内生真菌对醉马草不同生长期土壤酶活性和养分的影响

醉马草-内生真菌共生体是研究生态系统中地上与地下生物联系的独特模式,但该共生体对不同生长期土壤酶活性和养分含量的影响知之甚少。本研究采集休眠期和返青期携带内生真菌(E+)和未携带内生真菌(E-)醉马草的生境土壤,测定E+和E-醉马草土壤酶活性和养分含量。结果表明:在休眠期和返青期,内生真菌显著增加了醉马草土壤速效磷含量,较E-醉马草分别提高34.7%和36.7%。在返青期内生真菌增加了醉马草土壤硝态氮含量,较E-醉马草提高了32.3%。此外,返青期温度升高增强了E+和E-醉马草土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶活性,这提高了土壤N、P的有效性,为醉马草的生长返青提供基本养分。以上结果表明内生真菌通过调节土壤养分提高土壤肥力,返青期土壤酶活性和养分含量的变化保证了醉马草顺利返青。本研究为深入理解禾草-内生真菌共生体的生态学作用提供理论依据。

缺氮条件下内生真菌对醉马草生理特性的影响

氮是植物生长发育阶段必不可少的大量元素之一,内生真菌可以通过与醉马草形成共生体进而影响宿主氮代谢。内生真菌对宿主氮代谢的影响与周围环境氮浓度密切相关。本研究以携带Epichloe gansuensis内生真菌(E+)的醉马草和未携带E.gansuensis内生真菌(E-)的醉马草为材料,设置低氮(0.01 mmol·L^(-1)N)和正常氮浓度(7.5mmol·L^(-1)N)两种生长条件,对醉马草进行为期6个月的处理,收获试验材料后测定了醉马草的叶片干重,过氧化氢(H_(2)O_(2))含量,丙二醛(MDA)含量等指标并进行分析,主要研究结果如下:1)N营养贫瘠条件下,内生真菌的侵染显著增加了醉马草植株的株高、叶片干重、分蘖数、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)活性、还原性谷胱甘肽(GSH)含量和N含量,显著降低了醉马草植株的MDA和H_(2)O_(2)含量,而对醉马草植株叶片的C和P含量以及C∶N,C∶P,N∶P无显著影响;2)正常N营养条件下,内生真菌的侵染仅显著增加了E+醉马草植株的株高,而对叶片干重、分蘖数、MDA、H_(2)O_(2)含量、GSH和G6PDH活性均无显著影响。综上所述,本研究初步探明了内生真菌的侵染可以通过增加醉马草G6PDH活性和GSH的含量,降低醉马草H_(2)O_(2)和MDA含量,促进氮的吸收,增加了叶片干重和分蘖数,以此改善了醉马草在低氮条件下的生长,而对正常氮营养条件下的植株影响有限。

温度和水分对醉马草种子萌发的影响

为解释醉马草(Achnatherum inebrians(Hance)Keng)种群繁殖扩散机理,并为其开发利用提供理论基础,本文在不同温度和水分条件(PEG6000)下研究醉马草种子的萌发特性。结果表明:30℃、25℃和30/20℃(8 h高温/16 h低温)温度条件下醉马草种子萌发较快,25/5℃、20/5℃、20/10℃条件下萌发较慢,10℃和15/5℃条件下萌发速率最慢,在5℃条件下无萌发。在供试温度中,发芽率最高的处理为20℃、15℃和25/5℃,在此温度条件下的发芽率分别达96%、94%和94%。结合发芽率和幼苗生长,萌发最佳温度为20℃。醉马草种子的发芽率随着水分渗透势的降低而呈直线下降趋势,当渗透势<-1.5 MPa时,无种子萌发。随着水分胁迫的加剧,供试种胚芽长呈逐渐下降趋势,但胚根长呈先增加而后下降的趋势,说明在轻度干旱条件下醉马草更多的生物量用于根部生长,从而能够吸收较深土壤的水分,对其在降雨后地表变干的生境中存活具有重要意义。

