葫芦科蔬菜对丛枝菌根真菌依赖性的研究

在盆栽条件下试验研究了5种葫芦科（Cucurbitaceae)蔬菜对2种丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)真菌的语性。结果表明，AM真菌Glomus mosseae(G.m)和Gigaspora rosea(Gi,r)均能有效地促进葫芦科蔬菜的生长，显著增加叶面积和植株干物质量，提高叶片的光合速率，降低气孔阻力。供试葫芦科蔬菜对菌根的依赖程度顺序为黄瓜＞西瓜＞苦瓜＞葫芦＞南瓜。5种葫芦科蔬菜对AM的依赖性与AM真菌对根系的浸染率呈正相关关系，符合直线回归方程：y＝117．19＋0．7468x。     

丛枝菌根真菌促进植物摄取土壤磷的作用机制

磷在土壤中易被固定沉淀,在植物磷利用率低的情况下,过度施肥会造成磷肥浪费,可能通过地表径流、地下水溶解等方式,造成水体富营养化产生面源污染,对人类生产生活造成较大影响。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)和植物结合所形成的共生菌根可以显著增强植株对磷的吸收利用。通过AMF可以提高宿主植株对磷的吸收转运的特性,从AMF促进植株对磷元素的摄取机制、AMF促进植物磷摄取分子机理、AMF作用下根系分泌物对植株磷利用的影响与根际微生物对AMF磷元素利用的影响4个方面的研究进展进行分析总结。AMF可以通过改变宿主植株的根系形态和菌丝网络的形成,扩大植株对养分吸收范围;释放有机酸、磷酸酶和质子等根系分泌物改变土壤结构和理化性质,与根际微生物共同作用降解土壤中难溶性磷酸盐;诱导相关磷转运蛋白基因的特异性表达,提高植株对磷的转运能力而促进其吸收。     

丛枝菌根真菌领域专利情报分析

丛枝菌根真菌 (AMF) 与植物共生在提高植物的抗逆性、抗病性和维护植物健康方面发挥着关键作用,其在农业、林业和生态环境等方面的应用受到广泛关注。本研究基于incoPat科技创新情报平台,检索了2019年前国内外丛枝菌根真菌的专利产出,对专利申请数量、主要申请人、技术构成等方面进行了分析,以揭示国内外丛枝菌根真菌领域的研发状况、技术发展趋势和产学研合作情况。近年来,中国丛枝菌根真菌领域专利数量急剧增加,AMF产品化不断加强,AMF应用领域从农业领域向污染修复领域拓展,结合现代生物、信息技术等新兴技术的AMF检测技术和研究方法正在快速发展,新的研发充分考虑了AMF产品化和应用的结合;我国在丛枝菌根真菌领域的专利申请人多隶属高校和科研院所,企业参与度较低。AMF菌种扩繁和污染修复领域的应用已成为焦点,生物和信息新技术成果正引入AMF检测技术的开发;中国在丛枝菌根真菌领域的产学研合作研发亟需加强。     

丛枝菌根真菌在植物修复砷污染土壤中的作用

丛枝菌根真菌能增强植物对矿质元素的吸收、提高植物的抗逆性、增强抗病性、改善植物根际微环境,减轻重金属对植物的毒害,影响植物对重金属的吸收和转运,在重金属污染土壤的植物修复中显示出极大的应用潜力。近年来,As污染已成为全球非常突出且急需解决的环境问题之一,对As污染土壤的生物修复也因而成为研究热点。本文主要从丛枝菌根真菌改变土壤pH和酶活性、增强植物对As的耐性和影响植物对As的吸收方面综述了丛枝菌根在As污染土壤修复中应用的研究进展,揭示出菌根应用在As污染土壤中的作用潜力和研究方向。     

