群落变异更小，即群落更趋同。综上，P养分是影响亚热带森林土壤中树木根系真菌群落结构的关键因素。本研究有助于提升对全球环境变化下亚热带地区植物根系...