醉马草生态控制的研究

为寻求更加有效的防除醉马草(Achnatherum inebrians)的方法,从1993～1995年,通过改变土壤氮、磷水平及引进竞争种,对醉马草的生态学特性进行了研究。结果表明醉马草的生长对土壤氮肥水平的变化比较敏感;在醉马草退化草地中补播红豆草(Onobrychis viciaefolia)后,随着红豆草株体的增大,醉马草的生长力及存活率均显著降低。因此,利用生态学的方法防除醉马草是切实可行的。

天山北坡醉马草群落种间关联分析

运用方差比率法、基于2×2列联表的χ2检验以及Spearman秩相关系数对天山北坡不同坡位和坡向的醉马草(Achnatherum inebrians)群落进行总体联结性和种对间的联结性分析,同时利用Ochiai指数测定各种对间的关联程度。结果表明:坡位及坡向对醉马草群落总体关联性无影响,各样地上群落主要植物种间总体表现为显著负相关,群落处在不稳定发展阶段;坡位及坡向对群落成对物种间的关联性影响较小,除了阳坡下段极显著、显著相关的种对数较多外,其他样地上极显著、显著相关的种对数都较少,所占比例很低。成对物种关联程度受坡向而不受坡位的影响,OI值显示沟底、阳坡主要物种间负联结关系松散,物种比较独立,阴坡负联结关系较强;所有样地上醉马草与大多数物种表现为负关联且具有较高的关联度。

醉马草内生真菌对家兔的影响

通过饲喂试验,研究了带内生真菌(E+)和不带内生真菌(E-)的醉马草对家兔健康的影响。内生真菌的侵染,使醉马草粗脂肪含量显著提高,粗蛋白和粗纤维含量无显著改变。按10mL/kg体重的剂量灌服E+醉马草水提液,家兔表现出明显的中毒症状;但累计灌服20mL/kg体重的剂量,亦未引致死亡。平均按每kg体重累计饲喂E+醉马草131.6g,可引起家兔中毒;累计饲喂350.9g可使家兔致死,死亡率达66.7%。而灌服和饲喂E-醉马草的家兔则无异常。初步认为,醉马草对家兔的致毒机理是由内生真菌与宿主互作产生的生物碱所致。

醉马草的有毒成分研究

本研究用溶剂提取法和阳离子交换树脂法首次从醉马草中提取、分离出一种生物碱成分,我们称其为醉马草毒素。动物毒性试验证明,醉马草毒素是醉马草的主要有毒成分。经元素分析及有机波谱分析确定了结构式。 马属动物按照10g/kg体重的剂量,一次灌服醉马草干粉或相当剂量的粗提物,即可引起与自然发病相同的急性中毒。症状主要表现为精神极度沉郁、翘尾,四肢无力,行走如醉,肌肉震颤,心跳加快,呼吸迫促等。

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 inebriansKeng.)内生真菌(NeotyphodiumgansuenseLi&Nan)对多年生黑麦草(Lolium perenneL.)、高羊茅(Festuca arundinaceaSchreb.)和草地早熟禾(Poa pratensisL.)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。

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。

紫花苜蓿与醉马草的竞争效应

研究了紫花苜蓿与醉马草两者之间的种间竞争效应,结果表明,紫花苜蓿的单株生物量、相对产量(RY)和竞争平衡指数(CB)均显著高于醉马草的对应指标,竞争效应参数相对产量总和(RYT)显著小于1;随着各处理种植密度的增大,上述指标愈加明显。在4,8和12株/盆密度条件下,醉马草单株总生物量比其在单种处理时对应密度下的单株生物量分别降低了38.5%,41.4%和56.0%,而紫花苜蓿单株生物量在混种时降低不明显。说明紫花苜蓿对醉马草具有持续的强烈的竞争抑制作用,在长期的竞争演替中,醉马草可能被紫花苜蓿替代。

