丛枝菌根真菌对植物抗旱性研究进展

植物作为固着生物,采取多种策略应对各种外界刺激和胁迫环境,其策略之一就是与丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)建立共生关系。AMF可与80%以上的陆地植物形成共生关系,促进植物生长发育,提高植物抗旱性。AMF增强植物的抗旱性机制主要包括促进土壤团粒结构形成、改善根系构型、提高植物吸收水分能力、增强植物营养摄取、提高植物光合能力及水分利用效率、降低植物氧化损伤、强化渗透调节能力、调节内源激素水平及诱导相关基因的表达。本文从形态、生理生化及基因表达等层面综述了近年来国内外有关AMF提高植物抗旱性方面的研究进展,并提出当前研究存在的问题及今后研究的建议,为加快AMF这一高效生物技术的应用提供帮助。     

丛枝菌根真菌与豆科植物共生体研究进展

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一类广泛分布在土壤中与植物根系共生的真菌,几乎所有的农业生态系统和自然界的土壤中都有AMF的分布。在AMF与植物的共生体中,AMF消耗植物光合有机产物的同时,将土壤中更多的磷和氮等营养物质转运给寄主植物。豆科植物作为一种重要的农业种质资源,能与AMF形成共生体系。研究表明,AMF能够促进豆科植物生长、提高其对矿质营养元素和水分的吸收能力、增强其生物固氮能力和抗逆能力等。为了更好地利用AMF促进豆科植物的生产,本研究分析了共生体建立过程中可能存在的信号转导机制,论述了AMF提高豆科植物产量及营养价值的研究成果,阐明了AMF提高豆科植物抗逆能力的内在机制,探讨了AMF与根瘤菌的互作的潜在机制,并对今后AMF与豆科植物共生在农业领域的研究方向进行了展望。     

施氮下丛枝菌根真菌对羊草化学计量特征的影响

丛枝菌根真菌(AMF)能与大多数陆地植物形成共生关系,提高植物对碳(C)、氮(N)、磷(P)等营养元素的利用效率,改变植物碳氮磷化学计量特征.以禾本科牧草羊草(Leymus chinensis)为研究对象,研究对照、施氮、施AMF及施氮+AMF 4种处理对羊草碳氮磷生态化学计量特征的影响.结果表明:施AMF对羊草氮含量...     

丛枝菌根真菌接种对白车轴草耐盐性的影响

丛枝菌根真菌(AMF)可与植物共生形成复杂的菌丝网络,影响植物生长及抗逆能力。目前关于AMF对白车轴草耐盐性的影响尚存争议,本研究采用盆栽试验,研究在盐胁迫条件下(NaCl浓度为150 mmol·L^-1),接种AMF对拉丁诺白车轴草耐盐性的影响。结果表明,在盐胁迫条件下,与对照相比,白车轴草的生长与生理指标均受到抑制。盐胁迫下接种AMF后,白车轴草株高、干重、PSⅡ最大光能转换效率和相对含水量均有增加,丙二醛(MDA)含量以及相对电导率有所降低,渗透调节物质均有提高,其中可溶性糖(SS)和游离脯氨酸(Pro)含量分别提高了32.03%和9.42%。说明盐胁迫抑制白车轴草的生长,接种AMF增强了白车轴草抗逆适应能力,促进白车轴草的生长,增加渗透调节物质含量,提高白车轴草耐盐胁迫的能力。     

