兰科植物共生真菌研究进展

兰科植物种子体积微小且无胚乳,数量巨大,通常一颗蒴果内有上万粒种子。自然状态下兰科植物种子萌发所需的营养只有依赖共生真菌菌丝侵入才能获得,因此高度依赖于共生真菌。兰科共生真菌促进兰花原球茎、幼苗生长发育、帮助根系吸收水分和营养物质。从国内外兰科植物共生真菌的分离鉴定、种类、多样性和专一性、共生萌发以及应用前景等方面进行综述,进一步为研究兰科植物种子萌发、野生资源的保护与利用、选育新品种、兰花种植产业化以及次生代谢药物研发提供理论依据和参考。

丛枝菌根真菌和根瘤菌与植物共生研究进展

丛枝菌根真菌(AMF)和根瘤菌可以影响植物生产力、微生物群落结构和土壤质量,是生态系统可持续发展的重要驱动因子。在长期的进化过程中,AMF和根瘤菌逐步形成了互惠互利共生关系,充分发挥AMF-根瘤菌-植物共生体的生物固氮和养分吸收等作用,对于减少化学肥料的投入,保障农业可持续发展具有重要意义。但也有研究表明AMF和根瘤菌之间存在相互制约的作用,这可能与环境因素密切相关。因此,需要系统总结AMF-根瘤菌与植物共生相互作用的机理及其影响因素。本研究通过文献梳理以及定性比较分析,阐明了植物根系通过根系分泌物刺激根瘤菌和AMF形成结瘤因子和菌根因子,激活后续信号通路,从而使根瘤菌和AMF与植物建立共生关系的过程和机制;概述了AMF-根瘤菌与植物共生的协同增效和拮抗作用;总结了影响AMF和根瘤菌与植物共生及其相互作用的生物和非生物因素。最后,本研究提出AMF-根瘤菌与植物建立共生关系的作用机理目前还不完全明确,微生物菌肥研发缓慢等问题,并从理论、技术和应用等层面对未来研究的重点方向进行了展望,以期为利用AMF和根瘤菌促进农业可持续发展提供新思路和新方法。

光照强度和氮素形态对棉花-丛枝菌根真菌共生体碳氮代谢的影响

接种丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌可以提高棉花对氮(N)的吸收,但光照强度和N素形态对棉花-AM真菌共生体生长及碳氮(C-N)代谢的影响鲜有报道。本研究以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)和AM真菌异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)为研究对象,以不同光照强度(20%2390 lux、60%7170 lux、80%9598 lux)和总N浓度为4 mmol/L不同形态N素(硫酸铵、硝酸钾、尿素、谷氨酰胺)为试验因子,采用三室培养法和同位素示踪技术探究不同光照强度和N素处理对棉花-AM真菌共生体生长及C-N代谢的影响。研究发现硫酸铵或尿素处理下,菌根^(15)N丰度随光照强度增强而升高,说明当光照强度增强时,寄主植物可能传递更多的C给AM真菌,从而使AM真菌根外菌丝同化和转运更多的外源N(特别是含NH_(4)^(+)的N源)给寄主植物。60%与80%光照处理下,各N素处理AM真菌侵染强度均显著高于20%光照处理,但60%与80%光照处理相比,各N素处理AM真菌侵染强度无显著差异。20%和60%光照处理下,施加尿素或硫酸铵更有利于菌根化棉花N、磷(P)、可溶性糖及叶绿素的积累,80%光照处理下,施加硫酸铵对共生体N、P积累最有利,施加硝酸钾对共生体可溶性糖和叶绿素积累最有利,但与各N素组内20%光照处理对比,80%光照下,共生体N、P及叶绿素积累均有所下降。综上所述,60%光照强度,施加4 mmol/L铵态氮(NH_(4)^(+)-N)更有利于棉花-AM真菌共生体的生长发育及C-N代谢。

