菌根真菌对大气CO2浓度升高的响应研究进展

大气CO2浓度升高对植物的光合作用、呼吸作用等产生直接影响，进而影响到运送到根系中碳的量，菌根真菌也随之受到影响．本文对全球CO2浓度升高对菌根真菌的影响、菌根真菌在植物对大气CO2增加响应中的作用、菌根真菌在大气CO2浓度增加条件下对整个生态系统的作用等进行了综述，同时对当前存在的问题和未来的发展做了探讨．图1参37     

菌根真菌对土壤呼吸的影响

土壤是陆地生态系统的重要组成部分,是地球最大的碳库之一。土壤呼吸是陆地生态系统向大气释放CO2的主要途径之一,其微小的变化将导致大气CO2浓度的较大波动。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,其中,在自然界中以丛枝菌根和外生菌根为主。众多研究表明,菌根对土壤呼吸有着至关重要的影响,是预测土壤CO2释放速率必须考虑,但却是难以估算的因素。文章总结了有关菌根(包括丛枝菌根和外生菌根)对土壤呼吸影响的研究进展,对目前所得到的研究结果进行了分析,表明菌根真菌侵染植物根系形成菌根后,能提高土壤呼吸的速率,其可能的途径有3条:(1)增强了根系的呼吸,(2)菌根真菌自身呼吸的组分,(3)根外菌丝促进了非根际区土体的呼吸。但是,菌根侵染对根系呼吸敏感性(Q10)影响的研究,大多数则表现为不显著。同时,菌根对土壤呼吸的影响受到各种因素的制约。通过对不同温度下菌根真菌呼吸速率的分析,表明菌根真菌对温度的升高具有适应性。从目前已发表的报道来看,目前关于菌根对土壤呼吸影响的研究还非常少,但可喜的是,近年来,越来越多的研究已经意识到了菌根在土壤呼吸中的重要作用。准确评估菌根在土壤呼吸中的贡献,将有助于预测未来在气候变化下,土壤CO2的排放量。     

菌根真菌对土壤呼吸的影响

土壤是陆地生态系统的重要组成部分,是地球最大的碳库之一。土壤呼吸是陆地生态系统向大气释放CO2的主要途径之一,其微小的变化将导致大气CO2浓度的较大波动。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,其中,在自然界中以丛枝菌根和外生菌根为主。众多研究表明,菌根对土壤呼吸有着至关重要的影响,是预测土壤CO2释放速率必须考虑,但却是难以估算的因素。文章总结了有关菌根（包括丛枝菌根和外生菌根）对土壤呼吸影响的研究进展,对目前所得到的研究结果进行了分析,表明菌根真菌侵染植物根系形成菌根后,能提高土壤呼吸的速率,其可能的途径有3条：（1）增强了根系的呼吸,（2）菌根真菌自身呼吸的组分,（3）根外菌丝促进了非根际区土体的呼吸。但是,菌根侵染对根系呼吸敏感性（Q10）影响的研究,大多数则表现为不显著。同时,菌根对土壤呼吸的影响受到各种因素的制约。通过对不同温度下菌根真菌呼吸速率的分析,表明菌根真菌对温度的升高具有适应性。从目前已发表的报道来看,目前关于菌根对土壤呼吸影响的研究还非常少,但可喜的是,近年来,越来越多的研究已经意识到了菌根在土壤呼吸中的重要作用。准确评估菌根在土壤呼吸中的贡献,将有助于预测未来在气候变化下,土壤cO2的排放量。     

大气CO2与植物氮素营养的关系

大气CO2浓度升高对植物吸收氮素,以及对植物和土壤中的氮浓度、C/N比和氮循环都存在着影响。大气CO2浓度与植物氮素营养之间存在着交互作用。大气CO2浓度升高对植物氮素营养影响的结果与氮浓度、氮形态等因素有关。     

植物地上部分对大气CO2浓度升高的响应

大气CO2浓度升高对植物的影响，主要是促进了植物生长早期的光合作用，同时也增加了对其他资源的需求；植物的光合作用也存在对高CO2浓度的适应，不会一直维持较高的光合水平，而且植物的呼吸作用也可能会增加；大气CO2浓度升高和其他环境条件，如水分，温度和光照等对植物生长和产量存在相互作用，可以部分弥补条件的不足，也影响作物和杂草的竞争关系；自然植物群落由于有很高的多样性和复杂性，对其研究应该在生物群落水平上进行，用外推法回到植物水平，而不是相反，而且自然物种间的竞争是激烈的，CO2浓度升高或其他因素带来的任何改善，都会明显地改变竞争平衡。     

