丛枝菌根对盐胁迫的响应及其与宿主植物的互作

丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizae Fungi,AMF)作为陆地生态系统的组成部分之一,在促进宿主植物对土壤养分和水分的吸收、提高植物生物量生产、调节种群和群落的结构、维持生态系统的稳定性等方面发挥了重要作用。其中,盐渍化是自然生态系统中广泛存在的一种胁迫生境条件,全球盐渍化土地约占耕地总面积的10%,因而探讨AM菌根在此胁迫生境下对宿主植物生长的影响具有重要意义。从以下几个方面,围绕盐胁迫条件、AM菌根和宿主植物三者之间的关系对当前国际上相关领域的研究进展进行了综述:1)AM真菌对盐胁迫的响应,包括菌根共生体形成、菌根侵染率、AM真菌的分布、菌丝体生长发育、孢子的形成和分布等;2)盐胁迫条件下AM菌根对宿主植物的效应,包括AM菌根促进宿主植物对P、N等元素的吸收、降低植物体内Na 的含量、提高光合作用能力,进而提高植物的生物量和对植物的群落结构产生影响等;3)AM菌根提高宿主植物耐盐性的机理,分别从植物根系形态的改变、水分吸收能力的加强、细胞内营养物质的平衡,以及细胞生理代谢的调节等方面对AM菌根促进植物抗盐性的机理进行了剖析。     

丛枝菌根提高滨海盐碱地植物耐盐性的作用机制及其生态效应

滨海盐碱土成陆和复垦年代短,具有土壤含盐高、养分低和矿化度高等特点,增加了植物的定植难度,不利于盐碱地复垦和生态修复。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)广泛存在于土壤生态系统中,自然界中90%以上的植物根系都能够与丛枝菌根形成菌根共生体,AMF能提高宿主植物的抗逆性(抗旱、抗盐、抗重金属和耐酸性等)和适应进化,AMF分泌的球囊霉素相关蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)及其菌丝体促进土壤改良和培肥、保持土壤健康和可持续生产力等方面发挥着重要作用。文章综述了高盐碱胁迫对AMF-宿主植物共生关系的影响,明确AMF的孢子萌发与生长、菌丝体对高盐碱胁迫的响应;重点揭示AMF提高宿主植物对矿质养分和土壤水分的吸收、改善根际盐碱土矿质元素有效性、调控宿主植物生理生化特性、调节宿主植物抗氧化酶的活性和激素参与下的分子调控等方面作用机制,详细诠释AMF提高宿主植物的抗盐性机理;结合滨海盐碱地面临的重要生态问题,解析AMF在盐碱地治理中促进植物生长、提高土壤微生物活性、改善土壤肥力和结构等方面的应用进展和潜力,并结合AMF在盐碱地治理研究中存在的问题以及研究方向进行展望。AMF提高了滨海植物的耐盐性,促进了植物的生长和改善了土壤的微生态环境,AMF不能纯培养的特性限制了其在滨海盐碱地中大面积推广。基于此,今后在AMF菌种筛选、宿主植物的选择和菌种规模生产方面还需持续探索,从而为滨海盐碱地微生物复垦和生态修复提供技术支持。     

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.     

赤霉素介导下植物对重金属的耐性机理

重金属对大多数植物具有毒性,可严重影响植物的正常生理代谢,但植物也进化出缓解重金属胁迫的相关机制,如增强抗氧化系统响应、加快光合效率、调整代谢速率、将重金属区隔化等。赤霉素(GA)是一类经典的植物激素,可调控植物生长发育,增强植物对重金属的耐性,并促进其对重金属的吸收。该研究根据近年来国内外相关文献报道,从重金属胁迫下赤霉素与植物生物量、抗氧化、光合系统修复、重金属区隔化和信号传递的关系等方面,综述了赤霉素介导下植物对重金属的耐性机理,并从重金属胁迫下赤霉素的合成及分解机制、赤霉素提高植物耐受重金属的深入机制、赤霉素在重金属胁迫下植物激素调控网络中的功能以及赤霉素对植物修复效率的影响等方面,对该领域的发展趋势作了展望。     

