丛枝菌根共生体中碳、氮代谢及其相互关系

丛枝菌根共生体(arbuscular mycorrhiza, AM)是丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)与宿主植物之间形成的互惠共生形式.共生体中的碳、氮交换和代谢影响着宿主植物和共生真菌之间的营养平衡和资源重新分配,在物质和能量循环中发挥着重要作用.宿主植物光合固定的碳输送到真菌内,并且分解和释放真菌所需的生命物质和能量,包括促进孢子萌发、菌丝生长和提高氮等营养元素的吸收;而菌根真菌利用宿主植物提供的碳骨架和能量,发生氮的转化和运输,最终传递给宿主植物供其利用.本文综述了丛枝菌根共生体中碳、氮传输和代谢的主要模式,碳、氮的交互影响和调控机制,以促进丛枝菌根在可持续农业和生态系统中的应用.     

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。     

菌根真菌与植物共生营养交换机制研究进展

菌根是陆地生态系统普遍存在的、由土壤中的菌根真菌侵染宿主植物根系形成的联合共生体.菌根的建立是以共生体双方的营养交换为基础的:菌根真菌从土壤中吸收氮、磷等营养物质并转运给宿主植物,供其生长;作为交换,植物则以脂质或糖的形式向菌根真菌提供其生长所必需的碳水化合物.近年来,菌根真菌与宿主植物间的营养交换机制一直是研究的热点,国内外对菌根真菌介导的植物营养物质吸收和转运机制的研究也取得了巨大进展.本文综述了丛枝和外生两种菌根真菌与宿主植物间营养交换的最新研究进展,尤其是碳、氮、磷等几种重要营养物质的吸收与双向转运机制,以及营养交换在菌根形成中的潜在调控作用,并对目前存在的关键问题和未来研究方向进行了分析和展望,这对菌根模型的建立及菌根效益的优化具有重要意义.     

丛枝菌根利用氮素研究进展

氮素是植物需求量最大的元素,丛枝菌根真菌与植物形成共生体后能从土壤中获取无机氮、简单的氨基酸,还能利用一些复杂的有机态氮.考虑到NH+4在土壤中的移动性低及丛枝菌根真菌的专性共生菌的特点,丛枝菌根真菌吸收NH+4对植物的贡献较大.近年来的研究发现丛枝菌根真菌内存在与氮素代谢有关的鸟氨酸循环,而精氨酸则是菌丝内氮素转移的主要形式.综述最近的AMF对氮素的吸收、转运、同化、交换等方面的文献,旨在揭示丛枝菌根真菌氮素利用特点,阐明丛枝菌根真菌在氮循环系统中的重要作用.     

丛枝菌根真菌与植物硫素营养研究进展

丛枝菌根真菌是土壤微生物群落的重要组成部分,是最常见的地下共生菌,对植物和土壤具有多种有益作用。本文阐述了近年来丛枝菌根真菌对植物吸收土壤硫素的最新进展,在目前耕地缺硫状况下,着重分析了丛枝菌根真菌改善植物硫素营养以及丛枝菌根真菌利用硫素的分子调控机制,总结了影响菌根硫代谢的因素,并指出该研究方向仍存在的一些问题以及未来的研究侧重点。     

丛枝菌根真菌(AMF)对植物群落调节的研究进展

1 引言 菌根(mycorrhiza)是土壤中的菌根真菌与高等植物营养根系形成的一种共生体,菌根的个主要的类型(即外生菌根Ectomycorrhiza、内生菌根Endomycorrhiza、内外生菌根Ectendomycorrhiza)中,内生性的丛枝状菌根(Vesicular-Arbuscular mycorrhiza,AM)是分布最广泛、最普遍的一类菌根。土壤中的丛枝菌根真菌(Abuscular mycorrhizal fungi, AMF)与高等植物营养根系形成丛枝菌根(abuscular mycorrhiza, AM),能促进宿主对土壤中矿质元素P、NK、Cu、Zn等的吸收,提高宿主根系对根部侵染病菌的抵抗能力和增强植物对干旱、高温、高盐和…     