农业生态系统中AM真菌、禾草内生真菌及病原菌互作

丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)、禾草内生真菌和植物病原菌广泛存在于农业生态系统中。AMF和禾草内生真菌均能与宿主植物形成共生体,促进宿主植物对养分、水分的吸收,提高植物对病害、干旱等生物和非生物逆境的抗性。植物病原菌引致的植物病害可降低植物产量和品质,造成生产上的重大损失。AMF可降低植物发病率和病情指数,其机理包括AMF与病原菌竞争侵染位点,养分和空间、消耗病原菌的能量、提高菌根植物对水分和养分的利用效率、调节病程相关蛋白。禾草内生真菌可通过分泌抑菌活性物质、诱导植物体产生抗性反应及减少病害介体的传播,提高植物地上生物量和抗病性。AMF和禾草内生真菌与其它微生物的互作因植物、真菌而异,有相互促进的效应,也有相互抑制的效应。研究和明确农业生态系统中三类微生物的互作机理,进而利用禾草内生真菌和AMF提高抗逆性及产量、防治病害,对于促进和维持农业生态系统可持续发展具有重要的意义。     

丛枝菌根真菌与豆科植物共生的研究进展

丛枝菌根真菌(AMF)作为一种专性共生土壤真菌,可以与大部分植物形成共生关系。对豆科植物而言,AMF可以与根瘤菌混合共生,直接参与固氮细菌能量与物质的代谢,对豆科植物的生存竞争十分有利。笔者从AMF与豆科植物的相互选择性,AMF与根瘤菌、豆科植物的联合共生,季节性变化对AMF和豆科植物细根周转的影响方面阐述了AMF在豆科植物生长过程中的重要调节作用。同时提出,AMF在生态系统中的作用及在今后研究中应重点关注的几个方面。     

丛枝菌根真菌与根瘤菌对3种豆禾混播植物种间互作的影响

丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)和根瘤菌是两类重要的土壤微生物,可与宿主植物形成互利共生关系。本研究通过对多年生黑麦草(Lolium perenne)、鸭茅(Dactylis glomerata)和白三叶(Trifolium repens)构建的混播组合接种AMF和根瘤菌,探讨两种微生物对3种植物竞争关系的调控机制。结果表明,混播处理中鸭茅和多年生黑麦草的株高及生物量显著高于各自的单播处理,白三叶的株高及生物量显著低于其单播处理;接种AMF提高了混播中白三叶的株高、生物量、根系结瘤数,但AMF抑制了群落中优势种鸭茅的生长,缓解了鸭茅对白三叶的竞争排除作用。综上所述,双接种AMF和根瘤菌进一步提高了混播中白三叶的地下生物量及结瘤数,促进白三叶生长固氮并调节了3种植物的种间竞争关系,从而有利于豆禾混播群落功能性和稳定性的维持。     

丛枝菌根真菌与个体植物的关系及其对群落生产力和物种多样性的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是陆地生态系统的重要组成部分,能够与大约80%的陆地植物种类形成AMF-植物共生体。AMF能够影响个体植物的养分吸收,调节物种间的相互作用和植被更新,进而对群落生产力和物种多样性产生重要影响。为了把握AMF与个体植物、植物种间作用以及植物群落关系的研究现状,阐明AMF对群落生产力和物种多样性的作用机制,本研究拟从以下几个方面进行论述。首先,分析了物种水平上AMF与植物间的共生关系及其影响因素,提出预测AMF在不同土壤磷水平下对植物生长影响的概念模型。其次,总结了AMF对植物种间相互作用关系以及幼苗定植的影响。最后,分析了AMF对群落生产力和物种多样性的作用机制,提出相应的预测模型。对于实际生产,本文的研究结果能够应用到牧草生产和草地管理中,为利用人工草地土壤中AMF的养分吸收功能和天然草地的多样性保育及稳定性维持提供了科学根据。对于学术研究,本文综合了国内外最新研究进展,分析了当前研究中存在的科学问题,并对今后的研究方向进行了展望。     

