内生真菌醉马草作为机场驱鸟草的潜力分析

鸟击事件是长期以来威胁飞行安全的一个国际性难题,目前,国际民航组织（International civil aviation organisation,ICAO）已经将鸟击灾害列为“A类航空灾难”,鸟击防范领域的研究也逐渐受到人们的重视。香柱菌（Epichloё）侵染宿主禾草后形成的共生体可产生有毒生物碱,将共生体发展为高毒驱鸟草种并应用于机场,可以减少鸟击事件的发生。醉马草（Achnatherum inebrians）自身携带甘肃香柱菌（Epichloё gansuensis）和醉马草香柱菌（Epichloё inebrians）,野外自然生长的醉马草均为醉马草内生真菌共生体。本文主要通过对比当前国内机场主要驱鸟方式,提出用含有Epichloё属内生真菌的机场驱鸟草替代现有机场草坪草,可作为一种新型驱鸟方式;回顾了当前国外驱鸟草的应用及优势;分析了内生真菌醉马草作为驱鸟草的潜力和存在问题;并对禾草内生真菌的应用及人工栽培醉马草进行展望。     

外源脱落酸对醉马草内生真菌共生体幼苗建植过程的影响

醉马草为多年生禾本科草本植物,广泛分布于我国西北干旱-半干旱草原,其与内生真菌形成的互惠共生体具有较强的抗逆性,在自然生境中具备一定的竞争力。种子萌发及幼苗生长是植物生活史最重要的时期,决定植物未来的竞争力。通过发芽和盆栽试验,以携带(endophyte-infected, E+)和未携带(endophyte-free, E-)内生真菌的醉马草为材料,设置5个不同脱落酸(ABA)浓度,研究外源喷施ABA对醉马草内生真菌共生体幼苗建植过程的影响。结果表明:2.0 mg·L~(-1)的ABA浓度对醉马草种子的发芽率、胚芽长、胚根长有显著的促进作用;1.0 mg·L~(-1)的ABA浓度较CK组对醉马草的净光合速率、根冠比、根表面积、根直径、根体积和根头数有显著的促进作用,但当ABA浓度为4.0 mg·L~(-1)时表现为抑制作用。上述结果说明内生真菌具有对外源ABA的利用能力,但这与外源ABA的浓度有很大关系。     

外源脱落酸对醉马草内生真菌共生体幼苗建植过程的影响

醉马草为多年生禾本科草本植物,广泛分布于我国西北干旱-半干旱草原,其与内生真菌形成的互惠共生体具有较强的抗逆性,在自然生境中具备一定的竞争力。种子萌发及幼苗生长是植物生活史最重要的时期,决定植物未来的竞争力。通过发芽和盆栽试验,以携带(endophyte-infected, E+)和未携带(endophyte-free, E-)内生真菌的醉马草为材料,设置5个不同脱落酸(ABA)浓度,研究外源喷施ABA对醉马草内生真菌共生体幼苗建植过程的影响。结果表明:2.0 mg·L^-1的ABA浓度对醉马草种子的发芽率、胚芽长、胚根长有显著的促进作用;1.0 mg·L^-1 的ABA浓度较CK组对醉马草的净光合速率、根冠比、根表面积、根直径、根体积和根头数有显著的促进作用,但当ABA浓度为4.0 mg·L^-1时表现为抑制作用。上述结果说明内生真菌具有对外源ABA的利用能力,但这与外源ABA的浓度有很大关系。     

内生真菌对醉马草根际土壤线虫群落的影响

为明确内生真菌对醉马草根际土壤线虫群落特征的影响,于2014年6,8和10月,对带内生真菌和不带内生真菌醉马草根际土壤进行采样,利用淘洗-过筛-蔗糖离心法分离线虫,根据线虫形态学特征进行鉴定,结果表明,本研究共捕获土壤线虫11889条,分别隶属于线虫动物门2纲6目22科37属,带内生真菌醉马草根际土壤线虫个体密度高于不带内生真菌醉马草,而类群数、多样性指数(H')、均匀度指数(J)和丰富度指数(SR)均低于不带内生真菌醉马草,但处理间差异不显著,表明尽管内生真菌使醉马草根际土壤线虫个体密度有所增加,使类群数有所降低,但是内生真菌的存在对醉马草土壤线虫多样性没有影响;与不带内生真菌醉马草相比,带内生真菌醉马草根际土壤线虫MI指数显著升高,而PPI指数和PPI/MI值显著降低,表明内生真菌在一定程度上确实改变了土壤线虫功能类群组成,其中主要影响植物寄生线虫。     

