丛枝菌根真菌诱导植物信号物质研究进展

丛枝菌根(AM)真菌侵染植物根系形成菌根共生体过程中能诱导植物合成多种信号物质,如水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、类黄酮、一氧化氮(NO)和过氧化氢(H2O2)等。这些信号分子的传导途径和作用机制备受关注。本文从AM真菌诱导植物信号物质的种类和数量入手,探讨这些信号分子在植物体内的传导途径、生理效应和可能的作用机制,旨在为研究AM真菌与植物之间的共生关系、功能与进化等提供依据。     

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。     

丛枝菌根真菌对植物根腐病的抑制效应及其机制

根腐病是一类危害严重的土传病害,常常导致作物产量和品质降低。丛枝菌根(AM)真菌是一类重要的土壤微生物,通过与植物根系建立共生体而发挥重要的生理生态功能。研究表明,AM真菌通过调节宿主植物一系列生理生化响应,诱导植物增强根腐病抗性。当前,利用AM真菌开展根腐病等土传病害的生物防治是植物与微生物互作领域的研究热点。本文全面梳理了AM真菌对宿主植物根腐病病原物的抑制效应,系统总结了AM真菌改变宿主植物根系形态结构、改善植物营养水平、与病原物竞争生态位点、激活植物防御体系、调节根系分泌物等方面的研究结果,分析了AM真菌抑制根腐病危害的作用机制,展望了AM真菌抑制根腐病危害的潜在机制和AM真菌高效利用面临的现实问题,旨在为利用AM真菌开展植物根腐病的生物防治提供理论依据。     

AM真菌与非菌根植物的相互作用关系

丛枝菌根(AM)真菌作为一类在全球分布广泛的土壤微生物,能够与陆地上大多数的维管植物形成专性共生关系,对于植物营养吸收和生态系统功能具有重要作用.而较少量的维管植物如苋科、黎科、石竹科、十字花科等植物被认为是非菌根植物.目前,对于这些非菌根植物与AM真菌之间的相互作用关系研究少且分散,缺乏系统总结.本文综述了非菌根植物的类型以及低侵染的原因,邻体植物形成的菌丝网络对AM真菌侵染非菌根植物的影响,并探讨AM真菌和非菌根植物之间可能存在的相互作用,以及植物-AM真菌之间的物质交换及可能存在的生态功能,旨在为进一步发挥非菌根植物在脆弱生态系统的功能潜力提供新思路.     

分室培养装置在丛枝菌根真菌研究中的应用及其发展

重点围绕玻璃珠分室培养系统、H形分室培养系统、根排斥室培养系统、供体自养植物的双分室体外培养系统、丛枝菌根(AM)真菌与普通植物根器官的双重培养系统、AM真菌与Ri T-DNA转型根的双重单胞无菌培养系统、AM真菌与Ri T-DNA转型根双重培养的改良分室单胞培养系统等7个不同的分室培养装置, 对AM真菌的培养类型及其应用进行了系统的评述。其中, 采用玻璃珠分室培养装置易于将AM真菌与培养基质分开, 能获得大量纯净的AM真菌繁殖体, 用于研究AM真菌对矿质元素和微量元素的吸收, 具有不可替代的作用。H形分室培养系统和根排斥室(RECs)培养系统均能够获得连续的、可切断的共生菌根网络(CMNs), 可用于研究植物-植物、植物-昆虫之间化感作用产生的信息交流。供体自养植物的双分室培养系统有益于研究AM真菌对宿主植物在单作和混作条件下生长效应的影响。AM真菌与植物根器官的双重培养系统为研究AM真菌的侵染过程及生理、生化特性提供了极大的方便, 同时为纯培养研究提供了重要的理论依据。AM真菌与Ri T-DNA转型根的双重单胞无菌培养体系可以获得AM真菌纯净菌体, 是研究AM真菌遗传、生理、生化等特性的理想方法。以AM真菌与Ri T-DNA转型根的双重单胞无菌培养系统为基础, 可以在菌丝生长室置换培养基、在根室中补充适量碳源, 并多次收获AM真菌繁殖体。转型根改良双重培养系统是提高AM真菌孢子接种剂产量的有效方法。综上所述, AM真菌的分室培养系统已经取得显著进展, 为开展个体、种群、群落等不同层次的菌根生态学研究提供了依据。     