大气CO_2浓度升高和氮肥施用对三江平原湿地小叶章生物量及根冠比的影响

利用开顶箱薰气室(open-top chamber)试验装置,研究了不施氮(NN)、施常氮(MN,5 g·m-2)和施高氮(HN,15 g·m-2)3个氮素水平下大气CO2浓度升高对小叶章(Calamagrostis angustifolia)生物量和根冠比的影响.结果表明,大气CO2浓度升高对小叶章生物量的影响因生长期而异.大气CO2浓度升高对小叶章地上生物量的促进作用主要表现在生长前期,拔节期和抽穗期地上生物量较正常大气CO2浓度增加12.42%～22.60%,而腊熟期和成熟期仅增加3.11%～12.97%;大气CO2浓度升高对小叶章地下生物量的促进作用在生长后期表现明显,除拔节期外,小叶章地下生物量增加17.63%～42.20%.小叶章生物量和根冠比对大气CO2浓度的响应与供N水平有关.在HN水平下,大气CO2浓度升高使小叶章生物量和根冠比明显增加,在NN条件下促进作用则不显著.小叶章根冠比明显增加主要是地下生物量显著增长引起的.     

大气CO2浓度升高对植物光合作用的影响

大气CO2浓度不断升高以及由此带来的温室效应已成为全球变化研究的热点问题之一。CO2作为植物光合作用的底物,其浓度升高必然对植物的光合作用产生影响。大气CO2浓度升高对植物光合作用的影响主要体现在:对不同植物的光合色素含量均有影响,但结果有所差异;短期处理光合速率提高,而长期处理则可能出现光合适应,其适应机理目前尚存在分歧;不同光合类型植物的叶片形态结构有不同的响应结果,叶绿体超微结构也明显变化;生物量和产量提高。此外,CO2浓度升高与其它环境因子相互作用对植物的光合作用也具有重要影响。大气CO2浓度升高条件下对木本植物的研究、在分子水平上的深入研究以及在不同环境下的研究将成为未来研究的主要方向。     

土壤微生物对大气CO2浓度升高的响应

土壤微生物是生态系统的重要组成部分，了解它对大气CO2浓度升高的响应，是全面评价大气CO2浓度对陆地生态系统影响的关键。文章主要从土壤微生物呼吸和生物量两个方面总结了大气CO2浓度升高时土壤微生物的反应，结果发现，(1)在目前实验室进行的大多数研究中，随着CO2浓度升高，土壤微生物的呼吸速率加快了。这意味着随着CO2的增多，植物生长加快，进而又使得进入土壤的C质量分数增大；这些额外增加的底物被土壤微生物的代谢活动所利用。(2)土壤微生物生物量则存在着很大的变异性(变异系数为193％)，这可能与植物种类以及生活型的差异有关，也可能是进入土壤的底物的性质改变的结果。但是目前仍有许多问题未能解决，需要加强以下几个方面的研究：对土壤微生物活动有限制作用的植物有机底物在CO2浓度升高时输入量的变化状况，定量分析这一动态变化过程；在生态系统各个水平上土壤微生物的反应；在其他全球变化因子综合作用下，CO2浓度升高对土壤微生物的影响。     

陆地碳平衡对大气CO_2升高的响应及其机制

研究陆地碳平衡对大气CO2浓度升高的响应,能为揭示碳失汇之迷提供有力证据,为制定缓解全球变化的合理政策措施提供理论依据.综述了陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应及其町能的机制,由于陆地生态系统的复杂性,以及不同的研究在具体的对象、时间、地点、方法和角度的差异,目前有关陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应还存在很大的分歧.陆地碳库主要可分为植被碳库和土壤碳库,大气CO2浓度升高主要是通过影响光合作用、土壤养分、水分供应、光照条件、群落组成、光合产物分配等方式影响植被碳库;而土壤碳库的响应机理主要包括光合产物向土壤的输入量、脱落物质量、养分循环、光合产物分配、根系周转期、微生物活性等的响应.关于陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应今后应该主要集中在:(1)不同生态系统影响全球植被碳库变化的主导因子;(2)大气CO2浓度升高与其他环境因子的互作效应;(3)大气CO2浓度升高对植物光合作用的促进效应与光合作用适应性间的关系;(4)地上碳库与地下碳库间的相关性,及其对大气CO2浓度升高的分别响应;(5)克服目前实验方法存在的局限性.     