醉马草种子萌发特性的初步研究

为揭示新疆草原主要毒草醉马草种子的萌发特性及其种群扩繁机制,采用常规纸上发芽法,研究了恒温(15℃、20℃、25℃)、变温(20℃/10℃、20℃/5℃)及光照条件对4份来源于不同生境条件下醉马草种子萌发特性的影响。结果表明:与全光照相比,恒温条件下黑暗处理显著提高了4份醉马草种子的发芽率、发芽势、发芽指数及胚芽长(p<0.05),且25℃时萌发最好,发芽率、发芽势、发芽指数平均依次为92.3%、73.6%和8.2;无论光照与否,20℃/10℃下4份醉马草种子的发芽率、发芽指数、胚根长、胚芽长均显著高于20℃/5℃(p<0.05)。

光照和盐分对醉马草种子萌发的影响

研究了光照、水分和盐分对醉马草种子萌发的影响。结果表明,醉马草种子萌发对光照不敏感,在黑暗和光照下的发芽率及幼苗长度没有显著性差异。NaCl和等渗透势的PEG对种子的萌发均产生抑制作用,降低了发芽率,且PEG的抑制程度大于等渗NaCl,说明渗透胁迫是影响醉马草种子萌发的主要因素。醉马草种子能在0～398 mmol/L的NaCl浓度下萌发,较低盐浓度有利于根长的生长。

醉马草免培养内生细菌的多样性

为了解醉马草内生细菌的组成和多样性,采用液氮研磨法提取醉马草总DNA,利用内生细菌16S rRNA基因特异性引物对醉马草总DNA进行16S rRNA基因扩增,构建醉马草内生细菌16S rRNA基因文库。对筛选到249个克隆进行HaeШ酶切分析,得到57个操作分类单元(OTUs)。系统发育分析将其归为4个门:变形杆菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)以及1个未知类群。其中74%的克隆与可培养细菌中的37个属具有高的16SrRNA基因序列相似性(97%—100%),其中芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、红球菌属(Rhodococcus spp.)、黄杆菌属(Flavobacterium spp.)、黄单胞杆菌属(Xanthomonas spp.)最为丰富。另外26%的克隆序列与GenBank中已存细菌16S rRNA基因序列相似性小于96%。研究结果表明,醉马草中可培养内生细菌丰富,多样并且可能存在一些潜在新物种或新类群。

禾谷缢管蚜与内生真菌互作对醉马草幼苗的生理影响

通过测定一系列生理变化指标,研究人工接种条件下禾谷缢管蚜(Rhopalosiphumpadi (L.))对带内生真菌(E+)与不带菌(E-)醉马草(Achnatherum inebrians (Hance) Keng)幼苗的影响。结果表明:在一定时期内,禾谷缢管蚜刺吸可使醉马草幼苗叶片相对含水量和叶绿素含量显著降低(P<0.05),同一个虫口密度E+与E-植株之间差异显著(P<0.05);幼苗体内SOD活性和POD活性均随危害时间的延长而显著升高(P<0.05),同一个虫口密度E+与E-植株之间差异显著(P<0.05);接种蚜虫可使MDA和游离脯氨酸的含量显著提高(P<0.05),同一个虫口密度内E+与E-植株之间差异显著(P<0.05)。综上所述,内生真菌的侵染可以在一定程度上间接影响禾谷缢管蚜取食,进而影响醉马草幼苗生理生化的变化。

尿素氨化醉马草的麦角新碱含量及其营养价值

通过完全随机试验测定了尿素氨化醉马草中毒性物质麦角新碱的含量及氨化醉马草对绵羊的饲喂效果。１２只新疆细毛羊周岁母羊（平均体重２７．３ｋｇ）随机分成２组，每组６只羊，并分别进行如下处理：１）自由采食未处理的醉马草，并每只羊每天给予２５０ｇ精料；２）自由采食经尿素氨化处理的醉马草，并每只羊每天给予２５０ｇ精料。结果表明，用５％尿素溶液对醉马草进行氨化处理（干草：尿素溶液＝１∶１（ｗ／ｖ））显著降低了醉马草中麦角新碱含量达５９．５％（由５６．０降至２２．７ｍｇ／ｋｇ，Ｐ＜０．０５），显著提高了粗蛋白质含量达６０．５％（由８．１％提高到１３．０％，Ｐ＜０．０５），但未显著提高体外干物质消化率（４０．３对４２．２％，Ｐ＞０．０５）。饲养试验表明，绵羊对氨化醉马草的干物质采食量显著高于未处理醉马草（２６７对１６２ｇ／ｄ，Ｐ＜０．０５），但两处理组绵羊的日增重水平差异不显著（－１１６对－１２８ｇ／ｄ，Ｐ＞０．０５）。

