摩西管柄囊霉与连作大豆根腐病原菌尖孢镰刀菌的相互关系研究

以黑农44(高脂肪品种)大豆品种作为试验材料,以不同方式在连作大豆根际土壤中接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)和大豆根腐病原菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)。采用传统形态学方法检测Fu.mosseae和F.oxysporum侵染大豆植株根系情况。利用实时荧光定量PCR技术分析Fu.mosseae和F.oxysporum DNA含量变化。结果表明:Fu.mosseae和F.oxysporum均能侵染大豆植株根系,但接种Fu.mosseae的大豆植株根系及根际土壤样品中F.oxysporum DNA含量显著降低,表明Fu.mosseae对F.oxysporum具有强烈的抑制作用。本研究为进一步研究AM真菌克服大豆连作障碍提供了理论依据。

摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对连作大豆根际土壤细菌菌群的影响

为探究丛枝菌根真菌(Arbuscula mycorrhizal fungi,AMF)-摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对不同连作年限大豆土壤细菌菌群的影响,分析了接种F.mosseae后连作0,1,3和5年的根系菌根侵染率、细菌菌群结构和多样性以及KEGG功能预测,从而为AMF缓解大豆连作障碍提供理论依据。结果表明:大豆土壤细菌菌群多样性和丰度随着连作年限升高而减少,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)和硝化杆菌属(Nitrobacter)等有益菌丰度也随着连作年限升高而减少。而接种F.mosseae不仅能改善根际土壤的细菌多样性,提高Sphingomonas、Gemmatimonas、Nitrospira和Lysobacter等有益菌的丰度,还改善了根际细菌群落氨基酸代谢、强化信号转导、膜转运和碳水化合物代谢等功能,显著缓解了大豆连作障碍。

增施摩西管柄囊霉对甜玉米氮肥增效及土壤丛枝菌根真菌多样性的影响

【目的】研究增施摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对甜玉米氮肥减量效果及根际土壤AM真菌多样性的影响,揭示AM真菌对甜玉米氮肥减量增效的土壤微生物学机制,为AM真菌在甜玉米氮肥减量上的推广应用提供参考。【方法】试验共设4个施氮水平:(1)不施氮肥(N0);(2)优化施肥,施氮肥330 kg·hm-2(N22);(3)优化施肥减氮10%,施氮肥297 kg·hm-2(N19.8);(4)优化施肥减氮20%,施氮肥264 kg·hm-2(N17.6)。同一施氮水平下设增施摩西管柄囊霉315 kg·hm-2和不增施2个裂区,试验共8个处理3个重复。利用土壤常规理化分析方法和Illumina Hiseq 2500测序平台,对8个处理甜玉米根际土壤氮肥增效及AM真菌进行扩增子测序,进而对AM真菌的群落结构多样性进行分析。【结果】增施摩西管柄囊霉处理,在N0、N17.6、N19.8和N22等4个施氮水平上,甜玉米鲜苞产量较不施菌裂区组分别增加了32.6%、16.7%、8.0%和0.8%,氮素生理利用率较不施菌裂区组分别增加了5.51%、4.14%、6.19%。通过Illumina Hiseq 2500测序平台共获得1 558 461个有效序列,在97%的相似水平下聚类后获得15 771个OTUs,分属于1纲4目5科5属。在属水平上,球囊霉属(Glomus)、近明球囊霉属(Claroideoglomus)和类球囊霉属(Paraglomus)是8个处理共有的菌属,其中,球囊霉属是8个处理的优势菌属,占各处理相对丰度≥1%物种的21.82%以上。N22AM处理的Chao1和Richness指数显著高于其他处理(P<0.05),而N0AM处理的Dominance指数最大,Shannon指数和Simpson指数最小。增施摩西管柄囊霉后,显著增加了Shannon指数、 Simpson指数与侵染率、孢子密度和4种氮素利用率(NAE、 PFP、 NRE、 NPE)之间的相关性(P<0.05)。【结论】增施摩西管柄囊霉可显著提高甜玉米的氮肥利用效率,改变AM真菌群落结构,提高甜玉米产量,是甜玉米氮肥减量的有效途径。