低温处理下外源水杨酸和脱落酸与内生真菌互作对醉马草共生体的影响

醉马草是我国西北地区的一种天然烈性毒草,其所携带的内生真菌(Epichloё)能促进共生体的生长和提高共生体的生物与非生物抗性。以5 ℃下正常生长一个月的带内生真菌(E⁺)醉马草幼苗和不带内生真菌(E^-)醉马草幼苗为实验材料,测定了外源SA和ABA处理下醉马草幼苗生理生化指标。结果表明,与对照比较,SA和ABA处理增加了叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化物酶活性,降低了丙二醛含量;SA处理下,在胁迫第4天时,内生真菌显著(P<0.05)提高了脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性,分别提高了51.8%和62.1%。胁迫第6天时,叶绿素含量、丙二醛含量、可溶性糖含量和过氧化物酶活性均达到显著(P<0.05)水平,且SA⁺比SA^-分别显著(P<0.05)提高了23.0%,25.4%,23.7%,18.0%;ABA处理下,内生真菌能显著(P<0.05)提高叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化物酶活性,但在胁迫第6和8天时,内生真菌却显著(P<0.05)降低了丙二醛含量,ABA⁺比ABA^-分别显著(P<0.05)降低了21.1%和34.3%。表明一定浓度的SA或ABA与内生真菌互作能缓解低温胁迫对醉马草幼苗的伤害。     

内生真菌对醉马草白粉病抗性的影响

为研究内生真菌对醉马草白粉病抗性的影响,在温室条件下,对自然发生不同程度白粉病(健康、轻度感病和重度感病植株)的带内生真菌(E+)和不带内生真菌(E-)的醉马草植株的发病率、病叶率、病情指数及各项生理生化指标进行测定。结果表明,E+醉马草的发病率48%显著低于E-醉马草的发病率97%(P0.05),E+的病叶率60%显著低于E-醉马草病叶率86%(P0.05),E+醉马草的病情指数为50.76,E-醉马草的病情指数为82.49;通过各项生理生化指标的测定发现与健康植株相比,在轻度和重度发病植株中,内生真菌的存在可以显著(P0.05)提高醉马草叶片的叶绿素含量和脯氨酸含量,E+醉马草的SOD酶活性和POD酶活性也显著高于E-醉马草,同时内生真菌显著地降低了醉马草叶片中丙二醛(MDA)的含量。据此说明内生真菌的存在能够提高醉马草抗白粉病的能力。     

醉马草内生真菌共生体对土壤微生物和养分的影响

本研究以我国西北部天然草原广泛分布的烈性毒草醉马草(Achnatherum inebrians)为对象,分析内生真菌共生体对根系土壤中微生物区系和养分的影响。结果表明,采自桑科、甘加和榆中3个地区的醉马草根际土壤中真菌数量为其伴生种根际土壤中对应菌的1.31～1.56倍、细菌数量为1.56～2.65倍。土壤营养成分测定结果表明,醉马草根际土壤中有机质、全氮、速效磷和速效钾的含量均显著高于其伴生种,而全磷和全钾含量差异不显著。     

喷施茉莉酮酸甲酯及感染内生真菌促进醉马草抗虫性的生理作用研究

醉马草所携带的内生真菌能促进共生体的生长和提高共生体的生物与非生物逆境抗性。在温室栽培条件[温度:(25±2)℃;湿度:37.7%～48.3%]下,以来自甘肃榆中的醉马草种质资源,栽培E+、E-幼苗后分别喷施200和400 mg·L~(-1)浓度茉莉酮酸甲酯(methyl jasmonate,MJ)以模拟昆虫的取食,测定了醉马草的生理生化指标。结果发现:与对照相比,外源喷施MJ能够诱导醉马草幼苗可溶性糖含量、叶绿素含量显著(P0.05)降低,总酚含量显著(P0.05)增加。MJ处理对E+和E-醉马草防御能力的诱导有所不同,对于E-醉马草,MJ处理显著提高了其防御酶多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶的活性;而对于E+醉马草,MJ处理显著(P0.05)增加胰蛋白酶抑制剂的活力。表明MJ处理对内生真菌侵染的醉马草主要通过降低可溶性糖含量、增加总酚含量以及提高体内蛋白酶抑制剂活性等途径来降低宿主植物的适口性,从而抑制植食性昆虫的取食,对其抗虫性有增益效应。     