AM真菌对紫花苜蓿茎点霉叶斑病及豌豆蚜为害的影响

苜蓿茎点霉(Phoma medicaginis)叶斑病和豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)是紫花苜蓿(Medicago sativa)生产中重要的病虫害,在自然条件下常混合发生。本研究以紫花苜蓿为植物材料,探究接种AM真菌后,紫花苜蓿被苜蓿茎点霉侵染时,植物自身的防御机制,以及对后续豌豆蚜为害的影响,以期明确AM真菌对其调控机制。结果表明:AM真菌可显著降低植株茎点霉叶斑病病情指数(P<0.05); AM真菌促进了紫花苜蓿生长(P<0.05),改变了植株抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT))活性以及植物激素信号物质(水杨酸(SA))含量(P<0.05);病原菌侵染会诱导植物抗氧化防御系统活性增强,包括过氧化物酶(POD)、SOD、CAT和多酚氧化酶(PPO)(P<0.05),从而增加植物对后续虫害的抗性; AM真菌在植物受到病原菌胁迫时会发挥积极作用,显著提高植株的SOD和CAT活性(P<0.05),有效抑制病原菌侵染对植株造成的危害;而蚜虫为害则进一步加重了植物受到的损害,抑制了AM真菌对植物抗病性的正向调控。研究结果对...     

AM真菌对紫花苜蓿茎点霉叶斑病及豌豆蚜为害的影响

苜蓿茎点霉(Phoma medicaginis)叶斑病和豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)是紫花苜蓿(Medicago sativa)生产中重要的病虫害,在自然条件下常混合发生。本研究以紫花苜蓿为植物材料,探究接种AM真菌后,紫花苜蓿被苜蓿茎点霉侵染时,植物自身的防御机制,以及对后续豌豆蚜为害的影响,以期明确AM真菌对其调控机制。结果表明:AM真菌可显著降低植株茎点霉叶斑病病情指数(P0.05); AM真菌促进了紫花苜蓿生长(P0.05),改变了植株抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT))活性以及植物激素信号物质(水杨酸(SA))含量(P0.05);病原菌侵染会诱导植物抗氧化防御系统活性增强,包括过氧化物酶(POD)、SOD、CAT和多酚氧化酶(PPO)(P0.05),从而增加植物对后续虫害的抗性; AM真菌在植物受到病原菌胁迫时会发挥积极作用,显著提高植株的SOD和CAT活性(P0.05),有效抑制病原菌侵染对植株造成的危害;而蚜虫为害则进一步加重了植物受到的损害,抑制了AM真菌对植物抗病性的正向调控。研究结果对于利用AM真菌促进紫花苜蓿生长、提高植物抗逆性具有积极的实践和理论意义。     

AM真菌在植物病虫害生物防治中的作用机制

丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与大约80%的陆生高等植物形成共生体。由土传病原物侵染引起的土传病害被植物病理学界认定为最难防治的病害之一。研究表明,AM真菌能够拮抗由真菌、线虫、细菌等病原体引起的土传性植物病害,诱导宿主植物增强对病虫害的耐/抗病性。当前,利用AM真菌开展病虫害的生物防治已经引起生态学家和植物病理学家的广泛关注。基于此,围绕AM真菌在植物病虫害生物防治中的最新研究进展,从AM真菌改变植物根系形态结构、调节次生代谢产物的合成、改善植物根际微环境、与病原微生物直接竞争入侵位点和营养分配、诱导植株体内抗病防御体系的形成等角度,探究AM真菌在植物病虫害防治中的作用机理,以期为利用AM真菌开展植物病虫害的生物防治提供理论依据,并对本领域未来的发展方向和应用前景进行展望。     