AMF及短期增温增雨互作对植物吸收氮磷功能的影响

为研究气候变化是否影响植物-真菌共生关系及植物的吸收功能,本试验以青藏草原优势植物垂穗披碱草（Elymus nutans）和草地早熟禾（Poa pratensis）为研究对象,选取管柄囊霉属（Funneliformis）丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrizal fungi,AMF）进行室内控制试验。结果表明：增温促进了AMF和植物的共生,接种AMF及短期增温增雨互作对植物吸收氮磷功能的影响并不一致。对垂穗披碱草而言,增温增雨对其生长的土壤pH、全氮和有效磷含量均无显著影响,增雨促进了植物磷吸收（P<0.05）,增温处理下接种AMF提高了植物氮磷含量（P<0.05）;对草地早熟禾而言,增温增雨提高了植物氮磷含量和土壤电导率、降低了土壤全氮含量（P<0.05）,增温提高了土壤有效磷含量（P<0.05）,增雨处理下接种AMF后降低了植物氮磷含量（P<0.05）。     

禾本科牧草内生真菌的研究与应用

内生真菌广泛分布在禾本科植物体内,通常与寄主植物形成互利共生的关系。本研究就禾本科牧草内生真菌的分布及传播特点,增强寄主植物的抗虫性、抗病性和抗旱性,促进寄主植物生长并提高其竞争能力,以及对家畜的危害和如何有效利用等问题进行综述。     

丛枝菌根真菌和磷对干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗生长与生理特征的影响

丛枝菌根真菌(AMF)是一种存在于生态系统中重要的土壤微生物,广泛应用于植物的防旱、抗旱。本研究选用紫花苜蓿(Medicago sativa)为试验材料,分别研究了接种丛枝菌根真菌、磷和水分对其生物量、株高、脯氨酸和丙二醛含量的影响。结果表明,磷浓度变化对紫花苜蓿生长发育状况影响不显著,而接种AMF后可大幅度改善紫花苜蓿的抗旱性能。其中,水分充足(即田间持水量75%~80%)条件下紫花苜蓿生长状况最好;随着水分降低,紫花苜蓿生物量与株高显著下降,脯氨酸、丙二醛含量增加,酶活性下降。接种AMF对紫花苜蓿的生长状况以及相关生理生化指标均有显著改善作用。综合接种AMF和磷处理结果显示,施加0.25 mmol·L-1KH2PO4Hogland营养液并接种AMF的试验组抗旱效果最好,说明在干旱胁迫下,一定施磷水平下接种AMF可有效地提高紫花苜蓿的抗旱性。     

AM菌根真菌对非生物逆境的响应及其机制

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）广泛存在于农业生态系统中,是土壤中重要的微生物成员之一,能与宿主形成共生体,对植物具有多种有益效应。AM真菌共生体可改善土壤理化性状,改善根围微生物区系,促进植物水分和养分吸收利用,提高植物抗氧化保护酶（SOD,POD,CAT,PPO,PAL）活性和抗氧化剂（谷胱甘肽和抗坏血酸）含量,增加渗透调节物质的含量,减少超氧自由基的产生,诱导信号物质和次生代谢物质产生,诱导植物防卫基因表达,从而促进植物对非生物逆境的抗性,降低逆境胁迫对植物造成的伤害。通过总结近年来国内外有关AM真菌提高宿主植物对干旱、盐、温度、重金属等非生物逆境抗性的研究进展,阐述了AM真菌提高植物抗逆性的作用机制,同时讨论了AM真菌在植物抗生物逆境领域的前景。     