长期定位施肥对丛枝菌根真菌多样性的影响

Diversity of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) was investigated in a field that had received long-term fixed ferti-lization (LFF) for 26 years.There were a total of 12 treatments in triplicates with different amounts of manure,urea,calcium phosphate,and potassium chloride.Rhizosphere soil samples of maize and wheat grown in the experimental field in Shandong Province,China,were collected in September 2003 and May 2004,respectively.Arbuscular mycorrhizal fungal spores were isolated and identified using morphological characters.Mycorrhizal colonization percentage,spore density (SD),species richness (SR),relative abundance (RA),and Shannon-Weiner index (SWI) were determined.Nineteen recognized species of AMF belonging to 5 genera were identified.Long-term fixed fertilization significantly influenced colonization percentage,SR,SD,and species diversity of AMF.The adaptability of AMF to soil fertility was different among species.Species richness and SD of AMF in maize and wheat rhizosphere soils were the highest in the nonferti-lization treatment (control) and lowest in the high manure + high nitrogen treatment (M₂N₂).The SWI decreased as the fertilization level increased except in the low manure treatment (M₁) on maize.Compared with the other treatments,Treatment M₂N₂ significantly reduced SD of Glomus,and the high manure + low nitrogen treatment (M₂N₁) significantly retarded sporulation of Scutellospora.Manure treatments stimulated sporulation of Glomus mosseae.Spore density of G.mosseae was higher in the high nitrogen + phosphorus + potassium treatment (N₂PK) than in the high nitrogen + phosphorus treatment (N₂P) and the high nitrogen + potassium treatment (N₂K).The SD of S.pellucida was higher in Treatment N₂K than Treatments N₂PK and N₂P.In conclusion,long-term fixed fertilization,especially with high levels of manure and N,decreased SR,SD,and colonization and changed the species composition of AMF.     

丛枝菌根真菌对玉米生长生态效应的影响

１９９６～１９９８年试验研究了大田不施肥条件下３种泡囊丛枝菌根真菌Ａｒｂｕｓｃｕｌａｒ ｍｙｃｏｒ－ｒｈｉｚａｌ ｆｕｎｇｉ （ＡＭＦ）,即Ｇｌｏｍｕｓ ｍｏｓｓｅａｅ（Ｇ．ｍ）、Ｇｌｏｍｕｓ ｖｅｒｓｉｆｏｍｅ（Ｇ．ｖ）、Ｓｃｌｅｒｏｃｙｓｉｓ ｓｉｎｏｕｓａ（Ｓ．ｓ）对玉米生长的生态效应。结构表明,ＡＭＦ处理的玉米根系活力为对照的２．３２～３．０５倍,玉米Ｎ素吸收比对照增加２４．１４％～５６．     

长期种植毛竹林土壤丛枝菌根真菌群落演变趋势

为揭示长期种植毛竹林土壤丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizae, AM）真菌群落演变特征,通过磷脂脂肪酸（Phospholipid fatty acid, PLFA）和Illumina Miseq测序平台研究了AM真菌生物量及群落结构的演变趋势。结果表明,长期种植毛竹林土壤养分含量总体呈下降趋势,球囊霉素相关土壤蛋白（Glomalin-related soil protein, GRSP）含量及AM真菌生物量也显著降低（p<0.05）,其中易提取态球囊霉素相关土壤蛋白含量与有机质、速效钾、碱解氮显著正相关（p<0.05）,而AM真菌菌丝生物量（16:1ω5 PLFA）与碱解氮极显著正相关（p<0.01）。长期种植毛竹林显著降低了土壤2~0.25 mm大团聚体比例（p<0.05）,且与AM真菌菌丝生物量极显著正相关（p<0.01）。测序结果表明,毛竹林土壤AM真菌以球囊霉属（Glomus）为优势种群,其次是无梗囊霉属（Acaulospora）,长期种植毛竹后土壤球囊霉属相对丰度显著增加而无梗囊霉属显著降低（p<0.05）。非度量多维尺度转换排序（NMDS）分析显示,对照马尾松林与不同种植年限毛竹林土壤AM真菌群落显著区分（p=0.001）,土壤含水量（p=0.005）、有效磷（p=0.014）、碱解氮（p=0.001）对AM真菌群落结构变异具有重要贡献。长期种植毛竹显著降低了AM真菌生物量、球囊霉素相关土壤蛋白含量以及2~0.25 mm大团聚体比例,并改变了AM真菌群落结构,不利于土壤碳固存和维持生态系统稳定。     