丛枝菌根真菌缓解连作障碍的研究进展

多年连作能够导致作物产量和农产品品质下降,严重制约着我国农业生产的可持续发展,已成为我国农业耕作的难题之一。研究表明,丛枝菌根(arbuscular mycorrhizae,AM)真菌能够改善连作土壤环境,提高植物吸收营养元素和水分的能力,诱导植物增强对连作土传病害的抗病性。探索AM真菌缓解连作障碍是近年生态学和农业生产中的研究热点。本文总结了AM真菌改善连作土壤环境、促进寄主植物对营养元素和水分的吸收、提高寄主植物的耐盐性、与病原菌竞争、与拮抗菌结合抗病、诱导植物产生防御性酶、调节次生代谢产物合成等方面的研究结果,分析了AM真菌缓解连作障碍的作用机制,旨在为今后研发AM真菌控制连作障碍的技术提供理论依据。     

丛枝菌根真菌防治尖孢镰孢枯萎病的效应、机制及其应用研究进展

尖孢镰孢(Fusarium oxysporum)所引起的植物枯萎病是农业生产中广泛存在且难以防治的一种土传病害,严重影响作物的产量和品质。丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌能够与大部分陆生植物形成互惠共生关系,在促进植物生长、增强宿主植物抗病性等方面具有重要作用。本文收集整理了2001-2021年期间发表的相关文献,评述了AM真菌防治尖孢镰孢枯萎病的研究进展,并分析了AM真菌菌剂组成及应用方式对病害发生情况和尖孢镰孢丰度的影响。根据AM真菌在土壤-植物连续体的空间位置及其影响范围,从土壤、根系、植株等作用层面对AM真菌增强植物抵抗尖孢镰孢的直接和间接作用机制进行总结,包括影响土壤微环境、调节植物根际微生物群落结构、与病原菌竞争生态位、强化根系机械保护屏障、促进宿主植物养分吸收和生长、诱导植物系统性抗性等。此外,综合讨论了AM真菌与其他手段联合应用防治尖孢镰孢枯萎病的应用研究进展。本文可为推进AM真菌生物防治病害相关基础与应用研究的发展提供借鉴和参考。     

Full Establishment of Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis in Rice Occurs Independently of Enzymatic Jasmonate Biosynthesis

Development of the mutualistic arbuscular mycorrhiza (AM) symbiosis between most land plants and fungi of the Glomeromycota is regulated by phytohormones. The role of jasmonate (JA) in AM colonization has been investigated in the dicotyledons Medicago truncatula, tomato and Nicotiana attenuata and contradicting results have been obtained with respect to a neutral, promotive or inhibitory effect of JA on AM colonization. Furthermore, it is currently unknown whether JA plays a role in AM colonization of monocotyledonous roots. Therefore we examined whether JA biosynthesis is required for AM colonization of the monocot rice. To this end we employed the rice mutant constitutive photomorphogenesis 2 (cpm2), which is deficient in JA biosynthesis. Through a time course experiment the amount and morphology of fungal colonization did not differ between wild-type and cpm2 roots. Furthermore, no significant difference in the expression of AM marker genes was detected between wild type and cpm2. However, treatment of wild-type roots with 50 μM JA lead to a decrease of AM colonization and this was correlated with induction of the defense gene PR4. These results indicate that JA is not required for AM colonization of rice but high levels of JA in the roots suppress AM development likely through the induction of defense.     

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。     

同位素示踪技术在丛枝菌根真菌生态学研究中的应用

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是生态系统中重要的土壤微生物之一。AM真菌菌丝体网络是由AM真菌菌丝体在土壤生态系统中连接两株或两株以上植物根系所形成的菌丝体网络。随着菌根学研究的深入,如何直观的揭示AM真菌的生态学功能已经成为相关领域关注的热点问题。研究发现,利用同位素示踪技术可以开展AM真菌与宿主植物对土壤矿质营养的吸收、转运等方面的研究,以及菌丝体网络对不同宿主植物之间营养物质的分配研究和AM真菌在生态系统生态学中的功能研究。基于此,为了阐明同位素示踪技术在AM真菌研究中的价值,围绕菌根学最新研究进展,系统回顾了利用同位素示踪技术探究AM共生体对不同元素吸收和转运的机制、同位素示踪技术在AM真菌菌丝体网络研究中的价值和利用同位素示踪技术研究AM真菌在生态系统中的功能,为AM真菌生态学功能的研究提供理论基础,并对本领域未来的研究方向和应用前景进行展望。     