接种微生物对大豆生长及其根际土壤的影响

对沙土中的大豆接种丛枝菌根真菌及丛枝菌根真菌与解磷菌和根瘤菌联合接种, 动态监测大豆的生长状况和营养吸收情况。结果表明, 在沙土中, 根瘤菌与丛枝菌根真菌的组合效应对豆科植物营养元素的改善最为有效。接种丛枝菌根真菌以及丛枝菌根真菌与其他微生物联合应用对宿主矿质营养吸收尤其是磷吸收有明显的促进作用, 种植30 d、45 d 和64 d 接菌处理植物叶片的平均全磷含量比对照分别高1.45%、73%和56%。接种微生物使植物从土壤中吸收氮、磷、钾元素的强度比对照高, 接菌植物根际土壤养分浓度低于对照。接菌植物生物量显著高于对照, 单接种丛枝菌根真菌处理、双接种丛枝菌根真菌与解磷菌、双接种丛枝菌根真菌与根瘤菌以及丛枝菌根真菌、解磷菌与根瘤菌三种菌剂混合处理的总生物量分别比对照高出181%、134%、153%和89%。丛枝菌根真菌与解磷菌和根瘤菌三种菌剂混合接种对植物的促生作用并不明显。     

丛枝菌根共生关系的信号机制研究进展

在植物与微生物的共生体中,最广泛的互惠共生体就是丛枝菌根.真菌在植物根系形成菌根后,菌丝通过根的皮层细胞获取植物提供的碳源,同时将矿物营养和水从土壤转运到皮层细胞,这种共生过程的研究在生物多样性的保护、陆生植物的起源与演化、退化生态系统的修复与重建以及农业、林业和园艺业的应用具有重要的意义.近年来丛枝菌根真菌与植物根系建立共生关系的信号传导途径和作用机制备受关注,也取得了突破性的进展.本文对丛枝菌根真菌与植物根系在共生关系形成、营养交换以及防御方面的分子信号和细胞方面的研究进展进行综述,并对发展前景作以展望.     

菌根真菌与兰科植物氮营养关系的研究进展

兰科植物是典型的菌根植物。兰菌根是兰科植物根与真菌形成的菌根共生体。兰菌根真菌的营养来源影响宿主植物的生活方式和营养水平。氮是植物生长的主要限制因子。兰科植物具有富集氮的特征, 其组织和器官的氮含量通常高于同生境中的其他植物。该文综述了兰菌根真菌类别、兰科植物氮营养特征和兰菌根的氮转移机制等的研究进展, 以期为兰科植物资源的保护、再生及可持续利用的相关研究提供参考和借鉴。     

丛枝菌根真菌-植物共生体耐盐机制的研究进展

土壤盐碱化严重制约农业发展并影响生态环境.丛枝菌根真菌(AMF)与植物形成的共生体作为生态系统的有机组成部分,因其形成的广泛性,可增强植物抗盐碱胁迫的能力,具有不可忽视的生态调节作用.本文从盐胁迫对AMF发育的影响、盐胁迫下AMF对植物生长的影响、AMF增强植物耐盐性的内在机制等3个方面阐述了丛枝菌根真菌-植物共生体耐盐性的机制.并结合当前研究存在的难题以及发展趋势对今后本领域的研究方向做出展望.     

来源对丛枝菌根真菌功能的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一种具有重要生态功能的根际微生物。影响AMF功能的因素主要包括AMF、宿主,以及其它生物与非生物环境。近年来,大量研究表明不同来源的AMF功能存在显著差异。结合该领域的最新研究成果,从基因变异和表型可塑性两方面分析了来源影响AMF功能的原因和维持机制,并对其生态学意义进行了探讨。认为应从群落水平上研究不同来源的AMF在生态系统中的功能,重视宿主的作用,保持研究对象的对等性,并区分AMF群落结构和来源对功能的不同影响。对未来的研究重点和方向进行了讨论和展望,试图为更加清晰、全面地认识AMF在生态系统中的功能,以及AMF适应特定土壤环境与宿主的机制提供参考。     