过量表达紫花苜蓿MsHB7基因对拟南芥耐旱性的影响

同源异型域-亮氨酸拉链蛋白（HD-Zip）第I类亚家族在植物非生物胁迫调控过程中起着重要作用,已在多个物种中进行了克隆鉴定,但关于紫花苜蓿该家族基因的研究还鲜有报道。本研究旨在研究紫花苜蓿HD-Zip第I类亚家族基因MsHB7对拟南芥抗旱性的调控功能。通过克隆得到大小为738 bp、编码245个氨基酸的MsHB7基因的开放阅读框。多重序列比对和系统进化树分析结果显示,MsHB7蛋白属于HD-Zip I亚家族,且与拟南芥中ATHB7和ATHB12亲缘关系较近。实时荧光定量分析表明,MsHB7基因受干旱诱导。将MsHB7基因转化拟南芥并获得了阳性植株。干旱处理后,转基因拟南芥比野生型拟南芥萎蔫程度更明显,转基因植株相对含水量显著低于野生型拟南芥,并积累了更多的脯氨酸和丙二醛。qRT-PCR检测发现处理之后逆境胁迫指示基因ATCAT1、 ATDREB2A和ATRD29A在转基因拟南芥中的表达量显著升高,而ATLEA3的表达量显著下降。上述结果表明MsHB7基因的过表达可降低转基因拟南芥的耐旱性,为进一步开发利用该基因提供理论依据。     

干旱胁迫下AMF对枳生长和活性氧代谢的影响

在正常水分和干旱胁迫下,研究丛枝菌根真菌(AMF)Funneliformis mosseae对枳生长和活性氧代谢的影响。结果表明：6 周的干旱处理显著抑制了枳根系菌根侵染率和植株生长。接种AMF能显著增加正常水分和干旱胁迫下枳株高、茎粗、叶片数,也显著降低叶片丙二醛、过氧化氢和超氧阴离子自由基含量,并显著增强叶片超氧化物歧化酶(主要是Mn-SOD和Cu/Zn-SOD)、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性。研究揭示了菌根化植株具有更高的抗氧化防御能力,导致较低的氧化伤害,从而增强植物的抗旱性。     

荒漠草原植物抗旱生理生态学研究进展

荒漠草原植物由于长期在干旱环境下生存,形成了一系列抵御干旱逆境的生理生态机制.研究其生理生态学适应机制,对当前植物抗逆育种、生态环境恢复和作物抗旱性能评价等都具有重要意义.简要回顾了近20年来国内外在荒漠草原植物生理生态学方面的研究进展,包括形态结构、水势和渗透调节、光合和水分利用效率、蒸腾和气孔导度以及种群和群落等对水分胁迫的响应,并结合各个领域当前采用的主要实验手段进行了评述.进而分析了我国在上述领域的研究现状和应予以重点关注的问题.     

细叶百合LpWRKY20基因对非生物胁迫的响应及抗旱性分析

以细叶百合LpWRKY20基因为研究对象,通过荧光定量(qRT-PCR)分析该基因在不同非生物胁迫中的表达,结果表明,在不同非生物胁迫中该基因表达量存在差异。利用叶盘法将pBI121-LpWRKY20-GFP植物表达载体转入烟草并获得转基因株系。在干旱胁迫条件下,转基因植株的表型优于野生型;转基因植株超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均高于野生型,且随着时间的延长这种清除体内自由基的能力在显著升高,而丙二醛(MDA)含量均低于野生型,说明转基因植株细胞膜受损程度较低,具有较强的自我修复能力。干旱条件下表型及生理指标的变化均表明转基因植株具有较强的抗旱性,初步推断LpWRKY20具有抗旱的功能。     

Fungal Facilitation in Rangelands: Do Arbuscular Mycorrhizal Fungi Mediate Resilience and Resistance in Sagebrush Steppe?