Pb在豌豆幼苗细胞中的超微结构分布与毒性研究

伴随日趋严重的重金属环境污染问题,植物修复的可能机制及重金属胁迫下植物的损伤与抗性机理成为研究热点.采用透射电子显微镜和X-射线微区分析技术,研究了中度(50mg/L)和严重(200mg/L)Pb2 胁迫下豌豆幼苗根叶细胞的超微结构损伤和铅在植物器官和细胞器水平的区域化分布情况.结果显示,重金属对植物的毒害表现为对细胞的膜结构和各种细胞器的整体性伤害,且各细胞器的受损程度不同;豌豆对铅的相对耐性机理可能包括重金属胁迫下不同细胞器的差异反应、根系富集、细胞壁结合和液泡的区隔化作用等.图6参24     

海拔梯度上的植物生长与生理生态特性

环境是植物生存和发展的条件,在各种不同的生境中聚生着特定的植物种类.全球气候变化迅速而显著地改变着高海拔地区的生态环境,这必将导致山地植物生理生态适应性、分布界限等发生变化,这些变化反过来又会对气候变化造成深远影响.因此,研究山地植物的生理生态特性,揭示其对全球气候变化的响应和适应性,具有重要的现实与科学意义.海拔梯度由于包含了温度、湿度、光照等诸多环境因子的剧烈变化而成为了研究植物对全球气候变化响应的理想区域.随着海拔升高,气温下降、大气压及CO2分压降低、光强增加等,植物的生态和生理特征将产生巨大的变化,可能影响到植物种类在海拔梯度上的分布、植物群落的结构组成.一些亟待回答的问题包括:全球气候变化将如何影响高山植物的生长环境?环境变化如何影响植物生理生态适应性?植物群落的分布、结构和组成将发生哪些变化?这些变化又将怎么样影响气候进一步变化?众多的研究报导了树木的生理生态特征、生长速率和生产力等对海拔的响应.本文在总结前人研究的基础上,系统地综述了海拔梯度上温度、水分、光照、土壤等环境因子的差异对高山植物的生长及生理生态特性的影响,以及植被分布的变化,旨在阐明植物对全球气候变化的行为与生理生态响应,以期为该领域的深入研究提供参考.     

酸雨胁迫下接种土壤微生物对栾树幼苗生长的影响

为探讨菌根真菌对宿主植物在酸雨逆境中的调节作用,以华北地区森林群落常见树种栾树(Koelreuteria paniculata)幼苗为研究对象,采用双因素完全随机试验设计开展盆栽试验,设置了3个酸雨梯度(pH分别为3.5、4.5、5.6)及2种土壤微生物接种方式(接种、不接种),对各处理下幼苗生长情况、叶片氮磷含量、根内泡囊-丛枝菌根真菌(Vescile-Arbuscular Mycorrhizal fungi)定殖情况进行测定及分析。结果表明:(1)栾树幼苗根系泡囊-丛枝菌根真菌表现出趋酸性的特征,其侵染率在pH 3.5中定殖率最高(76.3%),在pH 5.6中定殖率最低(34.4%);(2)在pH 3.5和pH 4.5酸雨处理中,接种土壤微生物显著促进了栾树幼苗的生长(P0.05),但在p H 5.6处理则无显著促进作用(P0.05),接种土壤微生物显著降低了3种酸雨胁迫下栾树幼苗叶片氮及氮磷比值,栾树幼苗在强酸胁迫下有更高的菌根依赖性(pH3.5:MD=54.2%,p H4.5:MD=38.7%,pH5.6:MD=0);(3)相关性分析表明,在pH3.5和pH4.5处理中,菌根真菌侵染率与苗木生物量、株高、基径、叶片氮及叶片氮磷比等显著相关(P0.05),而在pH 5.6处理中则均无显著相关关系。栾树幼苗泡囊-丛枝菌根真菌在强酸胁迫下表现出提高定殖率的适应策略;强酸胁迫下(pH 3.5、pH 4.5),泡囊-丛枝菌根真菌对栾树幼苗生长的调节作用较弱酸胁迫(pH5.6)明显;接种土壤微生物通过提高泡囊-丛枝菌根真菌的侵染率促进强酸雨下栾树幼苗基径、株高、地上及地下生物量。研究结果在一定程度上反映了接种土壤微生物对酸胁迫下栾树幼苗的促生长作用模式及调节作用。     

