根际微生物增强宿主植物耐铬能力生理机制研究进展

植物根际有大量微生物,其中一部分微生物,如根际促生菌、丛枝菌根真菌、非麦角属内生真菌和外生菌根真菌,在改善宿主营养状况,缓解宿主由于旱涝、盐分和重金属等环境胁迫导致的危害中起到重要作用.笔者将以这4种根际微生物为例,综述它们提高宿主植物耐铬性的内在机制,如通过促进宿主生长、降低根际土壤中铬的有效性、降低铬从根系向叶片的转运以及利用自身组织固持铬等,直接或间接地提高植物对铬的耐受能力,展现出多样且互有差异的功能.同时,笔者提出了铬在根际微生物与宿主的共生体系内转运和解毒行为的分子和生理机制上的不足,并对未来根际微生物互作的研究内容提出了展望.     

根瘤菌、丛枝菌根（AM）真菌与宿主植物共生的分子机理

丛枝菌根(AM)真菌和根瘤菌是两类重要的共牛微生物,分别能够与宿主植物形成丛枝菌根和根瘤,其中,对二者共有的宿主植物--豆科植物而言,则能够形成AM真菌-豆科植物-根瘤菌三重共生体.两类微生物与宿主植物共生关系建立的关键是二者之间的相互识别以及随后的侵染,其相互识别过程就是它们相互交换信号分子、相互作用的过程,而这两类微生物与宿主植物的识别过程具有许多相似之处.本文就根瘤菌、AM真菌与宿主植物在分子水平上的共生机理进行了综述,在对宿主植物分泌信号分子识别的基础上,提出植物根系对两类微生物侵染的感应机制,分析了共生体形成过程中相关基因的转录与表达,进而阐明了共生体的形成过程,并对本领域的未来发展提出了建议.     

VA菌根对喀斯特草本群落植物根际养分影响研究

以贵州花江喀斯特高原生态综合治理试验示范区内草本群落阶段的几种主要植物为材料,对其根际微生态环境进行了研究,包括根际土壤化学性质、土壤酶活性和VA菌根侵染率及AMF孢子密度。结果表明：VA菌根侵染率和根际土壤中AMF孢子密度存在极显著正相关,相关系数达到0.97;不同植物根际土壤的化学指标和土壤酶活性均表现出较强的根际效应,即R/S〉1;VA菌根侵染率与pH值存在显著负相关,与有效磷质量分数存在极显著正相关,与碱性磷酸酶存在显著正相关,说明VA菌根能够促进土壤中难溶态磷往有效磷方向转化;AMF对宿主植物的侵染能够在一定程度上改善根际微生态环境的营养状况。     

固氮放线菌Frankia与放线菌根植物共生进化的研究进展

固氮放线菌Frankia是能够诱导大范围的放线菌根植物(actinorhizal plants)产生根瘤放线菌.放线菌根植物是植物受Frankia侵染后能够形成根瘤的植物[1].目前,它们之间的进化研究虽然取得了很大进展,但是仍然存在许多不清楚的东西.本文根据最近对植物和Frankia系统进化研究成果、根瘤中放线菌Frankia的多样性研究情况,综述放线菌根植物和共生Frankia进化的研究进展.     

不同宿主植物根瘤Frankia及其生物学特性

对从木麻黄、杨梅、桤木和胡颓子等宿主植物根瘤中获得的19株分离菌的离体培养形态特征、生理特性和交叉侵染特性等进行了比较分析.结果表明,各分离菌均有Frankia属所特有的分枝状菌丝、孢囊、泡囊或串珠状菌丝等形态结构;细胞壁类型多属胞壁Ⅲ型,生理类型多属B型,无氮诱导培养下都具有同氮酶活性,在BAP、JA或S培养液中菌体生长较好,以吐温-80和酪蛋白水解物为最佳碳、氮源.但不同宿主分离菌的形态和培养特征差异明显,木麻黄属分离菌菌丝较粗,孢囊数量较少,在BAP培养液中多旱荔肉白絮状颗粒沉淀;杨梅属菌丝较细,孢囊数量较多,在BAP培养液中多是浅红色颗粒沉淀;桤木属和胡颓子属的菌体形态特征在BAP培养液中与木麻黄属的相似,但桤木属菌丝较细,胡颓子属的菌丝较粗.根据回接及交叉侵染特性可将分离菌分为2个宿主特异类群:能侵染木麻黄苗木的木麻黄类群;只侵染原宿主并能在杨梅属、胡颓子属和桤木属间相互侵染,但不能使木麻黄属苗木结瘤的杨梅-桤木-胡颓子类群.图2表5参19     