矿物风化与食用性菌根真菌共生策略与可持续性研究进展

外生菌根(ectomycorrhizal,ECM)真菌是一类能够与植物形成外生菌根结构的真菌,是连接地上共生植物与地下生态系统的重要纽带,其中很多种类是营养美味的食用真菌。ECM真菌能促进植物对矿质营养,特别是限制性的磷等矿质元素的吸收,进而促进植物生长。一般认为,ECM真菌对土壤矿质营养的获取主要是通过其对土壤中难降解性矿物的风化作用,但风化过程与机制尚不清楚。通过野外考察、菌种分离和实验条件下的风化实验研究,发现很多ECM真菌不能通过上调小分子有机酸合成来风化矿物,显示出较弱的矿物风化能力,特别是不能独自利用磷灰石中的磷元素。结合生物组学技术研究,发现在森林土壤中,某些风化能力较弱的ECM真菌能通过富集矿物风化细菌来促进矿物溶解,并通过自身的高亲和性离子转运系统吸收溶出的矿质营养来供应宿主植物。此外,ECM真菌还能富集特殊的多功能性草酸盐降解菌(如兼具固氮和促进菌根形成作用)来消除过量草酸盐对矿物风化与营养吸收产生的障碍。研究证实,ECM真菌能够调控植物根际微生物群落结构,促进“植物-真菌-细菌”之间互惠协作关系,从而维持健康、可持续的森林生态系统。本文主要从矿物风化的角度分析ECM真菌的共生策略,提出增加林地ECM真菌产量和促进林地生态系统可持续性的新思路,并对该领域的未来研究方向进行展望。

内共生细菌对宿主丛枝菌根真菌促进辣椒生长的潜在影响

以有MRE和无MRE的4个AMF种类为试材,采用AMF单孢分离法、分子生物学方法以及活体接种方法,研究了MRE的分类地位,辣椒生长指标和叶绿素含量的变化情况,以期初步阐明MRE在AMF促进植物生长发育中的潜在作用和影响。结果表明:MRE属于Candidatus Moeniiplasma glomeromycotorum(CaMg)类细菌;4种AMF均能促进辣椒植株生长,但不同种类处理间存在显著差异;与空白对照相比,有MRE的AMF在辣椒株高方面增加了11.11%~33.43%,辣椒叶片的叶绿素含量增加了65.38%~95.19%,无MRE的AMF在辣椒株高方面增加了20.45%,辣椒叶片中叶绿素含量增加了60.58%;其中有MRE的明根孢囊霉(Rc)对辣椒株高和叶绿素含量影响最显著,与无MRE的根内根孢囊霉(Ri)相比,明根孢囊霉(Rc)处理后辣椒株高增加了10.78%,叶绿素含量增加了21.56%。MRE在宿主AMF对辣椒植株生长作用中具有潜在影响,表明MRE是提高宿主AMF对辣椒生长发育促进作用的一个重要潜在因素,该研究结果为AMF在绿色农业实践和应用中提供参考依据。

植物–丛枝菌根真菌共生的研究进展

植物与丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF)共生是自然界中最常见的共生现象之一。菌根共生促进植物磷营养吸收,同时植物以脂肪酸和糖的形式给菌根真菌提供其发育所需的碳源。菌根真菌在根的皮层细胞中形成高度分支的树形结构,称为丛枝。丛枝是共生体间双向营养交换的中介,被认为是共生体的核心功能单位。提高菌根共生介导的营养吸收对植物本身的生长具有重大意义。本文概述了植物和丛枝菌根真菌建立共生的过程,并总结了在共生关系中起关键作用的重要蛋白,为丛枝菌根共生的研究提供理论基础。