丛枝菌根真菌对镉污染土壤中黑麦草幼苗生长的影响

通过不同浓度的镉污染土壤接种丛枝菌根真菌的黑麦草盆栽试验,研究了丛枝菌根真菌对镉污染条件下黑麦草幼苗生长的影响。结果表明:重度镉污染(Cd2+:180 mg/kg)条件下,Glomus mosseae对黑麦草根系的侵染率仍达到30.23%,对黑麦草的生长有较好的促进作用;丛枝菌根在一定程度上缓解了镉污染对黑麦草株高、根长和生物量积累的抑制;镉污染显著降低黑麦草叶片的叶绿素含量,叶绿素a在重度镉污染时下降幅度最大,不接种丛枝菌根真菌的黑麦草较对照下降37.9%,而接种的黑麦草下降26.7%,接种菌根真菌在中重度镉污染条件下显著提高了黑麦草叶片的叶绿素含量;重度镉污染下接种和不接种的黑麦草根系活力都开始显著下降,但接种植株根系活力下降的幅度小于不接种植株。     

贵州务川汞矿区土壤丛枝菌根真菌多样性研究

对贵州务川汞矿区不同水平汞污染植物根际土壤丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizal,AM)真菌资源分布及多样性进行分析，结果发现：本研究选取的务川汞矿区3个样地土壤汞含量在94.1～268.0 mg/kg，远高于国家规定的土壤汞含量，汞污染极其严重。随着汞含量增加，AM真菌侵染率、孢子密度显著降低，AM真菌群落丰富度、多样性及均匀度均有所降低，但差异未达显著水平，而仍有部分对汞污染耐受性较强的AM真菌有较高的分布。另外，管柄囊霉属AM真菌在5个样品中均有较高丰度，球囊霉属AM真菌在火棘根际的相对丰度随着汞含量升高而升高，因此，火棘–管柄囊霉属AM真菌或火棘–球囊霉属AM真菌联合进行汞污染修复，有一定的应用价值。     

长期种植毛竹林土壤丛枝菌根真菌群落演变趋势

为揭示长期种植毛竹林土壤丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌群落演变特征,通过磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid,PLFA)和Illumina Miseq测序平台研究了AM真菌生物量及群落结构的演变趋势。结果表明,长期种植毛竹林土壤养分含量总体呈下降趋势,球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)含量及AM真菌生物量也显著降低(p0.05),其中易提取态球囊霉素相关土壤蛋白(Easily extractable glomalin-related soil protein,EE-GRSP)含量与有机质、碱解氮、速效钾显著正相关(p0.05),而AM真菌菌丝生物量(16:1ω5 PLFA)与碱解氮极显著正相关(p0.01)。长期种植毛竹林显著降低了土壤2~0.25 mm大团聚体比例(p0.05),且与AM真菌菌丝生物量极显著正相关(p0.01)。测序结果表明,毛竹林土壤AM真菌以球囊霉属(Glomus)为优势种群,其次为无梗囊霉属(Acaulospora),长期种植毛竹后土壤球囊霉属相对丰度显著增加而无梗囊霉属显著降低(p0.05)。非度量多维尺度转换排序(Non-metric multidimensional scaling,NMDS)分析显示,对照马尾松林与不同种植年限毛竹林土壤AM真菌群落显著区分(p=0.001),土壤含水量(p=0.005)、碱解氮(p=0.001)、有效磷(p=0.014)对AM真菌群落结构变异具有重要贡献。长期种植毛竹显著降低了AM真菌生物量、球囊霉素相关土壤蛋白含量以及2~0.25 mm大团聚体比例,并改变了AM真菌群落结构,不利于土壤碳固存和维持生态系统稳定。     

