丛枝菌根真菌与宿主植物识别共生的分子机制

土壤真菌与植物形成的丛枝菌根在自然界中广泛存在,是植物在长期的生存过程中,与菌根真菌一起共同进化的结果。这种共生作用可以引起真菌和其宿主植物发生重要的适应性变化。近年来,丛枝菌根真菌与寄主植物之间是如何相互发生作用并形成菌根共生体,是人们所关注的问题。本文主要对丛枝菌根共生体形成的信号途径,对真菌与植物相互作用的非共生阶段的信号释放、共生初期阶段植物代谢及信号识别机制,共生体的稳定维持进行了综述。     

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。     

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。     

内生菌提高植物抗旱性和耐盐性分子机制研究进展

植物-内生菌共生体在缓解植物的非生物和生物胁迫方面发挥着重要作用。在干旱和盐胁迫下,内生菌可以通过调控植物光合作用、激素浓度、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性以及相关基因表达等来保证植物正常生长和发育,从而增强植物抗逆性。近年来,植物促生菌(Plant growth promoting bacteria, PGPB)接种剂也被广泛研究应用。本文综述了植物内生菌的多样性、共生内生菌和PGPB在干旱和盐胁迫下对植物基因的调控,为内生菌提高植物耐旱性和耐盐性的分子机制的深入研究提供参考。     

中国西北地区披碱草属植物所带内生真菌的培养特征

内生真菌与植物所形成的共生体普遍存在于冷季禾草中,共生体有利于提高宿主植物的生物和非生物抗性。虽然目前研究者们已对禾草内生真菌做了大量的研究,但是尚未发现对分布于中国西北地区披碱草属植物无性世代Neotyphodium内生真菌培养特征的研究。本研究从中国西北地区分离出15株来自不同地理种群披碱草属植物无性世代Neotyphodium内生真菌。通过分离培养,测定了这15株无性世代Neotyphodium内生真菌的菌落生长速度,结果显示,这15株无性世代Neotyphodium内生真菌菌落的平均生长速度为(0.41~0.85) mm/d,且生长速度与海拔具有相关性。分布在海拔低于3000 m的无性世代Neotyphodium内生真菌的菌落生长速度比生长于海拔高于3000 m菌落的生长速度快。观察菌落发现,分布在海拔高于3000 m的菌落正面特征较为一致,而分布在海拔低于3000 m的菌落正面特征出现不同。另外,通过多基因联合建树发现,分布在海拔高于3000 m的无性世代Neotyphodium内生真菌聚在一个分支,而分布在海拔低于3000 m的无性世代Neotyphodium内生真菌呈现星状分布。由于目前尚未对中国西北地区披碱草属植物无性世代Neotyphodium内生真菌命名。因此,希望本研究结果能为该菌的命名提供理论依据。     

植物内生真菌对寄主生长及抗逆性的增效机理研究进展

综述了内生真菌通过产生植物生长物质、活化养分等促进寄主生长,并通过降低活性氧危害,帮助寄主获得诱导系统抗性,分泌有毒物质遏制草食动物取食等提高寄主植物抗逆性的机理。内生真菌还可能演化为其他植物的病原菌,通过抑制别的植物生长而为寄主获得更多有效环境资源,提出外来植物入侵性的获得可能与内生菌的促进作用有关。     

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。     

Epichloe内生真菌对禾草种子萌发影响研究进展北大核心CSCD

种子是农业生产实践中最基本的生产资料,其萌发对植物物种的生存和繁衍起着决定性作用,但此过程易受到环境因素的影响,提高种子在胁迫环境下的萌发质量对禾草建植具有重要意义。Epichloe内生真菌与禾草形成互惠共生关系,可促进共生体种子萌发并提高对环境胁迫抗性,使其在植物群落中占据优势生态位,因此对动植物及微生物生态系统产生广泛影响。将国内外关于Epichloe属内生真菌在不同生境及处理下对宿主禾草种子萌发的影响进行综述,重点探讨Epichloe属内生真菌对宿主禾草种子在正常生长条件和胁迫环境下的萌发及化感效应等方面的作用,发现内生真菌在正常萌发条件和胁迫环境中均能促进种子萌发,而在化感作用下萌发响应不一致,同时,内生真菌的侵染能显著缓解贮藏时间对种子萌发的负效应。通过对前人研究的总结,建议今后应加强对Epichloe内生真菌促进禾草种子萌发及提高抗性生理生化等方面的研究,揭示内生真菌与禾草共生对种子萌发的影响机制,从而筛选出优良内生真菌菌株,以期利用内生真菌资源为禾草种质资源的创制开辟新途径。     