植物根圈污染生态研究进展

阐述了植物根圈的概念，根圈三大结构主成份是（１）植物根系，（２）微生物，（３）土壤或水等，并从它们的相互关系出发讨论了国内外有关根圈污染生态的研究情况，同时提出了根圈污染生态的研究前景和意义。     

尖孢镰刀菌致病相关因子及其分子生物学研究进展

由致病性尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)侵染引起的植物枯萎病是一种世界性的土传真菌病害,对农业生产造成了巨大经济损失.研究表明,尖孢镰刀菌的致病与多种致病因子相关,包括信号传导系统(环腺苷酸单磷酸-蛋白激酶A和促分裂素原活化蛋白激酶信号途径)、细胞壁降解酶(木聚糖酶、果胶酶、果胶裂解酶、细胞毒素、纤维素酶、半纤维素酶和木质素降解酶等)、克服植物防御响应系统(降解抗真菌化合物和破坏植物细胞壁的化学修饰)以及其它(细胞毒素和过氧化物酶)等.此外对今后的研究工作提出展望.参26     

丛枝菌根真菌的抑病功能及其应用

土传病害是引发连作障碍的关键因素,严重制约着我国集约化农业(特别是种植业)的可持续发展.丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌能够提高宿主抗病性、抑制病原物生长及侵染发病,是农业生产上防控土传病害的重要有益资源,探索其抑病机制和应用技术是近年来的研究热点,但一直缺乏比较系统的理论认识.通过梳理相关研究进展发现,AM真菌主要在宿主根系、根际与植株等3个层面发挥抑病作用,其中根系防御主要包括AM真菌与病原物竞争生态位和构建机械防御屏障,根际防御主要包括调节根系分泌物与次生代谢产物及与拮抗菌协同抗病,而植株防御主要包括促进宿主对养分与水分的吸收和诱导宿主产生系统防御体系,因而提出AM真菌的"根系-根际-植株三级防御"理论.在应用技术方面,着重分析通过接种AM真菌或调动土著AM真菌来防控土传病害的技术研究现状,并对应用中存在的问题及其发展前景进行展望,一方面可通过建立AM真菌种质资源库或构建转基因工程菌来解决接种有效期及效果稳定性等问题,另一方面可通过改变施肥模式和调整耕作制度来高效调动土著AM真菌的抑病活性,旨在为利用AM真菌防控土传病害、促进集约化种植业可持续发展提供理论依据.     

丛枝菌根化大青杨苗木根际微域环境的研究

对接种AM菌根真菌的大青杨苗木根际微区进行系统研究，发现AM菌根真菌对宿主根际微域环境产生了重要影响：试验中选用的Glomus mosseae、G.intraradices、G.sinuosa、G.versifopme等4种AM菌根真菌都与盆栽大青杨苗木形成了菌根复合体。其中G.mosseae、G.intraradices侵染效果最好，侵染率分别是64．4％、67．4％。受两种菌侵染的苗木的生物量分别是对照处理的2．59、2．13倍。AM菌根对根际土壤微生物种群数量没有产生影响，但使根面、根系上的细菌、放线菌、固氮菌的数量显著增加。AM菌根增加了根际土壤磷酸酶、脲酶、蛋白酶的活性，各种酶活性增加量与苗木菌根侵染率呈显著相关。AM菌根使根际pH值降低，与菌根侵染率呈显著负相关。接种苗木的根际土壤中，可直接被植物吸收利用的N、P元素出现富集现象，与菌根侵染率呈极显著相关。     