AM真菌物种多样性:生态功能、影响因素及维持机制

AM真菌物种多样性是土壤生态系统生物多样性的重要组分之一。尽管对AM真菌多样性已有多年研究,但是,已有研究绝大多数仅停留在对AM真菌群落种属解析层面上,对AM真菌物种多样性生态功能及维持机制方面的认识较浅。从生态功能、影响因素及维持机制3个方面系统地综述了近年来AM真菌多样性领域的研究进展。认为AM真菌多样性对植物群落生产力的调控机制及结合理论与实践解析AM真菌多样性维持机制是该领域未来的重点研究方向。     

Comparing symbiotic performance and physiological responses of two soybean cultivars to arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress

The presented experiments evaluated the symbiotic performance of soybean genotypes with contrasting salt stress tolerance to arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculation. In addition, the physiological stress tolerance mechanisms in plants derived from mutualistic interactions between AMF and the host plants were evaluated. Plant growth, nodulation, nitrogenase activity and levels of endogenous growth hormones, such as indole acetic acid and indole butyric acid, of salt-tolerant and salt-sensitive soybean genotypes significantly decreased at 200 mM NaCl. The inoculation of soybean with AMF improved the symbiotic performance of both soybean genotypes by improving nodule formation, leghemoglobin content, nitrogenase activity and auxin synthesis. AMF colonization also protected soybean genotypes from salt-induced membrane damage and reduced the production of hydrogen peroxide, subsequently reducing the production of TBARS and reducing lipid peroxidation. In conclusion, the results of the present investigation indicate that AMF improve the symbiotic performance of soybean genotypes regardless of their salt stress tolerance ability by mitigating the negative effect of salt stress and stimulating endogenous level of auxins that contribute to an improved root system and nutrient acquisition under salt stress.     

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。     

丛枝菌根真菌生物地理学研究进展

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)普遍存在于陆地生态系统中,能与绝大多数高等植物形成菌根共生体系。AMF能够促进植物对矿质养分的吸收,增强植物的抗逆能力,在维持生态系统稳定性和生产力中发挥着重要作用。AMF生物地理学主要研究AMF的生物地理分布格局和群落构建机制,对于理解AMF在不同生态系统中的重要性至关重要。总结了AMF生物地理学最新研究进展及研究方法,提出了AMF生物地理学研究理论框架。认为AMF在自然界中并非简单随机分布,宿主植物、地理因子、气候因子和土壤因子共同决定AMF的群落结构,不同尺度下的AMF群落构建符合生态位-中性连续统假说,但在不同尺度下这些驱动因子的相对重要性不同。在全球尺度和区域尺度下,AMF的地理分布格局主要受地理距离和气候因子的影响,中性理论的作用大于生态位理论。随着空间尺度的缩减,宿主植物和环境因子对AMF群落的影响胜过地理距离和扩散限制的作用,生态位理论取代中性理论在AMF群落构建中的主导地位。此外,很多研究发现,同一生境中AMF的群落构建机制并非一成不变,会随环境的变化而发生改变。在未来的研究中,应在野外调查和公共数据库的基础上加强整合分析和数据挖掘工作,从而进一步丰富和完善AMF生物地理学理论。     

固氮菌缓解氮限制环境中丛枝菌根真菌对加拿大一枝黄花的营养竞争

丛枝菌根真菌(AMF)能与大多数陆生植物的根系形成共生体, 有助于宿主植物吸收养分。但营养胁迫下, 根系微生物对AMF与宿主植物间关系的影响少见报道。该研究假设: 在营养极度匮乏(如氮胁迫)环境下, AMF与宿主植物可能产生营养竞争, 而固氮菌的介入能够缓解两者对营养的竞争关系。为了验证这一假设, 该文探究了加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)生长受限的氮浓度, 并在氮受限条件下检验了AMF、加拿大一枝黄花及固氮菌三者间的关系。结果表明: 低氮处理明显抑制了加拿大一枝黄花的地上生物量和总生物量, 尤其以0.025 mmol·L^-1 N的氨态氮对加拿大一枝黄花的负影响更甚。在此氮浓度下, 单独添加AMF总体上都进一步抑制了加拿大一枝黄花的生长, 而固氮菌的添加在一定程度上提高了氮受限条件下AMF对宿主的根部侵染率及宿主植物生物量。这表明固氮菌能够缓和氮受限条件下AMF和加拿大一枝黄花间的营养竞争关系。研究结果加深了对外来植物在极度营养胁迫环境下与多种微生物互作的入侵机制的理解。     