接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对大豆净光合速率及产量和品质的影响

为研究接种丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对大豆植株生长、产量和籽粒品质的影响,采用大田小区试验,以龙豆二号大豆为宿主,研究接种F.mosseae菌剂后大豆叶片净光合速率、产量及籽粒品质的变化情况。结果表明:所选用的F.mosseae菌剂能够与大豆根系形成良好的菌根共生体,侵染率最高可达89.9%;接种F.mosseae菌剂可以提高大豆不同发育时期的叶片净光合速率,常规施加化肥处理和接种处理的大豆产量分别可达2121.2和2126.9 kg·hm^-2,二者之间差异不显著,但显著高于不施肥对照处理,表明常规施肥和接种F.mosseae菌剂处理均可提高大豆产量,但接种处理效果更好;此外,接种F.mosseae菌剂还可显著提高大豆籽粒的蛋白质含量,但对油脂含量影响并不显著。因此,F.mosseae菌剂可作为一种新型大豆生产专用生物肥。

摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对连作大豆根系及根际土壤相关酶活性的影响

本研究以‘黑农48’(高蛋白型)大豆(Glycine max)为材料,在根系周围接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae),以空间代替时间进行连作处理,应用酸性品红方法检测F.mosseae侵染大豆根系情况并按后列分级标准计算根腐病发病率;运用化学滴定法和比色法检测处理后大豆根系及根际土壤酶活性变化。试验选取不同连作年限的土壤(1年、2年和4年)进行盆栽试验,并设定不接种F.mosseae为对照组(C),接种F.mosseae为处理组(T)。结果表明:随着连作年限的延长大豆根系过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)酶活性呈上升的趋势,超氧化物歧化酶(SOD)酶活性呈下降趋势;大豆生长发育过程中土壤酶活性逐渐降低,其中土壤脲酶(URE)、CAT、蔗糖酶(SUC)、磷酸酶(PHO)和PPO活性先降低后升高,纤维素酶(CEL)的活性逐渐降低。接种F.mosseae诱导大豆根系产生防御酶活性和土壤酶活性显著高于对照组,表明F.mosseae可以缓解连作障碍、增强植物抗病能力。

摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae对连作大豆苗期根系AM真菌菌群结构的影响

中国北方大豆连作问题日益突出并受到广泛关注,为了将AM真菌应用于连作土壤,缓解大豆连作障碍。本试验采用Nested-PCR-DGGE技术分析接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对3种连作年限3种品种大豆苗期根系AM真菌菌群结构的影响。结果表明,接种F.mosseae后,同一品种连作两年大豆根系中AM真菌的侵染率最高,同一连作年限KF16根系中AM真菌的侵染率最高;不同连作年限不同品种大豆根系中AM真菌菌群中均含有粘性球囊霉(Glomus viscosum)和未培养的球囊霉属(Uncultured Glomus);种植于连作2年土壤的不同品种大豆根系AM真菌的丰度值和Shannon-Wiener指数均高于连作0年和连作1年的。本研究揭示接种F.mosseae对连作1年、连作2年不同品种大豆苗期根系AM真菌菌群结构影响显著。

白三叶草对接种摩西管柄囊霉的代谢响应

丛枝菌根(AM)真菌作为一类重要的土壤微生物资源,在调节植物生长和代谢方面发挥着重要作用。本文以摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)、白三叶草(Trifolium repens)为试验材料,采用UPLC-MS/MS技术研究了AM真菌接种对白三叶草代谢物积累的影响,结果表明:(1)摩西管柄囊霉与白三叶草根系能建立良好的共生关系,并显著促进白三叶草生长;(2)从接菌处理的白三叶草茎叶组织中鉴定到代谢物671种,以花青素(24.94%)、有机酸及衍生物(19.98%)、脂质(12.66%)、苯丙素(10.67%)的相对含量最高;(3)接种AM真菌后共检测到差异代谢物93种,其中52种上调,41种下调。作为牧草的重要营养物质,黄酮及其衍生物(包括黄酮类、黄酮、黄酮烷、黄酮醇和异黄酮)中差异代谢物最多,共22种,且全部上调。另外,本研究检测到19种维生素及衍生物,以核黄素等差异代谢物为主并全部上调表达。以上结果为后续应用AM真菌提高牧草产量和品质提供了理论依据。

丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉侵染增强番茄对机械损伤的响应

植食性昆虫取食会给植物造成机械损伤并激活植物的防御反应,而与有益微生物共生是否可以增强植物对机械损伤的响应对植物抗虫有重要意义.本研究在番茄根系被丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉侵染后,研究机械损伤对番茄防御反应的影响.结果表明:预先接种菌根真菌的番茄叶片受到机械损伤处理(FD)后,叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及叶片和根系苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)和β-1,3-葡聚糖酶基因(PR2)的转录水平均显著高于只进行机械损伤的处理(D)、只接种摩西管柄囊霉的处理(F),以及既未接种菌根菌也未进行机械损伤的健康番茄植株(CK).虽然D和F处理也可诱导部分酶活性及基因转录水平升高,但FD处理诱导的防御反应更迅速和强烈.表明丛枝菌根真菌侵染可以警备(prime)番茄对机械损伤做出更快速和强烈的响应.

盐胁迫下丛枝菌根真菌对枳实生苗生长及生理代谢的影响

为揭示丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungus,AMF)对增强枳实生苗耐盐性的作用,在正常水分和盐胁迫(100 mmol/L NaCl)下,研究接种摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae对盆栽枳实生苗生长和生理代谢的影响。结果显示,与未接种AMF相比,接种AMF显著提高了盐胁迫下枳的株高、叶片数、总鲜质量、二级侧根数、三级侧根数、根系总长、投影面积、表面积和体积;接种AMF还显著提高了盐胁迫下枳叶片中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素的含量,以及枳根系和叶片的蔗糖含量;接种AMF显著抑制了盐胁迫下枳叶片MDA和H_(2)O_(2)以及根系H_(2)O_(2)和O_(2)^(·-)的积累,显著提高了盐胁迫下根系和叶片的Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、POD和CAT活性以及根系的Fe-SOD活性。表明,盐胁迫下接种AMF的枳植株维持了更高的植物生长、根系发育、光合色素含量、蔗糖含量和抗氧化酶活性,因而具有较强的耐盐性。

AM真菌与根瘤菌对紫花苜蓿镰刀菌萎蔫和根腐病的影响

通过温室盆栽试验,探究了丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌摩西管柄囊霉与苜蓿中华根瘤菌对紫花苜蓿尖孢镰刀菌萎蔫和根腐病的影响,以期为合理利用两类共生菌,提高苜蓿抗病性提供理论依据。试验共8个处理,分别为接种或不接种AM真菌、根瘤菌和病原菌以及两两组合。与对照相比,AM真菌降低紫花苜蓿萎蔫和根腐病发病率80.13%(P<0.05)。AM真菌和根瘤菌互作促进苜蓿养分吸收、叶绿素合成,互作处理较对照叶绿素含量(soil and plant analyzer development value,SPAD值)提高61.85%,茎叶N含量提高26.5倍、P含量提高54.3倍,紫花苜蓿茎叶干重提高23.4倍(P<0.05)。AM真菌促进了紫花苜蓿根瘤的形成,较对照根瘤数多111.73%;AM真菌与根瘤菌二者互作,进一步促进了紫花苜蓿生长、养分吸收,降低了紫花苜蓿发病率,同时显著影响紫花苜蓿根系相关生化指标。互作处理提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性41.05%,β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase)活性33.9%,茉莉酸(jasmonic acid,JA)浓度23.32%,木质素(lignin)16.92%,脱落酸(abscisic acid,ABA)、一氧化氮(nitric oxide,NO)和过氧化氢(hydrogen peroxide,H 2O 2)浓度分别降低26.68%,9.63%和25.26%,丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量降低24.57%。综上所述,摩西管柄囊霉与苜蓿中华根瘤菌互作,可有效减轻紫花苜蓿镰刀菌萎蔫和根腐病的发生,二者具有良好的生防潜力。