甘肃马先蒿寄生对禾草内生真菌共生体共生关系的影响

根寄生植物-甘肃马先蒿是高寒草地重度退化阶段主要滋生毒杂草种类,利用根部吸器与侵染内生真菌的禾草(紫花针茅和麦宾草)建立寄生关系。当禾草成为甘肃马先蒿和内生真菌共同寄主(宿主)时,有关内生真菌调控甘肃马先蒿对禾草根寄生危害的相关研究较少。以侵染Epichloë属内生真菌(E+)和未侵染内生真菌(E-)的紫花针茅和麦宾草为研究对象,观测甘肃马先蒿寄生对E+、E-紫花针茅和麦宾草株高、分蘖、根茎比、生物量变化和根部吸器数量及显微结构差异。结果表明:甘肃马先蒿寄生显著降低紫花针茅和麦宾草株高、分蘖和生物量,内生真菌侵染显著影响甘肃马先蒿根寄生处理禾草的生长特性。紫花针茅E+、E-植株被甘肃马先蒿寄生后,E+植株分蘖、生物量和根茎比明显高于E-植株,而E-植株根部功能性吸器数量明显高于E+植株; 麦宾草与甘肃马先蒿建立寄生关系后,E-植株株高、分蘖、生物量和根茎比明显高于E+植株,E+植株根部功能性吸器数量明显高于E-植株。由此可见,甘肃马先蒿与禾草建立寄生关系后,内生真菌与禾草间的共生关系处于互惠共生和相互拮抗的动态变化,草地群落其他植物与禾草间相互作用能调节禾草与内生真菌的共生关系。     

甘肃马先蒿寄生对禾草内生真菌共生体共生关系的影响

根寄生植物-甘肃马先蒿是高寒草地重度退化阶段主要滋生毒杂草种类,利用根部吸器与侵染内生真菌的禾草(紫花针茅和麦宾草)建立寄生关系。当禾草成为甘肃马先蒿和内生真菌共同寄主(宿主)时,有关内生真菌调控甘肃马先蒿对禾草根寄生危害的相关研究较少。以侵染Epichlo?属内生真菌(E+)和未侵染内生真菌(E-)的紫花针茅和麦宾草为研究对象,观测甘肃马先蒿寄生对E+、E-紫花针茅和麦宾草株高、分蘖、根茎比、生物量变化和根部吸器数量及显微结构差异。结果表明:甘肃马先蒿寄生显著降低紫花针茅和麦宾草株高、分蘖和生物量,内生真菌侵染显著影响甘肃马先蒿根寄生处理禾草的生长特性。紫花针茅E+、E-植株被甘肃马先蒿寄生后,E+植株分蘖、生物量和根茎比明显高于E-植株,而E-植株根部功能性吸器数量明显高于E+植株;麦宾草与甘肃马先蒿建立寄生关系后,E-植株株高、分蘖、生物量和根茎比明显高于E+植株,E+植株根部功能性吸器数量明显高于E-植株。由此可见,甘肃马先蒿与禾草建立寄生关系后,内生真菌与禾草间的共生关系处于互惠共生和相互拮抗的动态变化,草地群落其他植物与禾草间相互作用能调节禾草与内生真菌的共生关系。     

禾草内生真菌的多样性及意义

禾草内生真菌是一个多样性十分丰富的微生物类群,因其具有重要的生理和生态作用而成为当前国内外研究的热点。禾草内生真菌的多样性主要有种的多样性、宿主多样性、生境多样性、形态多样性以及遗传多样性。主要是感染冷季型禾草的香烛菌属(Epichloё)及其无性态Neotyphodium属。全球生态环境复杂、宿主植物多样性丰富,导致内生真菌的多样性更加丰富,从而会发现更多新的真菌分类单元,这在菌种收集和保藏方面独具优势。内生真菌可使禾草提高抗逆性并适应逆境甚至极端环境条件,这对于深入探讨内生真菌-宿主之间的相互作用,有目的性和科学性地构建新的禾草内生真菌共生体及植物微生态系统的研究都具有十分重要的意义。     