A diffusible factor from arbuscular mycorrhizal fungi induces symbiosis-specific MtENOD11 expression in roots of Medicago truncatula

Using dual cultures of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and Medicago truncatula separated by a physical barrier, we demonstrate that hyphae from germinating spores produce a diffusible factor that is perceived by roots in the absence of direct physical contact. This AM factor elicits expression of the Nod factor-inducible gene MtENOD11, visualized using a pMtENOD11-gusA reporter. Transgene induction occurs primarily in the root cortex, with expression stretching from the zone of root hair emergence to the region of mature root hairs. All AM fungi tested (Gigaspora rosea, Gigaspora gigantea, Gigaspora margarita, and Glomus intraradices) elicit a similar response, whereas pathogenic fungi such as Phythophthora medicaginis, Phoma medicaginis var pinodella and Fusarium solani f.sp. phaseoli do not, suggesting that the observed root response is specific to AM fungi. Finally, pMtENOD11-gusA induction in response to the diffusible AM fungal factor is also observed with all three M. truncatula Nod(-)/Myc(-) mutants (dmi1, dmi2, and dmi3), whereas the same mutants are blocked in their response to Nod factor. This positive response of the Nod(-)/Myc(-) mutants to the diffusible AM fungal factor and the different cellular localization of pMtENOD11-gusA expression in response to Nod factor versus AM factor suggest that signal transduction occurs via different pathways and that expression of MtENOD11 is differently regulated by the two diffusible factors.     

Arbuscular mycorrhizal fungi might alleviate aluminium toxicity in banana plants

Under defined laboratory conditions it was shown that two glucosinolate-containing plant species, Tropaeolum majus and Carica papaya , were colonized by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, whereas it was not possible to detect AM fungal structures in other glucosinolate-containing plants (including several Brassicaceae). Benzylglucosinolate was present in all of the T. majus cultivars and in C. papaya it was the major glucosinolate. 2-Phenylethylglucosinolate was found in most of the non-host plants tested. Its absence in the AM host plants indicates a possible role for the isothiocyanate produced from its myrosinase-catalysed hydrolysis as a general AM inhibitory factor in non-host plants. The results suggest that some of the indole glucosinolates might also be involved in preventing AM formation in some of the species. In all plants tested, both AM hosts and non-hosts, the glucosinolate pattern was altered after inoculation with one of three different AM fungi ( Glomus mosseae , Glomus intraradices and Gigaspora rosea ), indicating signals between AM fungi and plants even before root colonization. The glucosinolate induction was not specifically dependent on the AM fungus. A time-course study in T. majus showed that glucosinolate induction was present during all stages of mycorrhizal colonization.     

Tomato strigolactones are derived from carotenoids and their biosynthesis is promoted by phosphate starvation

* Strigolactones are rhizosphere signalling compounds that mediate host location in arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and parasitic plants. Here, the regulation of the biosynthesis of strigolactones is studied in tomato (Solanum lycopersicum). * Strigolactone production under phosphate starvation, in the presence of the carotenoid biosynthesis inhibitor fluridone and in the abscisic acid (ABA) mutant notabilis were assessed using a germination bioassay with seeds of Orobanche ramosa; a hyphal branching assay with Gigaspora spp; and by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis. * The root exudates of tomato cv. MoneyMaker induced O. ramosa seed germination and hyphal branching in AM fungi. Phosphate starvation markedly increased, and fluridone strongly decreased, this activity. Exudates of notabilis induced approx. 40% less germination than the wild-type. The LC-MS/MS analysis confirmed that the biological activity and changes therein were due to the presence of several strigolactones; orobanchol, solanacol and two or three didehydro-orobanchol isomers. * These results show that the AM branching factors and parasitic plant germination stimulants in tomato root exudate are strigolactones and that they are biosynthetically derived from carotenoids. The dual activity of these signalling compounds in attracting beneficial AM fungi and detrimental parasitic plants is further strengthened by environmental conditions such as phosphate availability.     

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。