盐碱土壤N2O排放与amoA和narG功能基因丰度的响应规律

为揭示盐碱土壤中参与氨氧化过程和硝酸盐还原过程的amoA和narG基因丰度与N_2O排放的响应规律,本研究选取内蒙古河套灌区3种不同盐碱程度土壤(轻度盐土SA、强度盐土SB和盐土SC),通过控制室内温度和土壤质量含水量进行室内培养试验,并运用荧光定量PCR(real-time PCR)技术研究了盐碱土壤中N_2O排放速率、氨氧化细菌和narG(膜结合型硝酸还原酶)型反硝化细菌丰度与土壤环境因子之间的偶联关系。结果表明:SA、SB和SC3种盐碱土壤中,N_2O平均排放速率随着土壤盐碱程度的升高而升高,值分别为16.9、30.8、69.6μg/(kg·d);氨氧化细菌和narG型反硝化细菌丰度分别为0.415×10~4、6.91×10~4、9.44×10~4 copies和2.61×10~4、5.36×10~4、13.5×10~4 copies,表明在一定盐分条件下,土壤中的盐分能够促进氨氧化细菌和narG型反硝化细菌丰度。RDA分析结果显示,N2O平均排放速率与氨氧化细菌和narG型反硝化细菌丰度具有显著的正相关(r=0.863、0.975,P0.01);土壤pH、EC、速效钾和有机碳是盐碱土壤中影响N2O排放速率的主要环境因子,其中,土壤pH、EC、速效钾和N_2O排放速率存在显著正相关(r=0.968、0.983、0.987,P0.01),土壤有机碳和N_2O排放速率存在负相关(r=–0.800,P0.05),土壤有效磷和总氮与N_2O排放速率的相关性未达到显著水平(P0.05)。     

田间老化生物质炭减缓稻麦轮作系统土壤N2O排放能力降低的机理

作为一种重要的土壤调节剂,生物质炭在固碳减排,尤其在氧化亚氮(N₂O)减排方面的作用日益突出。本研究通过田间定位试验,分析稻麦轮作体系新鲜和田间不同时间老化生物质炭对N₂O排放的影响,旨在明确生物质炭对田间N₂O排放的持续效应及其作用机理。试验共设置5个处理,分别为CK（不施氮肥和生物质炭）、N（施氮肥）、NB_0y（氮肥+新鲜生物质炭）、NB_2y（氮肥+2年老化生物质炭）和NB_5y （氮肥+5年老化生物质炭）,动态监测稻麦轮作周期N₂O排放,测定水稻和小麦收获后土壤理化性质和氮循环功能基因丰度。结果表明,生物质炭显著降低土壤N2O累积排放量32.4% ~ 54.0%,且表现为NB_0y> NB_2y> NB_5y。与N处理相比,NB_0y, NB_2y 和NB_5y处理显著提高土壤pH值0.6 ~ 1.2个单位、土壤有机碳（SOC）含量21.4 % ~ 58.6%、硝态氮（NO_3^--N）含量1.7% ~ 31.3%,对土壤pH改善能力随着生物质炭老化而下降。生物质炭处理显著提高nosZ基因丰度54.9% ~ 249.4%,土壤 (nirS+nirK)/nosZ比值随着生物质炭老化而增加。相关性分析表明,土壤N₂O累积排放量与pH值呈显著负相关,与NO_3^--N含量和amoA-AOB（氨氧化细菌）丰度呈显著正相关。因此,新鲜和田间不同时间老化生物质炭均能显著改善土壤理化特性,降低土壤 N₂O排放且新鲜生物质炭的作用效果优于老化生物质炭。土壤NO_3^--N 含量及(nirS+nirK)/nosZ比值的增加,是导致老化生物质炭减排N₂O能力降低的主要原因。     

Uptake of Arsenic by Maize Inoculated with Three Different Arbuscular Mycorrhizal Fungi

Effects of inoculation with three different arbuscular mycorrhizal (AM) fungi (Glomus etunicatum, Glomus constrictum, and Glomus mosseae) on arsenic (As) accumulation by maize were investigated by using soil spiked with As at rates of 0, 25, 50, and 100 mg kg^?1. The root colonization rates by the three fungi were significantly different (G. mosseae > G. etunicatum > G. constrictum) and decreased markedly with increasing As concentration in the soil. Inoculation with G. etunicatum or G. mosseae increased maize biomass and phosphorus (P) accumulation (G. mosseae > G. etunicatum) and reduced As accumulation in shoots (G. mosseae ≈ G. etunicatum), whereas inoculation with G. constrictum had little effect on these parameters. Inoculation with G. mosseae produced greater biomass and P uptake and less shoot As accumulation, and therefore it may be a promising approach to reduce As translocation from contaminated soils to plants.     