盐胁迫下接种丛枝苗根真菌对甜菊生长和氮磷吸收的影响

盐胁迫是普遍而严重的世界性环境问题,丛枝菌根(Abuscular mycorrhizal,AM)真菌被认为是提高植物抗盐性的有效的生物方法.甜菊(Stevia rebaudiana)作为一种新兴的保健型糖源植物,分布范围较广.通过设置盐胁迫(0mmol/L和200 mmol/L)和接种AM真菌(未接种和接种摩西球囊霉)4种处理组合,解析AM真菌对甜菊抗盐性的作用机理.结果发现,盐胁迫显著降低了甜菊的各部分鲜重和干重、基质pH值和菌根化结构形成的强度,但显著增加了植株的氮、磷含量.在非盐胁迫下,接种AM真菌显著增加了植株各部分的鲜重和干重;而在高盐处理下,AM真菌的促进效应则不明显,这可能与高盐下AM真菌结构的形成和发育状况的显著降低有关.此外,接种AM真菌显著增加了甜菊植株的磷含量尤其是在高盐胁迫下,且随着盐浓度的升高,甜菊的氮依赖性显著下降而磷依赖性显著升高,促进磷元素的吸收可能是AM真菌提高甜菊耐盐性的内在机理.本研究表明,接种摩西球囊霉可显著增加非盐胁迫下甜菊的生物量,同时有利于高盐胁迫下甜菊植株磷元素的吸收,这可为甜菊的产业化经营和管理提供一定的理论依据.     

逆境对木兰科树种伤害机理研究进展

逆境对木兰科树种伤害机理的研究已受到广泛重视,但关于木兰科树种抗逆性机制的研究和综合评价缺乏系统性.文章论述了近年来逆境对木兰科树种伤害机理的研究进展,特别是对其光合生理的影响,主要包括植物生物量、净光合速率(Pn)、细胞间隙CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、叶绿素含量(Chl)、蒸腾速率(Tr)及叶绿素荧光等参数,并概述了逆境对木兰科树种细胞膜稳定性和渗透调节作用的影响.提出应加强逆境胁迫下木兰科树种抗性机制的研究,并结合实际的栽培环境,运用多个生理生态指标,对木兰科树种的环境适应性进行综合评价,以期科学指导木兰科树种的保护栽培和引种驯化.     

丛枝菌根-植物修复重金属污染土壤研究中的热点

随着菌根研究和植物修复技术的发展,利用丛枝菌根强化重金属污染土壤的植物修复逐渐受到人们的重视。本文系统综述了当前的几个研究热点:(1)菌根植物吸收和转运重金属的分子机制;(2)AM真菌对超富集植物重金属吸收的影响及其机制;(3)AM真菌对转基因植物重金属吸收的影响及其机制;(4)AM真菌与其他土壤生物在植物修复中的复合作用;(5)丛枝菌根与化学螯合剂在植物修复中的复合作用;(6)重金属复合污染土壤的丛枝菌根-植物修复;(7)放射性污染土壤的枝菌根-植物修复;(8)丛枝菌根-植物修复的田间试验研究。在未来的丛枝菌根-植物修复研究中,要筛选优良的宿主植物和与之高效共生的AM真菌,加强相关理论和应用基础研究,并构建高效基因工程菌。     