磷添加条件下摩西球囊霉与禾草内生真菌对多年生黑麦草生长的影响

本试验探究了不添加磷(P₀)和添加50 mg/kg(P₅₀)条件下,丛枝菌根(arbuscular mycorrhizae, AM)真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae)和禾草内生真菌对多年生黑麦草生长、养分吸收和磷酸酶活性的影响。多年生黑麦草分别由含有禾草内生真菌(E⁺)和不含禾草内生真菌(E^-)种子建植获得。结果表明:1)AM真菌与禾草内生真菌可显著影响多年生黑麦草的生物量(P<0.05),二者共同作用(AME⁺)时生物量最低。P₀处理,以AM真菌E^-植株生物量最高。P₅₀条件下,对照(NME^-)最高;2)P添加平均提高AM真菌的侵染率11.40%,P₀和P₅₀条件下E⁺植株较E^-植株的菌根侵染率分别低18.65%和11.77%;3)AM真菌未显著影响P吸收(P<0.05)。禾草内生真菌增加了植株N含量,而AM真菌侵染降低了E⁺植株N含量;4)P添加显著提高了磷酸酶活性(P<0.05),不同处理以AME⁺的磷酸酶活性最高。两种共生微生物在不同P条件下,单独作用均有利于植物生长,共同作用时因对光合产物存在竞争,并未协同促进植物生长和养分吸收。     

禾草内生真菌与2种AM真菌互作对黑麦草生长的影响

在温室盆栽条件下,以侵染内生真菌和未侵染内生真菌的黑麦草为材料,接种幼套球囊霉(Claroideoglomus etunicatum)和根内球囊霉(Rhizophagus intraradices)以及两种AM真菌的混合菌剂,通过比较单一及混合AM真菌和禾草内生真菌对黑麦草株高、根长、生物量、P含量、可溶性糖、可溶性蛋白以及光合指标等方面的差异,探究AM真菌与禾草内生真菌对黑麦草生长的影响。结果表明,接种幼套球囊霉、根内球囊霉和混合菌剂的黑麦草平均AM真菌侵染率分别为44.04%,34.13%和41.13%,禾草内生真菌降低AM真菌平均侵染率22.28%。接种AM真菌和侵染禾草内生真菌均提高了黑麦草形态和生理生化指标,且二者(尤其是幼套球囊霉与禾草内生真菌)共存时,黑麦草的形态和生理生化指标最高,与既不侵染禾草内生真菌也不接AM真菌的处理相比,幼套球囊霉与禾草内生真菌共同作用时总P含量、总生物量和净光和速率分别提高48.21%, 21.12%和73.53%,总可溶性糖和蛋白分别提高147.12%和24.27%。总体而言,AM真菌显著促进了植物地上、地下部分生长,而禾草内生真菌主要促进植物地上部分的生长。     

铜尾矿库白羊草内生真菌的分布及rDNA-ITS系统发育

对北方铜业铜矿峪矿十八河尾矿库的优势植被白羊草内生真菌染菌率进行调查,采集活体植株进行叶鞘内生真菌分离,并对白羊草内生真菌的形态特征及孢子形态进行描述,同时,选取其中16株进行5.8S-ITS扩增、测序和系统发育分析。结果表明,从生长在4个不同恢复年限子坝的白羊草中分离出形态不同的内生真菌,其中以白色菌落居多,生长速度位于5.515~12.548 mm/d之间。孢子形态以球型和椭圆型为主,大小介于2.085~7.072 μm之间。分子鉴定结果显示16种内生真菌属于3个属,为赤霉属(Gibberella)、镰刀菌属(Fusarium)、青霉属(Penicillium),恢复30年与5年的子坝白羊草内生真菌遗传距离最小,亲缘关系最近,恢复45年与15年的子坝白羊草内生真菌亲缘关系最远。铜矿库不同恢复年限的土壤环境可能导致白羊草感染内生真菌的多样性,这为进一步丰富铜尾矿库内生真菌资源,揭示生活在铜尾矿的白羊草内生真菌的生态功能提供理论依据。     