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) may exert profound influences on ecosystem resilience and invasion resistance in rangelands. Maintenance of plant community structure through ecological feedback mechanisms such as facilitation of nutrient cycling and uptake by host plants, physical and chemical contributions to soil structural stability, and mediation of plant competition suggest AMF may be important facilitators in stressful arid environments. Plant-AMF interactions could influence succession by increasing native plant community resilience to drought, grazing, and fire and resistance to exotic plant invasion. However, invasive exotic plants may benefit from associations with, as well as alter, native AMF communities. Furthermore, questions remain on the role of AMF in stressful environments, specifically the mycorrhizal dependency of sagebrush (Artemisia spp.) steppe plant species. Here, we review scientific literature relevant to AMF in rangelands, with specific focus on impacts of land management, disturbance, and invasion on AMF communities in sagebrush steppe. We highlight the nature of AMF ecology as it relates to rangelands and discuss the methods used to measure mycorrhizal responsiveness. Our review found compelling evidence that AMF mediation of resilience to disturbance and resistance to invasion varies with plant and fungal community composition, including plant mycorrhizal host status, plant functional guild, and physiological adaptations to disturbance in both plants and fungi. We conclude by outlining a framework to advance knowledge of AMF in rangeland invasion ecology. Understanding the role of AMF in semiarid sagebrush steppe ecosystems will likely require multiple study approaches due to the highly variable nature of plant-AMF interactions, the complex mechanisms of resilience conference, and the unknown thresholds for responses to environmental stressors. This may require shifting away from the plant biomass paradigm of assessing mycorrhizal benefits in order to obtain a more holistic view of plant dependency on AMF, or lack thereof, in sagebrush steppe and other semiarid ecosystems.     

混合接种摩西球囊霉和根瘤菌对紫花苜蓿耐碱能力的影响

紫花苜蓿是多年生优质豆科牧草,对改善生态环境和农牧作物结构调整有重要作用。然而,土地盐碱化严重影响苜蓿正常的生长发育。丛枝菌根真菌(AMF)和根瘤菌是土壤中较为常见的共生菌,可与紫花苜蓿等豆科植物共生,并能与苜蓿形成AMF-苜蓿-根瘤菌共生系统。本研究利用摩西球囊霉菌和中华根瘤菌单接种、混合接种紫花苜蓿,比较单接种和混接种对其耐碱能力的影响。结果表明:在正常情况下,单接种和混合接种与未接种(NI)相比生长量均有所提高,主要表现在叶绿素含量更高,植株的根长、株高相对较大,分枝数较多,生长更加茂密。碱胁迫处理后,各组植株生长均受到不同程度的抑制,而混合接菌组则表现出更高的耐碱性,与NI组相比,主要表现在有较低的MDA含量和相对电导率,有较高的细胞相对含水量, 并且表现出较高的抗氧化酶的活性(SOD、POD、CAT)。综合以上指标分析,单接种和混合接种均能提高植株的渗透调节能力和抗氧化能力,降低细胞膜的损伤,但混合接种的效果更佳。     

过表达FaSAMDC基因提高黑麦草属植物的抗旱性和耐热性

主要探讨了在黑麦草属植物中导入高羊茅S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因(FaSAMDC)对转基因植株抗旱耐热性的提高效果,为培育黑麦草抗旱耐热新品种提供种质新材料。选择黑麦草成熟种子为外植体,采用贵州省草业研究所分子生物学实验室构建的过表达载体以及黑麦草胚性愈伤组织高频植株再生和农杆菌介导的遗传转化体系,将克隆自高羊茅的FaSAMDC基因转入贵州地区主栽品种多花黑麦草特高和多年生黑麦草四季的基因组内,经抗性筛选、PCR检测和Southern杂交分析验证,获得45株特高与44株四季的转基因植株,转化频率分别为2.93%和2.28%。抗旱耐热试验表明,在30 ℃高温和中度干旱胁迫条件下,特高转基因株系的根冠比比对照组培苗高出7.08%,叶片相对含水量(RWC)比对照高出13.12%,RWC降低幅度比对照少5.49个百分点;四季转基因株系的根冠比比对照组培苗高出6.54%,RWC比对照高出12.54%,RWC降低幅度比对照少6.50个百分点,差异均达到显著水平(P<0.05),证明转入FaSAMDC基因的黑麦草阳性株系的抗旱耐热能力得到了明显提高。形态与生长特征观测结果显示,与非转基因组培苗相比,转基因株系的叶长、株高、主茎节数减小,叶宽、单株分蘖数增加,叶色变深,植株形状趋向于叶片丛生的紧凑型,推测导入的FaSAMDC基因参与了基因表达、细胞分裂等生理功能的调节。