喷施茉莉酮酸甲酯及感染内生真菌促进醉马草抗虫性的生理作用研究

醉马草所携带的内生真菌能促进共生体的生长和提高共生体的生物与非生物逆境抗性。在温室栽培条件[温度:(25±2) ℃;湿度:37.7%~48.3%]下,以来自甘肃榆中的醉马草种质资源,栽培E+、E-幼苗后分别喷施200和400 mg·L^-1浓度茉莉酮酸甲酯(methyl jasmonate,MJ)以模拟昆虫的取食,测定了醉马草的生理生化指标。结果发现:与对照相比,外源喷施MJ能够诱导醉马草幼苗可溶性糖含量、叶绿素含量显著(P<0.05)降低,总酚含量显著(P<0.05)增加。MJ处理对E+和E-醉马草防御能力的诱导有所不同,对于E-醉马草,MJ处理显著提高了其防御酶多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶的活性;而对于E+醉马草,MJ处理显著(P<0.05)增加胰蛋白酶抑制剂的活力。表明MJ处理对内生真菌侵染的醉马草主要通过降低可溶性糖含量、增加总酚含量以及提高体内蛋白酶抑制剂活性等途径来降低宿主植物的适口性,从而抑制植食性昆虫的取食,对其抗虫性有增益效应。     

内生真菌和丛枝菌根真菌互作对醉马草幼苗生长和镉耐性的影响

本研究通过接种土壤从枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌孢子,探讨了在温室盆栽条件下,甘肃内生真菌(Epichlo?gansuensis)在不同重金属镉(Cd^2+)离子胁迫下对醉马草(Achnatherum inebrians)根系AM真菌侵染率的影响,以及内生真菌、Cd^2+和AM真菌三者互作对醉马草幼苗生长的影响。结果表明,Cd^2+和内生真菌互作对醉马草菌根侵染率无显著(P>0.05)影响,菌根侵染率随着Cd^2+浓度的增加呈现先升后降的趋势,在高浓度Cd2+(0.9 mmol·L^-1)条件下,内生真菌侵染(endophyte-infected,EI)的醉马草植株菌根侵染率显著(P<0.05)高于不带菌(endophyte-free,EF)的植株。低浓度Cd2+(0.3 mmol·L^-1)显著(P<0.05)促进了醉马草的生长,而高浓度Cd^2+(0.9 mmol·L^-1)条件下显著(P<0.05)抑制了醉马草的生长;内生真菌在高浓度Cd^2+(0.9 mmol·L^-1)胁迫条件下能够减轻其对醉马草的伤害;接种AM真菌显著(P<0.05)促进醉马草地上部分生长的同时显著(P<0.05)抑制了其根系的生长;三者互作显著(P<0.05)促进醉马草叶绿素含量和地上鲜重,但显著(P<0.05)抑制了醉马草根长。以上结果表明,内生真菌和Cd2+均能影响AM真菌对醉马草根系的侵染,但二者无互作效应,内生真菌、AM真菌和Cd2+三者互作会影响醉马草幼苗地上和地下生长。     

醉马草-内生真菌共生体中生物碱的抑菌活性

本研究以Epichloё属内生真菌侵染(E+)和未被侵染(E-)的醉马草(Achnatherum inebrians)生物碱提取液为材料,测定其对麦角菌(Clavieps purpurea)、德氏霉(Drechslera erythrospila)、燕麦镰孢(Fusarium avenaceum)、根腐离蠕孢(Bipolaris sorokiniana)、新月弯孢(Curvularia lunata)、半裸镰孢(Fusarium semitectum)、腐皮镰孢(Fusarium solani)和细交链孢(Alternaria alternata)8种植物病原真菌菌落生长和孢子萌发的抑制率,明确醉马草生物碱提取液的抑菌活性。高效液相色谱(HPLC)检测结果发现,E+醉马草提取液中含有麦角新碱和麦角酰胺两种生物碱,其浓度分别为26.178和369.074 mg·kg-1,而E-醉马草提取液中不含这两种生物碱。不同浓度的E+和E-醉马草提取液对供试植物病原真菌的菌落繁殖和孢子萌发均具有不同程度的抑制作用,E+对真菌菌落生长的抑制率要大于E-,其中对腐皮镰孢菌落生长和孢子萌发的抑制率最大,分别达到63%和57%。生物碱提取液浓度与供试真菌孢子萌发抑制率呈显著正相关(P0.05)。内生真菌的侵染提高了醉马草提取液的抑菌活性,共生体中含有生物碱成分,具体的抑菌机制和机理有待后续研究。     