农田生态系统中抗生素抗性基因迁移扩散的研究进展

农田生态系统是抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)向人体传播的重要环境,其中农产品的食用是抗性基因暴露的主要途径之一。施肥等农业活动改变了农田中抗性基因及其宿主菌的组成,而复杂的微生物活动使抗性基因及其宿主菌进一步转移到农作物体内。近年来,PCR、宏基因组测序和外源基因标记等方法的进步不断拓宽了ARGs的研究思路。水平基因转移可促进ARGs快速向更广泛的宿主菌进行迁移,尤其是存在迁移到人类致病菌中的风险。为了深入探明ARGs在农田生态系统中的迁移途径和优势宿主菌,文中结合国内外研究进展,阐述了农田生态系统中ARGs的来源、分布传播,介绍了农田生态系统抗性菌和抗性基因的主要研究手段,总结了抗性菌和抗性基因在农田生态系统中的传播途径和扩散机制。基于当下研究的不足展望了继续深入探索的方向,为今后进一步探索ARGs在农田生态系统中的迁移机制提出了设想,以期降低潜在的食品安全和人体健康风险。     

Ecological implications of anti-pathogen effects of tropical fungal endophytes and mycorrhizae

We discuss studies of foliar endophytic fungi (FEF) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) associated with Theobroma cacao in Panama. Direct, experimentally controlled comparisons of endophyte free (E-) and endophyte containing (E+) plant tissues in T. cacao show that foliar endophytes (FEF) that commonly occur in healthy host leaves enhance host defenses against foliar damage due to the pathogen (Phytophthora palmivora). Similarly, root inoculations with commonly occurring AMF also reduce foliar damage due to the same pathogen. These results suggest that endophytic fungi can play a potentially important mutualistic role by augmenting host defensive responses against pathogens. There are two broad classes of potential mechanisms by which endophytes could contribute to host protection: (1) inducing or increasing the expression of intrinsic host defense mechanisms and (2) providing additional sources of defense, extrinsic to those of the host (e.g., endophyte-based chemical antibiosis). The degree to which either of these mechanisms predominates holds distinct consequences for the evolutionary ecology of host-endophyte-pathogen relationships. More generally, the growing recognition that plants are composed of a mosaic of plant and fungal tissues holds a series of implications for the study of plant defense, physiology, and genetics.     

菌根类型对森林树木净初级生产力的影响

菌根是土壤真菌与植物根系形成的共生体,存在于绝大多数植物（90%）的根系和生境中。菌根共有7种类型,在生态系统的过程和功能方面都扮演着十分重要的角色。为了增强对菌根在森林生态系统中重要功能的理解,文章基于全球森林数据库,在全球尺度上研究了不同菌根类型对森林树木净初级生产力（NPP）的影响。结果表明,森林树木NPP随菌根类型的不同而不同,AM类型菌根森林的NPP[679.49 g.m-2.a-1（以C计）]要显著高于含ECM类型菌根的森林[479.00 g.m-2.a-1（以C计）];菌根类型的不同对森林树木地上和地下及其各组分NPP的影响和贡献也存在着显著的不同,AM类型菌根对地下NPP的贡献要高于ECM菌根,而ECM菌根对地上NPP的贡献则较大。菌根类型对地上、地下NPP组分的影响分析则表明,AM类型的菌根对树叶和细根NPP的贡献较大,而ECM类型菌根则对树木主干和枝NPP的贡献较大。可见,森林树木总体NPP及其各组分NPP都随着菌根类型的不同而存在显著的差异。     