菌根菌丝网络介导的番茄植株间机械损伤信号的传递

利用丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae, Fm)在供体与受体番茄根系间建立菌根菌丝网络(common mycorrhizal networks, CMNs),研究机械损伤供体植株叶片诱导产生的防御信号可否通过CMNs传递给受体植株,诱导受体植株产生防御反应.结果表明,机械损伤处理预先接种Fm的供体植株后,与供体有CMNs连接的受体植株叶片中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性以及受体植株叶片和根系苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)和β-1,3-葡聚糖基因(PR2)转录水平显著高于无菌根菌丝网络连接、菌根菌丝网络连接被阻断以及有菌根菌丝网络连接但供体植物叶片未机械损伤的对照处理,其叶片中,4种酶最高活性是无CMNs连接对照处理B的162.1%、69.1%、230.6%和54.6%,而叶片和根系中2个基因最高转录水平分别是无CMNs连接对照处理B的3.9、17.3和7.2、9.0倍.可见,机械损伤诱导供体番茄叶片产生的防御信号可以通过CMNs传递到邻近健康受体番茄植株,诱导其产生防御反应.

丛枝菌根菌丝网络介导的番茄植株根系间抗虫系统性信号的传递

利用丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)在供体与受体番茄根系间建立菌根菌丝网络,研究供体植株叶片被斜纹夜蛾取食诱导产生的抗虫系统防御信号可否通过菌根菌丝网络传递到受体根系,诱导受体植株根系产生防御反应.q-PCR分析表明,预先接种菌根菌Fm的供体植株被斜纹夜蛾取食后,其根系中丙二烯氧化物环化酶基因(AOC)、脂氧合酶基因(LOXD)、蛋白酶抑制剂Ⅰ和Ⅱ基因(PI-Ⅰ和PI-Ⅱ)转录水平显著高于仅被害虫取食和仅接种Fm的处理,以及既未接种Fm又未被害虫取食的对照.同时,与供体有菌根菌丝网络连接的受体植株根系中AOC、LOXD、PI-Ⅰ和PI-Ⅱ转录水平显著高于无菌根菌丝网络连接、菌根菌丝网络连接被阻断,以及有菌根菌丝网络连接但供体植物叶片未被害虫取食的处理,这4个基因最高转录水平分别为无菌丝网络连接对照受体植物的19.5、11.7、9.0、19.0倍.可见,斜纹夜蛾为害叶片可产生系统性防御信号,诱导供体根系产生抗虫防御反应,并且通过菌根菌丝网络将防御信号传递到邻近健康受体番茄根系.

丛枝菌根真菌促进南美蟛蜞菊生长及对难溶磷的吸收

为了解2种丛枝菌根真菌(AMF)摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae,FM)和地表球囊霉(Glomus versiforme,GV)对入侵植物南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)的生长和对难溶性磷酸盐利用的影响,采用沙培盆栽方式,研究了南美蟛蜞菊在接种AMF与添加难溶性磷酸盐的生长和磷含量的变化。结果表明,在磷限制环境下FM对南美蟛蜞菊的侵染率达55%~69%,GV的侵染率达到63%~80%。添加难溶性磷酸盐后,2种AMF均促进了南美蟛蜞菊茎的伸长(FM:+46%;GV:+65%)、总生物量的增加(FM:+27.2%;GV:+40%)和磷含量的增加(FM:+36.6%;GV:+40.7%)。对比FM,GV对植物利用难溶性磷有更显著的促进作用。因此,南美蟛蜞菊与2种AMF形成的共生体系可以促进植物生长和对营养资源的利用,提高对难溶性磷的吸收效率可能使得南美蟛蜞菊在营养贫乏的环境中更好地建立种群。

丛枝菌根根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应

为了探求丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应,本试验以摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)为供试AM真菌菌株,以紫花苜蓿(Medicago sativa)为宿主植物,利用盆栽法建立AM共生体后,再施加10 mg·kg-1阿特拉津进行胁迫.当阿特拉津去除率达到50%时,分别采集未接种+未施药(NM.NA)、接种+未施药(AM.NA)、未接种+施药(NM.AT)和接种+施药(AM.AT)4种处理的根际土壤,通过16S rRNA V4高通量测序技术解析了根际土壤细菌群落特征,以及其与接种F.mosseae、施加阿特拉津之间的相关性.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为4种处理根际土壤中的三大优势菌群.单独接种F.mosseae或施加阿特拉津均未对根际细菌群落α-多样性产生显著影响,但先接种F.mosseae形成AM后,施加阿特拉津可引起细菌群落Shannon指数显著增加.此外,接种F.mosseae提高了根际土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属Arthrobacter、Mycobacterium、Frankia和Stenotrophomonas的相对丰度,其中,Arthrobacter受F.mosseae、阿特拉津及其二者交互作用的显著性影响.本研究结果在一定程度上揭示了AM间接提高土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属的相对丰度,也可为利用AM真菌修复阿特拉津污染土壤奠定一定的理论基础.