禾草内生真菌研究及应用进展

内生真菌感染大部分禾草形成互惠共生体,提高共生体对环境适应性,并进而对动物、微生物以及整个生态系统产生广泛的影响,使该领域成为近年来研究的热点问题。分子生物学技术、基因组学、蛋白组学和代谢组学以及相应的信息生物学技术的应用加快了禾草内生真菌的研究,尤其是内生真菌全基因组序列的测定,明确了次生代谢物多样性及其与基因的关系,鉴定相关的功能基因和蛋白,基因敲除技术阐释了维持内生真菌与寄主动态平衡的分子机制。利用基因组学等技术筛选对家畜无毒的内生真菌菌株, 通过接种技术建立新的既具有抗逆性,又对家畜无毒的禾草-内生真菌共生体,提高禾草的品质并确保对动物的安全性,在牧草及草坪草育种上获得了巨大成功。但是内生真菌的寄主特异性限制了内生真菌可利用的范围,因此后续应继续利用基因组学和代谢组学新技术深入研究内生真菌与寄主相互作用的机制,利用基因工程技术人工创造无毒菌株,克服共生体创制的瓶颈。本研究旨在对以上内容进行综述,以期为更广泛利用内生真菌进行牧草和草坪草育种奠定基础。     

甲基托布津对醉马草种带内生真菌的灭菌活性

以中国西北天然草原的常见有毒植物——醉马草(Achnatherum inebrians)为研究材料,进行了内吸式杀菌剂——70%甲基托布津(thiophanate methyl)对醉马草种传内生真菌灭菌活性及种子萌发和幼苗生长影响的研究。结果表明,100倍甲基托布津可100%杀灭醉马草种传内生真菌,但该处理会显著降低(P0.05)醉马草幼苗的发芽指数,而对其它测量指标不造成显著影响(P0.05);其次为200倍药剂浸泡处理6 h,内生真菌杀灭率仅为61.2%,该处理种子发芽和幼苗生长与100倍药剂处理相比差异显著(P0.05)。因此,若不考虑对种子发芽指数造成的影响,甲基托布津稀释100倍、浸种2 h为剔除醉马草种传内生真菌的最佳方法。     

醉马草内生真菌对3种草坪草种子与种苗的化感效应

于2008年通过种子萌发法和盆栽法研究了醉马草(Achnatherum inebrians Keng.)内生真菌(Neotyphodium gansuense Li & Nan)对多年生黑麦草(Lolium perenne L.)、高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)和草地早熟禾(Poa pratensis L.)3种草坪草化感作用的影响。结果表明:在种子萌发试验中,醉马草草粉对3种草坪草的生长均有一定的抑制作用,而且内生真菌显著增强了醉马草草粉对多年生黑麦草发芽率和对草地早熟禾发芽率、芽长的抑制作用(P<0.05);显著降低了醉马草对多年生黑麦草的胚根长、芽长、芽重和对高羊茅的发芽率、芽长的抑制作用(P<0.05)。在盆栽试验中,醉马草草粉对3种草坪草的生长均有一定的促进作用,而且内生真菌显著增强了醉马草对多年生黑麦草的初期出苗率,对高羊茅的初期出苗率、苗长和对草地早熟禾的出苗率的促进作用(P<0.05)。因此,内生真菌增强了醉马草对3种草坪草的化感效应。     

禾草–内生真菌共生对土壤理化性质及其 微生物影响的研究进展

禾草与内生真菌共生不仅会增强禾草的抗逆性,提升宿主农艺性状,还会对食草动物的取食产生影响。内生真菌可以对植物地上性状及地下环境和地下生物产生重要影响。研究发现,内生真菌可以通过改变凋落物的分解速率、根系化学物质的释放、根际沉积物的数量和种类来影响地下环境和生物多样性。内生真菌与禾草共生对于土壤的物理、化学特性以及生物学多样性都会产生影响,并且因禾草的种类、内生真菌菌株和土壤类型等的不同而异。对物理特性的影响主要集中在土壤团聚体结构的影响上,而化学成分的影响主要体现在土壤碳氮量的改变,生物多样性主要包括土壤微生物和动物。本文回顾了禾草–内生真菌共生体对土壤理化性质和功能的响应,目的是阐明宿主土壤生境中共生体和微生物之间相互作用的机制及其功能,为发掘、开发新的禾草–内生真菌共生体以及使用新型禾草–内生真菌共生体来改变土壤微环境提供理论基础。     