桑树（Morusalba）与丛枝菌根的共生对重金属元素吸收的影响

桑树（Morus alba）可与丛枝菌根（AM）真菌形成互利共生体,丛枝菌根真菌能对桑树的重金属元素吸收产生积极的响应。然而,这种响应随环境条件的变化而有所不同。贵州荔波和黄平两地种植养蚕桑树,提高桑叶质量对养蚕业具有重要意义。荔波和黄平两地均处于喀斯特地区,土壤pH因石灰岩和砂岩交叉分布而有所差异。本文将揭示土壤因素是如何影响桑树与丛枝菌根真菌互利共生体的形成从而影响桑树对重金属元素的吸收。实验结果表明,荔波桑地平均土壤 pH （4.92±1.03）明显低于黄平（5.96±1.08）。土壤酸性直接影响 AM 真菌的分布,荔波的偏酸性土壤环境有利于真菌生长,且有利于桑树与丛枝菌根真菌共生关系的形成。此外,偏酸性土壤条件有利于增加重金属元素的生物可利用性,从而加强植物体对重金属元素的吸收,包括有毒元素 Cd。与黄平相比,生长在荔波的桑树叶片具有较高含量的重金属元素。荔波桑树叶片中的糖类含量明显低于黄平的,分别为（67±27）mg·g-1、（105±57）mg·g-1;而荔波桑树根系中的糖类含量明显高于黄平,分别为（125±43）mg·g-1、（91±43）mg·g-1。该结果说明,与黄平（具有较高的土壤pH）相比,荔波（具有较低的土壤pH）桑树叶片中的光合作用产物将更多地被输入到桑树的根系中。真菌是专性共生物,如果没有植物所供给的光合产物,真菌就不能生存。根系分泌物的另一个重要作用是溶解重金属,使它们具有较强的移动能力,以便被宿主植物所吸收。这就解释了为什么在较低土壤pH环境条件下生长的桑树的叶片含有较高含量的重金属元素。因此,菌根植物根系的分泌作用是一个非常重要的过程。尽管桑树具有耐干旱贫瘠的能力,且能够适应于喀斯特环境,但桑树喜好的是环境仍是偏酸性且养分充足的土壤。     

Mycorrhizal benefit differs among the sexes in a gynodioecious species

Both plant sex and arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis influence resource acquisition and allocation in plants, but the interaction between these two components is not well established. As the different plant sexes differ in their resource needs and allocation patterns, it is logical to presume that they might differ in their relationship with AM as well. We investigate whether the association with AM symbiosis is different according to the host plant sex in the gynodioecious Geranium sylvaticum, of which, besides female and hermaphrodite plants, intermediate plants are also recognized. Specifically, we examine the effects of two different AM fungi in plant mass allocation and phosphorus acquisition using a factorial greenhouse/common garden experiment. Cloned G. sylvaticum material was grown in symbiosis with AM fungi or in non-mycorrhizal condition. We evaluated both the symbiotic plant benefit in terms of plant mass and plant P content and the fungal benefit in terms of AM colonization intensity in the plant roots and spore production. Our results suggest that G. sylvaticum plants benefit from the symbiosis with both AM fungal species tested but that the benefits gained from the symbiosis depend on the sex of the plant and on the trait investigated. Hermaphrodites suffered most from the lack of AM symbiosis as the proportion of flowering plants was dramatically reduced by the absence of AM fungi. However, females and intermediates benefited from the symbiosis relatively more than hermaphrodites in terms of higher P acquisition. The two AM fungal species differed in the amount of resources accumulated, and the fungal benefit was also dependent on the sex of the host plant. This study provides the first evidence of sex-specific benefits from mycorrhizal symbiosis in a gynodioecious plant species.     

桦木内生真菌的分离与代谢产物的抑菌活性

通过琼脂块法和滤纸片法,对白桦Betula platyphylla、棘皮桦B.dahurica、硕桦B.costata和柴桦B.fruticosa）的内生真菌产生抑菌物质的特性进行研究,结果表明分离自白桦3年生枝条的内生真菌拟茎点霉Phomopsis sp.BP103381表现出较强的抑菌物质形成能力。采用正交设计优化了BP103381的培养条件,在含有40 g/L蔗糖、3 g/L NaNO3、1 g/LMgSO4的改良查氏液体培养基中,在pH值6.5、28℃条件下发酵培养9 d,有利于抑菌活性物质的形成。BP103381产生的抑菌活性物质具有较好的温度稳定性,但是酸碱变化对抑菌物质的活性影响较大,BP103381产生的抑菌物质在pH为5.0~7.0时活性较强。     