黑翅土白蚁共生真菌对水稻秸秆生物降解研究

【目的】挖掘黑翅土白蚁Odontotermes formosanus共生真菌在秸秆资源利用上的应用潜力,为实现秸秆生物降解产业化补充菌种资源并提供理论依据。【方法】以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)平板为分离培养基,采用刚果红染色法筛选,从黑翅土白蚁肠道中分离筛选具有木质纤维素降解活性的真菌,并测定纤维素酶活性。在液态发酵条件下,评估不同真菌以及真菌组合对水稻Oryza sativa秸秆的降解效果,利用傅立叶红外光谱、X射线晶体衍射和扫描电镜分析降解前后水稻秸秆的理化性质。【结果】从黑翅土白蚁肠道中共分离到4种具有木质纤维素降解活性的真菌,经鉴定分别为安拉阿巴德篮状菌Talaromyces allahabadensis、刺孢篮状菌T.aculeatus、黑曲霉Aspergillus niger和灰孔多年卧孔菌Perenniporia tephropora。纤维素酶活结果显示:黑曲霉的内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶活性最高,安拉阿巴德篮状菌的β-葡萄糖苷酶活性最高。水稻秸秆降解试验表明:黑曲霉与灰孔多年卧孔菌双菌组合具有最强的秸秆降解能力,20 d内可降解秸秆中38.27%的干物质、62.59%的纤维素和51.75%的半纤维素。降解后水稻秸秆内部化学键和分子间作用力被破坏,结晶度由22.44%上升至32.53%,秸秆表面崩解碎裂,结构蓬松化。【结论】从黑翅土白蚁肠道分离得到的黑曲霉和灰孔多年卧孔菌在组合降解水稻秸秆时表现出极强的降解能力,在秸秆生物降解产业化上具有潜在的开发价值。

共生真菌Paraconiothyrium brasiliense化学表观遗传修饰研究

对昆虫中华剑角蝗肠道共生真菌Paraconiothyrium brasiliense的发酵产物进行化学表观遗传修饰研究。在马铃薯-葡萄糖培养基的基础上,添加组蛋白去乙酰化酶抑制剂辛二酰双羟肟酸(SBHA)或DNA甲基化转移酶抑制剂(5-氮杂胞苷),结果发现通过添加0.5mmol/L的SBHA,该真菌的发酵产物的结构类型发生较大变化,并从中新发现了1个吡啶酮类化合物(化合物1)。该类型的化合物为首次从该属菌株中获得,推测可能在SBHA的胁迫下,激活了该菌株的沉默基因,从而产生了新的代谢产物。

油梨根际土壤微生物群落及其共生网络对根腐病的响应

【目的】为研发根腐病绿色综合防控技术提供理论依据,有效推进油梨树种产业发展。【方法】本研究以百色市林业科学研究所的健康和根腐病发病油梨植株根际土壤为研究对象,并利用基于16S核糖体RNA(rRNA)和内部转录间隔区(ITS)扩增子高通量测序技术,分析健康和染病植株根际细菌和真菌群落结构、组成及多样性差异,比较细菌和真菌群落结构及其相互作用,确定土壤病原菌和有益菌的变化。【结果】染病植株相对于健康植株,根际细菌和真菌群落结构和多样性均没有显著性变化。变形菌门Proteobacteria、酸杆菌门acidobacteria、放线菌门actinobacteria、拟杆菌门bacteroidetes和绿弯菌门chloroflexi是油梨根际土壤优势细菌类群,子囊菌门ascomycota和担子菌门basidiomycota是油梨根际土壤优势真菌类群。在门分类水平、纲分类水平以及属分类水平上,细菌和真菌群落组成有明显的变化,但随着分类水平降低,群落组成变化越明显。此外,健康和染病油梨根际细菌群落α多样性显著高于真菌群落,而健康与染病之间细菌群落结构差异小于真菌。细菌物种之间的相互作用比真菌网络物种间的相互作用更紧密,并且负连接百分比和关节类群数量更多,细菌网络的稳定性更高。同样,油梨根际土壤细菌群落相对于真菌群落表现出更高的生态位宽度和生态位重叠。对根腐病有反应的细菌和真菌,如芽孢杆菌Bacillus、假单胞杆菌pseudomonas和溶杆菌lysobacter和球囊菌纲glomeromycetes,由于其在染病油梨根际土壤中的相对丰度均高于健康土壤,可以被视为相关的生物防治菌。【结论】根腐病并不会使油梨根际细菌和真菌群落结构和多样性发生显著性变化,但会使得一些有益菌的相对丰度增加,并且细菌比真菌对根腐病具有更高的抵抗力。