丛枝菌根真菌Funneliformis mosseae锌转运体基因FmZnT1的克隆与表达分析

丛枝菌根(AM)真菌中锌(Zn)平衡或抗性的机制仍未被完全理解,主要是由于响应Zn压力抗性基因的分子信息有限。为了揭示AM真菌中Zn抗性的分子基础,利用兼并PCR与RACE技术从摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)中分离到一个全长cDNA,命名为Zn转运体FmZnT1,它与根内球囊霉(Rhizophagus intraradices)的GintZnT1基因密切相关。根据其序列与系统进化分析,FmZnT1属于阳离子扩散促进体(CDF)家族的Zn型亚家族。通过RT-PCR与定量RT-PCR的结果表明FmZnT1基因在AM真菌的各组织中组成型表达,与生长阶段和侵染率无关。在Zn^(2+)(300μmol/L)处理的紫云英菌根中FmZnT1基因的转录水平被迅速诱导,然而在长时间暴露于低Zn^(2+)(30μmol/L)浓度的菌根中FmZnT1的表达被显著上调。因此这些数据表明编码CDF家族Zn转运体的Fm Zn T1基因可能对摩西管柄囊霉(F.mosseae)中的Zn^(2+)压力具有抗性。总而言之,从本研究获得的数据能够对AM真菌中Zn平衡与Zn抗性有初步的理解。

栽培基质酸碱度对甘草生长及菌根效应的影响

为分析不同栽培基质的酸碱度对甘草生长及菌根效应的影响,使用摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae(FM)菌剂,以盆栽甘草Glycyrrhizauralensis为材料,以灭菌的水洗河沙为栽培基质,设置接菌组和空白组,浇灌以不同pH的水,处理60d后测定各处理组的侵染率、侵染密度、生物量指标、光合指标以及有效成分含量。实验结果表明,未接菌条件下,甘草更适合在pH 6–7范围内生长;接种菌剂后,甘草在pH 7–8范围内长势更佳。在pH 7–8范围内,菌根对甘草生长的贡献率较大,光合速率较快。接菌情况下,pH 7时,甘草有效成分积累高于其他接菌组和未接菌组。因此在甘草的种植应用上,摩西管柄囊霉F. mosseae适合在中性和偏碱性栽培基质上配合使用。

不同基质和菌种组合对丛枝菌根真菌扩繁效果的影响

为筛选出菌剂扩繁的最优组合,以玉米为宿主植物进行盆栽培养,设置了3种基质(风化煤+砂土+蛭石+珍珠岩1:1:1:1、伊利石+砂土+蛭石+珍珠岩1:1:1:1、砂土+蛭石+珍珠岩2:1:1),由丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)、根内球囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)和解磷菌斯氏泛菌(Pantoes stewarti,PS)组成6种菌种组合[CK(对照组)、Fm、Ri、Fm+PS、Ri+PS、Fm+Ri],研究不同基质和菌种组合对菌根真菌的侵染程度、产孢量、菌丝密度和玉米生长状况的影响.结果表明,摩西管柄囊霉和斯氏泛菌与风化煤+砂土+蛭石+珍珠岩组合的扩繁效果最佳,玉米的菌根侵染强度、产孢量、菌丝密度分别为91.7%、92个/cm3、5.05 m/g,同时玉米的叶绿素值和地上生物量也较高,显著高于其他单接AM真菌的组合(P<0.05).基质和菌种组合对菌根侵染强度、产孢量均有交互作用.在常规基质添加风化煤下,同时联合解磷菌斯氏泛菌,有助于摩西管柄囊霉能达到最佳的扩繁效果,摩西管柄囊霉、根内球囊霉联合接菌与风化煤+砂+蛭石+珍珠岩组合是扩繁联合菌剂的的最佳选择.