内生真菌发酵液浸种对干旱胁迫下黑麦草种子萌发的影响

为了探究离体Epichlo?内生真菌对萌发期多年生黑麦草(Lolium perenne)种子抗旱性的影响。本研究以醉马草(Achnatherum inebrians)内生真菌(Epichlo3gansuensis)、披碱草(Elymus dahuricus)雀麦内生真菌(E.bromicola)和中华羊茅(Festuca sinensis)内生真菌(Epichlo?sp.)3种禾草内生真菌发酵液对多年生黑麦草种子进行浸种,采用纸上发芽法(TP)测定不同浓度PEG处理下种子萌发指标。结果表明:随PEG浓度的增大,黑麦草种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均逐渐降低,幼苗苗长和幼苗含水量逐渐减小,种子霉变率先增大后减小,根系长度均在-0.6 MPa时达到最大值。PEG浓度在~(-1).2 MPa时,种子萌发活力丧失。相与无浸种对照相比,内生真菌发酵液浸种可显著(P0.05)促进黑麦草种子的萌发、幼苗和根的生长,有效降低种子的霉变率。醉马草内生真菌发酵液浸种下,多年生黑麦草种子发芽指数、活力指数、幼苗含水量、幼苗苗长和根系长度大于披碱草和中华羊茅浸种。综上所述,内生真菌发酵液对干旱胁迫下黑麦草种子的萌发具有一定的促进作用,且3种发酵液中,醉马草内生真菌发酵液抗旱效果比较明显。     

醉马草种子萌发对增温和降雨变化响应的研究进展

种子萌发是植物生活史中最为脆弱和关键的阶段,受温度和水分等环境因素调控。醉马草(Achnatherum inebrians)为多年生有毒草本植物,其种子产量高且易于定植,严重影响区域畜牧业生产和草地生态平衡。已有众多关于增温和降水变化对醉马草种子萌发的影响研究,但多聚焦于种子萌发特征。本文基于现有研究综述了醉马草种子萌发对增温和降水变化的响应,并发现：醉马草种子萌发对温度和水分有一定的耐受性,但未深入探讨其应对干旱、低温等逆境的机理;高温、干旱等逆境下内生真菌可促进醉马草种子萌发,但调控机理仍不明晰;缺少增温和降水变化交互作用对醉马草种子萌发影响的研究。基于此,将来应开展多因子试验,结合转录组学等手段,阐明全球气候变化背景下醉马草种子萌发特性并厘清内生真菌调控种子萌发的机理,为深入开展醉马草防控提供理论依据。     

内生真菌对禾草类植物抗旱性的影响

综述了国内外近年来关于内生真菌Neotyphodium对禾草类植物抗旱性方面的研究成果。结果表明:与不带菌禾草相比,带菌禾草的抗逆性强、产量高,特别是内生真菌的侵染可增加宿主植物的抗旱性。据报道,内生真菌主要是通过促进植株根系发育、叶片生长、气孔开闭、渗透调节、抗氧化保护系统等来提高禾草类植物的抗干旱胁迫能力。但也有学者认为并非所有内生真菌对宿主禾草的抗旱性都有增益作用,内生真菌与禾草的共生关系还很大程度上决定于宿主、内生真菌基因型和生境的相互关系。在未来的研究中应以内生真菌-禾草共生体的抗旱机理、生物学特性和群体特征为重点;此外利用真菌-禾草共生体的抗旱特性开展优良牧草草坪草选育,发挥内生真菌在天然草地中的生态作用也是重要的研究方向。     

禾草Epichloё属内生真菌分类学研究进展

禾草内生真菌(Epichloё属)是指在宿主禾草的组织间隙内完成其全部或大部分生命周期，但不引起宿主禾草产生外部明显症状的一类真菌。其作为重要的农业微生物资源，一方面能促进宿主植物的生长、提高宿主对不良环境的抵抗能力；另一方面，部分内生真菌与宿主形成的共生体所产生的部分生物碱可引致草食家畜中毒，影响草地畜牧业的健康发展。禾草内生真菌的这一双重特性已经成为国际草业领域近30年来的研究热点。本文首先综述了有性型和无性型Epichloё属禾草内生真菌的命名历史和分类现状，其次对我国目前已发现的禾草内生真菌资源及其分布以及禾草内生真菌在抗逆育种方面的研究进展进行归纳总结，最后针对禾草Epichloё属内生真菌的分类和应用进行了展望，以期为挖掘和利用有益禾草内生真菌资源、培育优良植物新品种、发展现代草地畜牧业和生态环境建设提供科学依据。     

盐胁迫对醉马草和高羊茅种子萌发及幼苗生长的影响

采用质量分数分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%的盐溶液处理带内生真菌醉马草(Achnatherum inebrians)、不带内生真菌醉马草、高羊茅(Festuca arundinacea) 品种‘侠客岛’(Island)和‘猎狗6号’(Hound 6)种子,测定发芽率、发芽势、活力指数、苗高、胚根...