菌根技术在环境修复领域中的应用及展望

菌根作为植物根系和真菌所建立的共生体,是生物界最为广泛的一种互惠共生现象。这一系统的形成能够有效增强植物的物质生产和抗病能力,全面改善宿主植物的生长状况,因此在新兴生态农业生产领域受到广泛重视。与此同时,菌根系统的形成可有效促进植物对污染或胁迫环境的适应能力,以及对环境污染物的去除能力,并能联合其它根际微生物共同发挥效能,在受损和污染环境生态修复领域具有巨大的潜力。近年来,菌根技术在环境修复领域中的应用正成为环境工作者关注的新兴方向,但目前仍处于起步阶段。文章在前人研究结果的基础上,对菌根技术在重要的环境修复领域,如面源污染综合防治领域、污染场地生物修复领域、受损和胁迫环境恢复重建中的试验研究和应用进展进行了综述,并结合其发展现状探讨了当前菌根技术在环境修复治理工程应用以及大规模工业化生产中的瓶颈问题,提出应在菌根真菌对异质环境的适应性、菌根系统的复杂性解析、以及内生菌根真菌分离纯化等关键理论与技术方面加大力度,尽早实现广适性功能菌种的工业化生产和多元＂生物制剂＂的开发,从而在环境修复领域发挥更大的作用。     

环境重金属污染的细菌修复与检测

日益严重的环境重金属污染引起政府和科技工作者的广泛关注,以细菌为研究对象的生物修复与检测技术已成为环境科学领域中一大研究热点.细菌可通过对重金属的吸附富集、氧化还原、成矿沉淀、淋滤、协同植物吸收等作用修复环境重金属污染.在重金属污染环境中,细菌为响应重金属的胁迫而产生的种群结构、生物量和生理代谢活性的变化信息可用于重金属生物有效性的检测.本文从细菌对重金属的耐性、环境重金属污染的细菌修复和检测等方面综述该领域近10年的研究进展,并就目前存在的问题提出今后亟待开展的研究.参86     

稀土对植物抗逆作用的自由基机制

通过研究及收集的资料，提出在植物生长期中，稀土元素能增加植物的抗逆性，当植物受到酸雨、重金属及盐胁迫时，稀土表现出抗氧化性质，而且稀土对植物的抗逆作用是由于其具有清除含氧自由基的作用。     

丛枝菌根对土壤-植物系统中重金属迁移转化的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一类在自然和农业生态系统中广泛存在并能与多数陆生植物形成共生关系的土壤真菌,在重金属污染土壤中对宿主植物的生长及吸收累积重金属具有重要影响,因而对污染土壤的生物修复具有潜在应用价值。以重金属从根际土壤进入植物并在植物体内再分配过程为主线,介绍丛枝菌根在这一过程中对重金属环境行为,特别是根际土壤中重金属赋存形态及植物吸收重金属的影响。最后,对丛枝菌根影响植物重金属耐性机制研究前沿和菌根修复技术的应用前景进行展望。     

根系分泌作用及其诱导机制

根系分泌作用及其实现植物对胁迫环境的适应,是近年来根际学领域的一个研究热点.文章评述了环境胁迫对植物根分泌物组成、含量的影响以及植物根系分泌的四种诱导假设;并对环境胁迫条件下的信号传递及根系分泌作用的生理及分子生物学基础进行了讨论.在此基础上,认为特定根分泌物的分泌是植物在进化过程中适应环境胁迫的实质.     

植物重金属伤害及其抗性机理

讨论了二个问题：（1）重金属对植物伤害效应及伤害机理。其中包括重金属对植物细胞质膜透性，水分代谢、光合作用、呼吸作用、碳水化合物代谢、氮素代谢、核酸代谢、植物激素等生理生化过程，生境以及矿质营养的伤害效应，在伤害机理中讨论了植物体内原有的离子平衡系统，大分子物质活性和自由基与伤害的关系。（2）植物对重金属抗性及抗性机理。其中包括植物对重金属的抗性概念，例证，分类，抗性机理包括植物限制重金属离子吸收，重金属与体外分泌物结合，重金属的排除，根系富集，与细胞壁结合，在液泡中积累，形成类－金属硫蛋白或植物络合素，加强抗氧化系统等与植物抗性的关系，参85     