林分类型和氮添加对亚热带森林土壤氧化亚氮排放的影响

为揭示亚热带森林土壤N₂O排放对林分类型和氮添加的响应特征,选取位于福建省三明市的中亚热带米槠次生林、杉木人工林和马尾松人工林土壤为研究对象,分别设置无氮添加(N0 mg/kg)、低氮添加(N10 mg/kg)、中氮添加(N25 mg/kg)和高氮添加(N50 mg/kg)4个氮添加水平,进行微宇宙培养试验,测定土壤N₂O排放。结果表明：与无氮添加处理相比,氮添加整体上降低3种林分土壤pH,增加土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量。无氮添加处理中杉木人工林和马尾松人工林土壤N₂O累积排放量分别为9.67和9.62 mg/kg,显著高于米槠次生林土壤N₂O累积排放量6.81 mg/kg。低氮添加处理中杉木人工林和马尾松人工林土壤N₂O累积排放量显著高于米槠次生林。但在中氮和高氮添加处理中,3种林分土壤N₂O累积排放量均无显著性差异。不同氮添加处理均促进3种林分土壤N     

土地利用方式对酸性红壤丛枝菌根真菌群落的影响

为了研究土地利用方式对酸性红壤丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)群落的影响,调查了酸性红壤4种土地利用方式(草地、玉米、花生和大豆)下非根际和根际土壤AMF群落多样性和组成结构。结果表明：土地利用方式显著影响了AMF群落优势属球囊霉属(Glomus)和巨孢囊霉属(Paraglomus)的相对丰度,但是根际作用影响不明显。土地利用方式而非根际作用显著影响了AMF群落香农指数和物种丰富度,其中大豆地表现出最低的香农指数和物种丰富度。土地利用方式和根际作用都显著影响AMF群落组成结构,但是土地利用方式的作用强度明显高于根际作用。球囊霉属主要解释了不同土地利用方式之间的AMF群落组成差异。土壤p H是影响土壤AMF群落结构的最关键因子。因此,土地利用方式比根际作用表现出对酸性红壤AMF群落更大的影响,展现了土地利用变化在影响土壤AMF群落方面的重要作用。     

Water Management Influencing Methane and Nitrous Oxide Emissions from Rice Field in Relation to Soil Redox and Microbial Community

Abstract

Methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) emissions from an irrigated rice field under continuous flooding and intermittent irrigation water management practices in northern China were measured in situ by the static chamber technique during May to October in 2000. The intermittent irrigation reduced total growing‐season CH₄ emission by 24.22% but increased N₂O emission by 23.72%, when compared with the continuous flooding. Soil Eh and four related bacterial groups were also measured to clarify their effects on gaseous emissions. Three ranges of soil redox potential were related to gas emissions: below ?100 mV with vigorous CH₄ emission, above +100 mV with significant N₂O emission, and +100 to ?100 mV with little CH₄ and N₂O emissions. Intermittently draining the field increased soil oxidation, with a decrease in CH₄ emission and an increase in N₂O emission. In general the mid‐season drainage slightly increased the populations of methanotrophs, nitrifiers, and denitrifiers but decreased that of methanogens.     