滇西槽舌兰内生真菌多样性及其共生真菌对叠鞘石斛种子萌发的效应

兰科植物种子萌发甚至整个生长阶段依赖于共生真菌。滇西槽舌兰(Holcoglossum rupestre)是我国特有极度濒危物种,为了更好地开展其种质资源保护,采集云南香格里拉、楚雄、昆明盘龙、昆明呈贡的滇西槽舌兰植株,基于ITS rDNA序列对其根部的内生真菌进行分离、鉴定和多样性分析,并研究这些内生真菌对叠鞘石斛(Dendrobium denneanum)种子萌发的影响。结果表明,滇西槽舌兰4个分布地植株的根内共分离、鉴定出68株内生真菌,分别属于粪壳菌纲(Sordriomycetes)、伞菌纲(Agaricomycetes)和座囊菌纲(Dothideomycetes)3个纲18个属。其中,镰刀菌属(Fusarium)、间座壳属(Diaporthe)、胶膜菌属(Tulasnella)、角担菌属(Ceratobasidium)的相对丰度分别为27.94%、10.29%、8.82%、8.82%,为主要优势内生真菌。胶膜菌属和角担菌属为滇西槽舌兰首次分离到的兰科共生菌,且胶膜菌属的P2和P47菌株可以显著促进叠鞘石斛种子萌发进程及萌发一致性。

鹤顶兰种子的真菌共生萌发研究

采用原地共生萌发技术获得了鹤顶兰的原球茎,从中分离和筛选出了一株适合的共生菌——胶膜菌(HDL-2)。为验证分离菌株对鹤顶兰种子萌发的有效性,将HDL-2菌株与鹤顶兰种子在燕麦培养基上进行共生萌发试验。经过大约110 d的培养,HDL-2菌株可明显促进鹤顶兰种子萌发、形成原球茎并最终分化成幼苗,平均萌发率为(86.69±3.19)%,与无菌萌发相比有较高的萌发效率。表明分离得到的胶膜菌能促进鹤顶兰的种子萌发和原球茎发育。鹤顶兰种子实现共生萌发对于鹤顶兰资源的种质保育、人工栽培和可持续利用均具有重要意义。

藜蒿内生真菌Paraconiothyrium sp.YLHJ01化学成分研究

利用多种色谱分离技术从藜蒿内生真菌Paraconiothyrium sp.YLHJ01的发酵产物中分离得到7个化合物,并通过NMR、ECD、IR、HR-ESI-MS等波谱技术鉴定了它们的结构,包括一个新化合物2-(1S,3R-dihydroxybutyl)benzene-1,4-diol(1)以及6个已知化合物:6-羟基-2S-甲基-4-色满酮(2)、10-norparvulenone(3)、(S)-7-羟基-3-((S)-1-羟乙基)异苯并呋喃-1(3H)-酮(4)、murranoic acid A(5)、modiolide G(6)、尿嘧啶核苷(7)。体外细胞毒活性结果显示化合物1~7在A549与HepG2细胞上均无明显的抑制活性。对化合物1~7进行金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌活性测试,结果显示化合物1、4对金黄色葡萄球菌表现出弱抑制效果,最低抑菌浓度(MIC)分别为400、100μg/mL,化合物2对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现为弱抑制效果,其MIC分别为800、400μg/mL。