珍稀濒危植物沙冬青生物学特性及抗逆性研究进展

沙冬青是我国西北荒漠地区唯一的超旱生常绿灌木树种,生境严酷,抗逆性极强,是一种优良的种质资源,现已被列为珍稀濒危植物、本文综述了沙冬青的生物学特性、生态生理特征、珍稀濒危的原因及扩大快繁的组织培养研究进展,从形态解剖特点、超微组织生理代谢调控角度,从抗旱、抗寒、抗盐碱3个方面分析了沙冬青能在逆境中得以生存的原因及其适应残酷生境的机理,阐述了沙冬青的多种价值及开发应用前景、参43     

干旱胁迫对植物根际环境影响的研究进展

全球气候变化下频发的干旱灾害已成为一个世界范围内的重大气候问题.根际环境是植物适应极端环境的有效方式之一,探讨干旱胁迫下根际环境改变及其与植物抗逆性和生产力的关系,已逐渐成为包括植物营养学、植物生理学、土壤学、微生物学等多学科的研究热点.本文在介绍干旱的严重性及根际环境的重要性的基础上,根据近年来国内外关于干旱对植物根际环境影响的研究成果,重点阐述干旱胁迫对植物根系分泌物的组成和含量、根际土壤碳氮磷养分状况、根际土壤酶活性及根际微生物数量和种群结构的影响,结果表明干旱胁迫不仅会提高植物根系分泌物的数量,改变其组成,而且会改变根际土壤酶活性及土壤微生物群落结构多样性与功能,同时也会改变土壤养分的循环与可利用性,从而影响植物生长,且这些改变会因植物种类、植物所处发育阶段、干旱胁迫强度与时间等的不同而异;但这些研究仅从现象上对其变化趋势进行了探究,目前对其相关机理性的研究仍非常缺乏、不够系统深入.未来应结合一些现代的新技术和方法,从根际化学信号及微生物组学的细微尺度上,加强干旱胁迫及其与其他环境胁迫耦合下植物根际环境变化与机理的系统深入研究,对丰富和推进植物对干旱逆境的适应与响应机理性的认识具有重要意义.(参91)     

菌根真菌增加植物抗盐碱胁迫的机理

菌根是菌根真菌与高等植物根系形成的一种共生体，能够促进植物在瘠薄土壤中的生长。文章通过综合近20年来国内外在菌根植物抗盐碱研究方面的成就，论述了在高盐胁迫下，菌根对其寄主植物耐盐碱能力的影响；指出菌根植物可能主要通过以下4个方面增加对高浓度盐碱环境的抗性：增加植株对P等矿质营养元素的吸收，改善了盐胁迫引起的营养亏缺；改变植物体内离子平衡，降低其生理毒害；增加植株对水分的吸收和利用能力，缓解了生理性干旱；改变了植物根系形态，促进根系水分吸收能力。在分析菌根真菌增加植物抗盐碱胁迫机理的基础上，还对该问题的研究前景提出了设想，为盐碱地改良提供参考依据。     

近5年增强UV-B辐射对植物影响的研究进展

综合分析了近5年增强UV-B辐射对植物影响的最新研究进展.结果发现近5年来增强UV-B辐射对植物影响的研究明显具有以下趋势:1)增强UV-B辐射对植物个体影响的研究总体上趋于减少;2)对植物信号转导的研究日益增多;3)植物对增强UV-B辐射胁迫的防卫机制和伤害修复研究仍是重点,但更偏重于防卫机制方面的研究;4)更加重视对植物群体及生态系统影响的研究;5)增强UV-B辐射与其它因子(环境背景因子和污染胁迫因子)的复合作用研究成为新的热点和重点.根据近5年的研究进展,推断在今后一段时间内,有关增强UV-B辐射对植物和生态系统影响的研究还会加强,信号转导、分子水平机理以及增强UV-B辐射与其它因子的复合作用研究可能是今后的研究热点.