稻季土壤溶液中微量元素浓度对大气CO2浓度升高的响应

利用中国稻/麦轮作FACE（Free Air Carbon-dioxide Enrichment）试验平台,研究大气CO2浓度升高（比周围大气高200μmol·mol-1）对2007年稻季各生育期不同深度土壤溶液微量元素质量浓度影响。结果表明,大气CO2浓度升高对不同深度土壤溶液微量元素质量浓度的影响在不同生育期有所差异;尽管大多未达显著水平,大气CO2浓度升高表现出增加不同层次土壤溶液微量元素质量浓度的趋势,对土壤溶液Fe质量浓度增加程度尤为明显;从整个生育期看,FACE对土壤溶液Fe质量浓度增加幅度在5、15、30、60和90cm处分别为47.6%,36.3%,7.6%,37.0%和201.8%。大气CO2浓度升高对稻田土壤溶液微量元素质量浓度的长期影响需要进一步深入研究。     

土壤氨氧化细菌对大气CO2浓度增高的响应

利用FACE(free-air carbon dioxide enrichment,开放式空气CO2浓度增高)试验平台,研究大气CO2浓度增高对土壤氨氧化细菌的数量、优势菌群及其硝化活性的影响.结果表明,大气CO2浓度增高时,土壤氨氧化细菌的数量在常氮水平上趋于减少,而在高氮水平上与对照没有差异.大气CO2浓度增高对土壤氨氧化细菌的优势菌群也产生明显影响.CO2浓度增高条件下,亚硝化球菌(Nitrosococcus sp.)和亚硝化弧菌(Nitrosovibrio sp.)是优势菌属;而在对照条件下,亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.)和亚硝化球菌(Nitrosococcus sp.)是优势菌属.另外,CO2浓度增高条件下优势菌株的硝化活性也有不同程度的减弱.     

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。     

Studies on the influence of mycorrhiza on the growth and physiology of Vigna unguiculata and Abelmoschus esculentus

Diverse forms of microorganisms present in the soil and near the roots of plants, which play a vital role in numerous physiological processes, have attracted the attention of scientists. The dynamic microbial associations may be saprophytic, pathogenic, or symbiotic. The most widespread symbiosis of plants is the mycorrhizal association between root-inhabiting fungi and the feeder roots of plants. The present study was conducted to study the effects of arbuscular mycorrhizal fungi on mineral nutrition of Vigna unguiculata and Abelmoschus esculentus. The experiment comprised of uninoculated seedlings and seedlings inoculated with Glomus mosseae. The chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoid, protein, nitrate, nitrogen, and phosphorus content showed an increase in vesicular arbuscular mycorrhiza fungus-treated seedlings compared to non-mycorrhizal plants. The total soluble sugars and soluble starch content in leaves of all selected plant species in the present study showed a decrease in mycorrhizal seedlings compared to non-mycorrhizal seedlings.     

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。     

Effects of vesicular-arbuscular mycorrhizal (VAM) fungi on the seedling growth of three Pistacia species

The experiment was undertaken to test the efficiency of inoculation of vesicular-arbuscular mycorrhizal (VAM) fungi on the seedling growth of three Pistacia species used as rootstocks. The stratified Pistacia seeds were inoculated with VAM fungi. The highest rate of inoculated roots was 96.7% in P. khinjuck seedlings with G. clarum and G. etunicatum, 83.3% in P. vera seedlings with G. caledonium and 73.3% in P. terebinthus seedlings with G. caledonium. Mycorrhizal inoculations improved seedling height only in P. terebinthus. Certain mycorrhizal inoculations increased the leaf N, but not P and K contents. Seedlings inoculated with G. caledonium had higher reducing sugar contents. It was concluded that pre-inoculated Pistacia seedlings could have a better growth in the harsh field conditions.     

丛枝菌根真菌对柑橘组培苗生长和抗氧化酶的影响

在温室条件下以枳〔Poncirus trifoliata(L.)Raf.〕组培苗为试材,研究了接种Glomus versiforme和G.mosseae对其生长、碳水化合物和抗氧化酶的影响.结果表明,接种G.versiforme的组培苗和接种G.mosseae的组培苗分别在第二级侧根和第一级侧根中观察到最高的菌根侵染率、泡囊数、丛枝数和侵入点.两种丛枝菌根真菌都显著提高了茎粗、叶面积、叶片数、根系体积、地上部干重、地下部干重、叶绿素和类胡萝卜素含量.两种丛枝菌根真菌显著促进了叶片和根系可溶性糖以及总的非结构碳水化合物含量.丛枝菌根真菌也提高了叶片和根系中SOD、POD和CAT活性,但显著抑制了叶片和根系中可溶性蛋白含量.G.versiforme对柑橘组培苗生长和碳水化合物的促进效果较好;G.mosseae对组培苗抗氧化酶的促进效果较好.表4参26     

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。