Impact of deltamethrin on the endophytic fungal community of a Chinese cabbage,Brassica chinensis

Endophytic fungi, being closely associated with their host plants, are an important part of the ecosystem and food web. In modern agriculture, pesticides are widely used. The impact of pesticides on the endophytic fungal community of crops remains poorly understood. In this paper, Chinese cabbage Brassica chinensis, a popular leafy vegetable consumed worldwide, was selected for evaluating the potential effects of a pesticide, deltamethrin, on the endophytic fungal community. By culture method, 195 endophytic fungal strains classified into 39 taxa and 186 strains classified into 30 taxa, respectively, were isolated from the pesticide-treated and untreated B. chinensis samples. Sirodesmium spp. were the predominant endophytic fungi from both samples. The colonisation rates of endophytic fungi of the treated and the untreated samples were not significantly different, as determined by one-way analysis of variance (p?>?.05). The Shannon diversity indexes (H′) were close, being 2.216 and 2.152, respectively. However, the endophyte compositions of the treated and the untreated samples were significantly different (p?B. chinensis.     

全尺度人工湿地中植物多样性对生产力与多样性效应的影响

在中国东南部的全尺度复合垂直流人工湿地中开展2年的植物多样性实验,以研究植物多样性（包括植物物种丰富度和植物组成）对群落生产力与多样性效应（即互补效应、选择效应和净多样性效应）的影响及其产生机制。结果表明,2007年物种丰富度与群落生产力呈线形正相关,而2008年显著的单峰格局,其关系式为：y=-0.213x2＋3.455x＋15.192（R=0.215）。2008年物种丰富度与互补效应呈显著地线形负相关,而2007年呈单峰格局,其关系式为：y=-0.389x2＋6.974x-10.707（R=0.247）,而且2007年与2008年的互补效应与生产力都呈显著的正相关,表明互补效应对生产力的提高有重要作用。然而,2007年与2008年物种丰富度与选择效应之间均没有显著相关性,且选择效应与群落生产力之间也没有显著相关性,表明选择效应对生产力的提高作用不显著。2007年与2008年中物种组成对生产力、互补效应、选择效应与净多样性效应均有显著影响,说明人工湿地的植物配置对其生态系统功能的维持尤为重要。2008年物种丰富度与净多样性效应呈极显著地线形负相关,而2007年呈显著单峰格局,其关系式为：y=-0.329 x2＋5.968 x-12.659（R=0.234）,这种趋势主要是由于植物多样性-生态系统功能关系的影响因素（如物种的竞争力和生态位）在2年中有所变化。同时,2007年与2008年的多样性净效应与生产力都呈显著正相关关系,表明生产力与多样性净效应的变化趋势是同步的。与抽样效应假说不同的是,本实验中单种最高产物种（芦竹）在混种时没有表现出高产,主要是由于生长的分配、资源的竞争力与环境的变化等。     

分泌吲哚乙酸的蒌蒿内生耐镉细菌的筛选与鉴定

从蒌蒿（Artemisia selengensis）体中分离分泌吲哚乙酸（IAA）的内生耐镉（Cd）细菌将有助于构建有效的植物-微生物联合修复体系。本研究以分泌IAA和Cd耐性为筛选指标,采用研磨法从蒌蒿的根、茎、叶中分离能产生IAA的内生耐Cd细菌,并对其铅（Pb）、铜（Cu）、锑（Sb）的耐受性及对蒌蒿生长特性的影响进行研究,根据形态特性、生理生化测定和16S rDNA序列分析对目标菌株进行分类鉴定。结果表明,从蒌蒿体内分离获得2株分泌IAA能力较强的内生耐Cd细菌J2和Y5,J2和Y5菌对Cd的耐受质量浓度均为90 mg·L-1,IAA的分泌量分别为23.108、15.192 mg·L-1;J2菌能明显增加蒌蒿的株高、最长根长、平均根长、鲜质量和干质量,Y5菌可显著提高蒌蒿的株高、鲜质量和干质量;J2和 Y5菌对 Pb 的耐受质量浓度均为1200 mg·L-1,对Cu的耐受质量浓度分别为120和160 mg·L-1,对Sb的耐受质量浓度分别为50和150 mg·L-1;J2菌在LB平板上菌落为黄色、近圆形、粘稠,Y5菌在LB平板上菌落为白色、近圆形、湿润;J2和Y5菌的16S rDNA序列经扩增,分别获得1条大小约为1500 bp的条带,经比对分别与GenBank中Pantoea agglomerans STY29（HQ220151）、Pseudomonas fluorescens V7c10（KC195905）的相似性最高,结合形态特征与生理生化特性可分别鉴定为成团泛菌（Pantoea agglomerans）和荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）。研究表明,从蒌蒿体中分离获得分泌IAA能力较强的内生耐Cd成团泛菌和荧光假单胞菌,为进一步研究其在蒌蒿修复Cd污染土壤中的作用奠定了基础。     