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。

不同方法对醉马草防控效果的比较

以醉马草(Achnatherum inebrians)严重发生区域为研究对象,探究物理、化学和生物方法对醉马草的防控效果,以期获得适宜的防控方法。结果表明:不同防控方法在防控当年就对醉马草种群高度、盖度、密度和地上生物量表现为一定的抑制作用;对可食牧草盖度、密度,群落多样性指数、均匀度指数表现出一定程度的促进作用。综合评价其防控效果,使用10%浓度草甘膦+皂粉(点喷)(H2)对醉马草的防除效果较好;建议在醉马草零星分布区采用人工拔除(W1),成片分布区采用高频刈割(W2);若想建立有益植物群落,则可直接补播补紫花苜蓿(Medicago sativa)+无芒雀麦(Bromus inermis)+紫羊茅(Festuca vubra)(1∶1.5∶1)(S2);化学和物理防控后,也可辅助补播,以稳定防控效果。

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(P<0.05)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(P>0.05);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(P<0.05)。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。

醉马草内生真菌对其伴生种硬质早熟禾和针茅生长的影响

本研究以我国西北部的天然草原广泛分布的烈性毒草醉马草和其主要伴生种针茅、硬质早熟禾为供试材料,研究内生真菌侵染的禾草与其他禾草的竞争作用。结果表明,带菌(E+)醉马草抑制了针茅、硬质早熟禾种子的萌发和幼苗的生长,发芽率分别下降了17.1%和13.6%,胚芽长分别降低了23.2%和16.3%;带菌(E+)醉马草对针茅、硬质早熟禾的株高均有显著的抑制作用(P<0.05),从发芽后第1周便显著抑制了2种供试禾草的生长;在与醉马草混种时,带菌(E+)醉马草对针茅和硬质早熟禾的分蘖数以及单株生物量均有显著的抑制作用(P<0.05)。不带菌(E-)醉马草对2种供试禾草以上的各项指标均没有产生显著的影响(P>0.05),且针茅、硬质早熟禾对醉马草没有显著影响(P>0.05)。综上所述,带菌(E+)醉马草对针茅和硬质早熟禾有强烈持续的竞争抑制作用,而不带菌(E-)醉马草则对2种禾草没有显著的影响。

外源激素与内生真菌互作对醉马草低温胁迫下种子萌发的影响

低温是限制种子萌发的一个关键因子,而外源激素和内生真菌分别通过外部介导和内部调控的途径来提高低温环境下种子的萌发能力.本研究以感染内生真菌(E+)和未感染内生真菌(E-)醉马草(Achnatherum inebrians)种子为材料,利用不同浓度的水杨酸(SA)或脱落酸(ABA)溶液浸泡种子,测定10℃条件下醉马草种子的发芽率、发芽指数、胚芽长、胚根长和幼苗含水量,探讨外源激素与内生真菌互作对醉马草种子低温条件下萌发的影响.结果发现,SA或ABA处理能促进醉马草E+、E-种子的萌发;高浓度SA或ABA处理下则表现出抑制作用,其中高浓度(0.2 mmol/L)ABA对种子发芽抑制作用显著(P<0.05);SA与内生真菌互作对种子发芽率、发芽指数和胚根长有显著(P<0.05)促进作用;ABA与内生真菌互作对种子发芽指数、胚芽长、胚根长和幼苗含水量有显著(P<0.05)的促进作用.表明一定浓度范围的SA或ABA与内生真菌互作,能够促进醉马草种子在低温胁迫条件下的萌发力.