Nitrogen-fixing bacteria alleviates competition between arbuscular mycorrhizal fungi and Solidago canadensis for nutrients under nitrogen limitation

丛枝菌根真菌(AMF)能与大多数陆生植物的根系形成共生体, 有助于宿主植物吸收养分。但营养胁迫下, 根系微生物对AMF与宿主植物间关系的影响少见报道。该研究假设: 在营养极度匮乏(如氮胁迫)环境下, AMF与宿主植物可能产生营养竞争, 而固氮菌的介入能够缓解两者对营养的竞争关系。为了验证这一假设, 该文探究了加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)生长受限的氮浓度, 并在氮受限条件下检验了AMF、加拿大一枝黄花及固氮菌三者间的关系。结果表明: 低氮处理明显抑制了加拿大一枝黄花的地上生物量和总生物量, 尤其以0.025 mmol·L^-1 N的氨态氮对加拿大一枝黄花的负影响更甚。在此氮浓度下, 单独添加AMF总体上都进一步抑制了加拿大一枝黄花的生长, 而固氮菌的添加在一定程度上提高了氮受限条件下AMF对宿主的根部侵染率及宿主植物生物量。这表明固氮菌能够缓和氮受限条件下AMF和加拿大一枝黄花间的营养竞争关系。研究结果加深了对外来植物在极度营养胁迫环境下与多种微生物互作的入侵机制的理解。     

禾草内生真菌对其它微生物的影响研究进展

禾草内生真菌在宿主植物的茎叶等地上组织中普遍存在,不仅能够提高禾草对生物与非生物逆境的抗性,而且能够对周围环境中的不同微生物类群产生影响。主要总结了禾草Neotyphodium/Epichlo内生真菌对病原真菌、丛枝菌根真菌和土壤微生物的影响及其作用机理。发现禾草内生真菌普遍存在对病原真菌的抑制作用,而对丛枝菌根真菌存在不对称的竞争作用,且因种类而异。禾草内生真菌对土壤微生物群落的作用则会随着土壤类型和时间等外界因素发生变化。禾草内生真菌对不同类群微生物的影响机制主要包括:通过生态位竞争、抑菌物质分泌、诱导抗病性等对病原真菌造成影响;通过根系化学物质释放、营养元素调节、侵染条件差异等对丛枝菌根真菌造成影响;通过根际沉积物和凋落物等对土壤微生物群落造成影响。禾草内生真菌产生的生物碱能提高宿主植物对包括昆虫在内草食动物采食的抗性,影响病原菌的侵入、定殖和扩展;根组织分泌物中包含次生代谢产物能够抑制菌根真菌、土传病原真菌及其它土壤微生物的侵染与群落组成;也可能通过次生代谢物影响禾草的其它抗性。因此,禾草内生真菌在植物-微生物系统中的作用应该给予更多的关注和深入研究。     

Current developments in arbuscular mycorrhizal fungi research and its role in salinity stress alleviation: a biotechnological perspective

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form widespread symbiotic associations with 80% of known land plants. They play a major role in plant nutrition, growth, water absorption, nutrient cycling and protection from pathogens, and as a result, contribute to ecosystem processes. Salinity stress conditions undoubtedly limit plant productivity and, therefore, the role of AMF as a biological tool for improving plant salt stress tolerance, is gaining economic importance worldwide. However, this approach requires a better understanding of how plants and AMF intimately interact with each other in saline environments and how this interaction leads to physiological changes in plants. This knowledge is important to develop sustainable strategies for successful utilization of AMF to improve plant health under a variety of stress conditions. Recent advances in the field of molecular biology, “omics” technology and advanced microscopy can provide new insight about these mechanisms of interaction between AMF and plants, as well as other microbes. This review mainly discusses the effect of salinity on AMF and plants, and role of AMF in alleviation of salinity stress including insight on methods for AMF identification. The focus remains on latest advancements in mycorrhizal research that can potentially offer an integrative understanding of the role of AMF in salinity tolerance and sustainable crop production.