基于液相色谱-串联质谱分子网络的牡蛎共生真菌Myceliophthora lutea ML-1发酵液的化学成分分析

目的基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分子网络技术分析牡蛎共生真菌Myceliophthora lutea(M.lutea)ML-1发酵液的化学成分,以明确其次生代谢产物谱。方法将M.lutea ML-1使用真菌1号培养基进行发酵,发酵液粗浸膏的LC-MS/MS原始数据经MSconvert软件转换为.mzXML格式文件,再上传至全球天然产物社会分子网络(GNPS)平台构建经典分子网络(CMN),进行化学成分识别和结构预测。将原始质谱数据经MZmine 2软件预处理后上传至GNPS平台构建特征峰分子网络(FBMN)。将CMN和FBMN分别导入Cytoscape软件进行可视化分析。结果基于CMN,从M.lutea ML-1发酵液中识别出49个化合物,包括18个脂肪酸类化合物、8个蒽醌类化合物、12个环二肽类化合物和11个其他类化合物,其中可能有2个新二蒽醌类化合物。基于FBMN进行发酵液化学成分的相对定量分析,目前已识别出其中的3个化合物。结论M.lutea ML-1真菌1号培养基发酵液的化学成分丰富,其中不乏极具潜力的活性化合物,可为后续化学成分的导向分离和菌株发酵条件优化提供思路。

铁皮石斛共生萌发真菌对其种子萌发的影响

为了提高铁皮石斛种子的萌发率,对铁皮石斛共生萌发真菌进行了研究。将铁皮石斛种子与从人工授粉的铁皮石斛根部分离得到的一种胶膜菌属真菌,在共生培养基(OMA)上进行共生萌发,比较种子在恒温下有无共生真菌和有无光照条件下的发芽速率。结果表明,经过60 d的共生培养,发现有共生真菌且有光照培养条件下种子萌发速率最快,而无共生真菌有光照培养条件下种子也会萌发,但是在黑暗条件下,不论共生真菌是否有参与共生萌发,种子均无萌发迹象。铁皮石斛种子在胶膜菌属真菌的共生条件下会加速萌发,且在有光照的条件下,也能促进种子的萌发和进一步生长。

印度梨形孢与杜鹃共生体系建立及提高抗旱性效应

【目的】从印度梨形孢入手,建立印度梨形孢与杜鹃共生体系,为提高现有园林绿化杜鹃的抗旱性提供新思路。【方法】采用国内园林绿地常用锦绣杜鹃品种‘紫蝴蝶’,持续浇灌印度梨形孢菌液6次,共计30天,建立印度梨形孢与杜鹃共生体系,探究定殖印度梨形孢的杜鹃植株形态结构变化,评价印度梨形孢对杜鹃抗旱性的作用及部分相关生理生化指标的变化。【结果】浇灌印度梨形孢菌液4次(第20天)后发现印度梨形孢已逐步定殖于杜鹃根系,浇灌5、6次(第25、30天)后的定殖率分别达91.67%、100%。定殖30天后的杜鹃叶片鲜质量、干质量、叶面积增大,叶片解剖结构的上、下表皮厚度减小,栅栏组织与栅海比增大,叶片结构更紧密,根细胞截面积增大。随着干旱胁迫时间延长,定殖印度梨形孢的杜鹃生长状态较好,干旱胁迫20天后存活率高,叶片相对电导率、脯氨酸含量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性随干旱时间延长的差异不显著,半致死时间显著延长,受胁迫程度轻,抗旱性显著增强。【结论】锦绣杜鹃能与印度梨形孢建立互利共生关系,从而提高其对干旱胁迫的抗性。印度梨形孢可作为提高园林绿化植物杜鹃抗旱性的一种菌剂进行应用。

黑翅土白蚁新巢内蚁巢伞真菌菌种来源研究

目的 探索黑翅土白蚁Odontotermes formosanus Shiraki巢内菌圃上关键共生真菌蚁巢伞Termitomyces spp.的来源,为黑翅土白蚁的防治提供科学依据。方法 在野外捕捉黑翅土白蚁分飞繁殖蚁,待其脱翅配对后,分成4组(土壤带菌与不带菌、白蚁体表用蒸馏水冲洗与不冲洗)在室内条件下饲养,130d后拆开蚁巢检查巢内菌圃修建和白蚁生长情况。结果 分飞期捕捉到的黑翅土白蚁繁殖蚁室内配对后,在无外来菌种供给的情况下可成功建立具有蚁巢伞的菌圃,这类新巢群的比例占配对总数的20%~22%,使用蒸馏水反复冲洗繁殖蚁体表不影响菌圃出现蚁巢伞的新巢比例(20%);利用野外未灭菌的土壤饲养配对的黑翅土白蚁繁殖蚁,其菌圃内具有蚁巢伞的新巢比例明显提高,达到了33%。结论 黑翅土白蚁新巢内菌圃上蚁巢伞的菌种传播方式为垂直传播,新巢内菌圃上的蚁巢伞来源于繁殖蚁体内的肠道系统。不过,黑翅土白蚁的工蚁也可从自然环境中采集蚁巢伞真菌孢子,构建具有蚁巢伞的菌圃,提高新建巢群的存活比例。