内生真菌侵染对野大麦根际土壤化学特性和微生物群落的影响

以Epichloё bromicola内生真菌侵染野大麦形成的带菌(E+)和不带菌(E-)植株为研究材料,将其种植在从甘肃玛曲、榆中和临泽采集的土壤中,温室培养8个月。分析在不同土壤中种植3、6和8个月后,E+和E-植物的地上干重;及植物建立后6和8个月的土壤碳、氮、磷、pH、细菌丰度、真菌丰度、土壤氮循环中涉及的关键细菌,旨在探究内生真菌侵染野大麦对宿主生境土壤的影响。结果表明:不同土壤中内生真菌的存在显著提高了野大麦的干物质量;相同带菌情况下(E+或E-),临泽土壤中干物质量最高,玛曲土壤中干物质量最低;三种土壤中E+植物的干物质量两两间差异显著,而在榆中和玛曲土壤中E-植物的干物质量差异不显著。内生真菌侵染显著增加了土壤全氮含量和氨氧化细菌的丰度。内生真菌对土壤总碳、微生物生物量碳、pH、细菌、真菌、反硝化细菌和氧化亚氮还原菌丰度的影响因土壤类型和植物生长时间的不同而存在差异。内生真菌对土壤总磷含量无显著影响,但各土壤类型之间差异显著,且随植物生长时间的延长而显著变化。证实,Epichloё bromicola内生真菌侵染对野大麦生境土壤化学和微生物特性的影响与土壤类型密切相关,且随着宿主植物生长时间的延长发生显著变化。因此,建议内生真菌对土壤的影响需长期实地研究,这有助于深刻理解驱动土壤性质变化的机制。     

丛枝菌根及其宿主植物对根际微生物作用的响应

丛枝菌根(AM)真菌和根际微生物均是土壤生态系统中广泛分布的微生物类群,深入研究和揭示根际微生物对AM真菌的作用及其对宿主植物的影响,对于利用和调控土壤根际微环境,促进植物生长,维持生态系统稳定性具有深远的意义。基于此,本研究以AM真菌为中心,通过对当前广泛关注的几种根际微生物类型:根际细菌、根际放线菌、根际真菌和根际线虫等对AM真菌的生物学效应,进而对宿主植物影响的结果,深入分析根际微生物与AM真菌相互作用的生态学机理,为阐明土壤生态系统中根际微生物-AM真菌-宿主植物的相互关系提供理论依据。     

不同密度甘肃马先蒿寄生和内生真菌互作对紫花针茅内源激素及生物碱含量的影响

根寄生植物是禾草生长过程中的一种生物逆境,禾草内生真菌能增强其对生物或非生物逆境的耐受能力;然而,有关禾草内生真菌对不同密度根寄生逆境下禾草生长、内源激素水平和生物碱含量变化的研究鲜有报道。基于此,通过开展温室盆栽试验,以建立根寄生关系的带菌(E+)和未带菌(E-)紫花针茅及根寄生植物-甘肃马先蒿为研究对象,比较E+和E-紫花针茅在不同甘肃马先蒿寄生强度下生长、内源激素和生物碱含量变化。结果表明,与未寄生紫花针茅相比,随着甘肃马先蒿密度增加,紫花针茅生物量降低80%,株高、分蘖数和根长均降低25%,吲哚乙酸、脱落酸含量分别增加43%和51%,细胞分裂素含量降低50%。内生真菌侵染显著提高紫花针茅生长特性,增加内源激素和生物碱含量;带菌紫花针茅在根寄生逆境下生物碱含量持续增加,同时甘肃马先蒿利用根部木质部通道可获取寄主内生真菌合成的生物碱。由此可见,内生真菌通过调控紫花针茅体内有关生长和逆境预警相关内源激素水平及改变生物碱含量的方式增强紫花针茅对甘肃马先蒿根寄生逆境的耐受能力,为利用禾草内生真菌共生体修复甘肃马先蒿型退化草地提供新视角。