丛枝菌根真菌(Glomus mosseae)对玉米吸镉的影响

盆栽试验研究了不同培养条件(土壤与河沙)下,3种施Cd水平(0、5、50 mg kg-1)对菌根玉米生长、根系侵染率及重金属Cd吸收的影响。结果表明:施Cd水平显著影响玉米吸Cd能力。随Cd浓度增加,各处理根系与地上部分Cd浓度和吸收量显著增加,各施Cd水平下玉米根系Cd浓度和吸收量远远高于地上部分。不同培养条件下,各处理也表现出明显的差异。以河沙为培养基质,接种菌根真菌显著增加玉米的生物量及根系侵染率;在高Cd水平下,接种处理玉米根系中的Cd浓度和吸收量较对照显著增加,但地上部分的Cd浓度和吸收量却相应降低。以土壤为培养基质,随施Cd水平提高,植株吸Cd量增加,但接种处理植株根部与地上部Cd浓度均显著低于对照。试验表明,丛枝菌根真菌Glomus mosseae可减少重金属Cd向玉米植株地上部的运输,将更多的Cd固持在菌根之中,这可能是菌根减轻宿主植物Cd毒害的一个重要机制。     

磷肥对酸性红壤上玉米不同部位丛枝菌根真菌群落的影响

为了研究不同磷肥水平下酸性红壤上玉米不同部位丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)群落多样性和组成结构,明确玉米不同部位AMF群落的分布特征及对磷肥的响应差别,为提高酸性红壤磷素利用提供理论依据。本实验设置三个磷肥水平：不施磷、低磷(25 mg P /kg)和高磷(100 mg P /kg),玉米培养4周后,测定玉米生物量和土壤理化性质,利用高通量测序技术检测玉米根部、根际和非根际土壤AMF群落结构和多样性。结果显示,随着磷肥水平增加,玉米生物量显著提高,高磷处理下玉米地上部磷含量显著高于不施磷和低磷处理。取样部位(根部、根际和非根际)显著影响了AMF群落优势属球囊霉属(Glomus)、巨孢囊霉属(Paraglomus)和近明球囊霉属(Claroideoglomus)相对丰度,但是磷肥影响不显著。类似的,取样部位而不是磷肥显著影响了AMF群落香农指数和物种丰富度。非度量多维标度(NMDS)结果显示,根部样品与非根际和根际土壤样品群落距离更远,而相同取样部位中不同磷肥水平间群落组成更为相似；置换多元方差分析(PERMANOVA)进一步表明,取样部位而不是磷肥显著影响了AMF群落组成结构,主要表现在根部样品与根际和非根际土壤不同。因此,酸性红壤上玉米不同部位对AMF群落的影响明显高于磷肥作用,表明AMF应用于酸性红壤时应重点考虑作物部位的特性。     

AMF和PGPR修复甲胺磷污染土壤的效应

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)和根围促生细菌(plant growthpromoting rhizobacteria,PGPR)能降解有毒有机物,但分解土壤中残留甲胺磷农药尚未见报道。本试验旨在测定AMF和PGPR矿化甲胺磷的效应。试验设甲胺磷0、50、100和150μg g-1下,对番茄(Lycospersicon esculentum,品种金冠)接种AMF Glomus mosseae(Gm)、Glomus etunicatum(Ge)、PGPR Bacillus subtilis(Bs)、Bacillus sp.B697(Bsp)、Pseudomonas fluorescens(Pf)、Gm+Bs、Gm+Bsp、Gm+Pf、Ge+Bs、Ge+Bsp、Ge+Pf和不接种对照,共48个处理。结果表明,接种Gm显著增加了根区土壤和根内PGPR定殖数量,而Pf处理显著提高了AMF侵染率,表明Gm与Pf能够相互促进。甲胺磷100μg g-1水平下,Gm+Pf处理的番茄株高显著高于其他处理,地上部干重显著高于其他处理(Ge+Pf除外),根系干重显著高于对照、PGPR各处理和Ge处理;而根内甲胺磷浓度则显著低于其他处理,茎叶中的则显著低于其他处理(Gm+Bs、Gm+Bsp和Ge+Pf除外)。AMF、PGPR或AMF+PGPR处理均显著降低番茄体内甲胺磷浓度。甲胺磷50~100μg g-1水平下,Gm+Pf显著降低根区土壤中甲胺磷残留量,矿化率达52%~60.6%。AMF和PGPR显著提高了根区土壤中甲胺脱氢酶活性,其中以Gm+Pf组合处理的酶活性最高。表明AMF和PGPR均能促进土壤中残留甲胺磷的降解,Gm+Pf是本试验条件下的最佳组合。