血叶兰组培苗与内生真菌共生培养的生长效应研究

从野生血叶兰的根系中分离出6株内生真菌并接种于血叶兰组培苗进行菌苗共生培养,3个月后测定血叶兰生长发育指标和瓶苗出瓶后一个半月的移栽成活率。结果表明:(1)在组培苗上筛选出来的6株对血叶兰均有不同的促生效果菌株,分别为链格孢属(Alternaria)菌株G6、炭疽病属(Colletotrichum)菌株G9和Y21、轮层炭菌属(Daldinia)菌株G11和Y20、木霉属(Trichoderma)菌株Y6;(2)经过与真菌共生培养的组培苗炼苗的移栽总体效果良好,平均成活率高达90.9%。

金线莲和白及组培苗菌根真菌接种效应研究

为了进一步探究金线莲和白及组培苗与接种菌株在菌根共生培养体系中的相互关系,以金线莲和白及无菌组培苗为材料,接种菌株建立组培苗菌根共生培养体系,通过测定各生长阶段组培苗的形态指标和生理指标,来比较组培苗对不同菌株的反应。金线莲A2菌株处理对组培苗地上和地下部分生长均有明显促进作用,其平均鲜重增长率分别比A1、CK_(1)处理高20.9%、19.1%;A2处理的叶片数、株高、根增长率、根数、根长分别比CK_(1)处理高21.7%、2.7 cm、16.9%、48.3%、65.8%。白及B1、B2菌株处理对组培苗地上和地下部分生长均有促进作用,B1、B2处理生长指标都高于对照,B1处理的鲜重增长率、叶片数、株高、根增长率、根数、根长分别比CK_(2)处理高3.9%、41.8%、3.7 cm、25.8%、33.0%、52.6%。综合来看,除了A1菌株在前期有一定的负面影响,其他菌株在整个共生培养期间对组培苗生长均有积极的促进作用。

丛枝菌根真菌与植物共生对植物水分关系的影响及机理

自1885年Frank首次提到菌根(mykorhiza)概念以来,大量的试验证实了丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系之间形成具有一定结构和功能的共生体,促进植物生长并提高干旱耐受能力,在干旱生态系统中发挥重要的作用。该研究多集中在对宿主植物生理生态的影响及其机制方面,然而菌根共生对宿主植物水分吸收和信号产生、传递的影响研究少而分散,缺少系统总结。综述了最近四十多年丛枝菌根真菌与植物共生体对宿主植物干旱适应性影响研究进展,讨论了菌根共生对植物根冠通讯的影响及机理。干旱胁迫下AMF与植物共生,通过影响宿主植物一系列生理生态过程,提高宿主植物横向根压和纵向蒸腾拉力。经典的Ohm吸水模型是该方向最有代表性的研究成果,该模型揭示了菌根共生的根外菌丝具有不同于根细胞的细胞结构和水分运输性能,这为宿主植物提供一种特殊的快速吸水方式,可提高植物对土壤水分的吸收和运输能力。研究表明,AMF会影响宿主植物根冠通讯过程,如诱发信号级联反应,诱导根系尽早感知水分胁迫并产生非水力根源信号,提高宿主对干旱的耐受性。讨论了AMF在根冠通讯分子机制研究方面存在的问题及可能的解决途径,展望了AMF在干旱农业生产中的应用潜力。

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生微生物,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.