半干旱区人工封育草场植物群落物种多样性与复杂性研究──以宁夏盐池为例

围栏封育促进植被恢复效果研究方法很多,其中通过研究植被的群落特征及物种多样性来阐述恢复状况仍是比较常用和有效的手段,但多样性测度对生物群落的自组织及有序性方面的特征描述欠缺,鉴于此,多样性与复杂性测度结合起来研究群落结构与功能显得更有意义。研究人工封育对植被恢复过程中群落的多样性与复杂性的影响,必然有助于揭示生态恢复过程机理。目前,利用多样性与复杂性测度相结合来对群落结构进行量化研究不多,用于对草原生态系统植物群落结构研究更少。本文通过样地调查,利用多样性和复杂性指数相结合定量研究半干旱区人工封育草场植物群落物种多样性、复杂性随封育年限的变化规律,并对比分析复杂性与物种多样性之间的相关性。结果表明,（1）老封育区、新封育区丰富度指数整体高于对照区,说明封育有利于物种丰富度的增加。但随封育时间的延长,封育区的优势种占据主要的资源空间,丰富度指数降低。长时间封育,草场植被丰富度将发生规律性波动变化,低峰值和高峰值出现频率均约为4~5年/次。老封育区、新封育区的SW、SP多样性指数值大部分也高于对照区,说明封育措施增加草场植被的多样性。物种多样性指数受降水影响显著,当降水量增加或减少时,多样性指数也相应出现增加或减少,但降水影响效应具有一定的滞后性。老封育区、新封育区均匀度变化比较平稳,且指数值高于对照区,说明封育有利于均匀度的增加。（2）老封育区、新封育区总复杂性指数、无序结构复杂性指数值大部分比对照区指数值高,且指数波动相对平稳,说明封育区群落结构比对照区稳定,更适合荒漠草原植被的生长,封育增加了群落总复杂性、无序结构复杂性。封育也提高群落有序结构复杂性,但?     

15N in symbiotic fungi and plants estimates nitrogen and carbon flux rates in Arctic tundra

When soil nitrogen is in short supply, most terrestrial plants form symbioses with fungi (mycorrhizae): hyphae take up soil nitrogen, transport it into plant roots, and receive plant sugars in return. In ecosystems, the transfers within the pathway fractionate nitrogen isotopes so that the natural abundance of 15N in fungi differs from that in their host plants by as much as 12% per hundred. Here we present a new method to quantify carbon and nitrogen fluxes in the symbiosis based on the fractionation against 15N during transfer of nitrogen from fungi to plant roots. We tested this method, which is based on the mass balance of 15N, with data from arctic Alaska where the nitrogen cycle is well studied. Mycorrhizal fungi provided 61-86% of the nitrogen in plants; plants provided 8-17% of their photosynthetic carbon to the fungi for growth and respiration. This method of analysis avoids the disturbance of the soil-microbe-root relationship caused by collecting samples, mixing the soil, or changing substrate concentrations. This analytical technique also can be applied to other nitrogen-limited ecosystems, such as many temperate and boreal forests, to quantify the importance for terrestrial carbon and nitrogen cycling of nutrient transfers mediated by mycorrhizae at the plant-soil interface.