氮、磷供给水平对丛枝菌根真菌生长发育的影响

为了研究营养元素氮、磷对丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungus）生长发育的影响,以黄瓜、番茄为宿主植物,采用半液培的方式,在LAN营养液的基础上,设置不同氮、磷供给水平的处理。结果显示,同一N、P处理水平条件下,接种处理对黄瓜植株地上部和根系的生物量未产生显著影响。不同N、P供应水平对菌根生长发育显著影响。提高供氮水平显著增加了菌根结构的数量,同时降低了植株地上部的磷含量;而磷处理对侵染结构的影响因不同供氮水平而有所差异,供N 0.3 mmol/L时,提高磷供给水平显著降低了侵染结构的数量,而当把供氮水平提高到N 3 mmol/L时,随着供磷水平的增加,菌根侵染结构数量显著增加。在此条件下,基于氮对菌根真菌和植株磷营养状况的影响的一致性,氮对菌根结构的作用可能源于氮、磷之间的交互作用。     

Bt基因导入对侵染丛枝菌根真菌的玉米生长生理及磷转运基因表达的影响

为了分析Bt玉米与常规玉米对接种丛枝菌根真菌响应的异同,本文在接种摩西球囊霉(Funneliformis mosseae)和不接种的条件下,对比分析了两个Bt玉米品种‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)以及同源常规玉米品种‘5422’根系中丛枝菌根真菌侵染率、磷转运基因的表达量、生长和养分利用状况。结果表明:生长50 d和80 d时,Bt玉米‘5422Bt1’和‘5422CBCL’根系丛枝菌根真菌侵染率显著高于常规玉米‘5422’,分别比‘5422’高13.54%、11.24%和9.83%、6.70%;50 d取样时,接菌和不接菌处理玉米‘5422Bt1’、‘5422CBCL’和‘5422’根系内的磷转运基因表达量均没有显著差异;接菌和不接菌处理下玉米‘5422Bt1’的干重显著高于‘5422CBCL’相应的处理,而与‘5422’没有显著差异;80 d取样时,不接菌处理玉米‘5422Bt1’的根长、根表面积和根体积显著高于‘5422’和‘5422CBCL’不接菌处理。Bt基因的导入主要影响了两个Bt玉米品种(‘5422Bt1’和‘5422CBCL’)苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用,与常规玉米品种‘5422’相比,合成Bt蛋白消耗了部分氮素和磷;3个玉米品种对接种AMF的响应不同,接菌处理提高了‘5422Bt1’和‘5422CBCL’苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用。在磷养分条件满足玉米生长需要的条件下,接种丛枝菌根真菌对Bt玉米磷转运基因表达量和磷的吸收利用没有显著影响。Bt基因的导入以及接种F.mosseae对Bt玉米生长和养分利用的影响与不同转化事件形成的品种特性相关。     

葫芦科蔬菜对丛枝菌根真菌依赖性的研究

在盆栽条件下试验研究了5种葫芦科（Cucurbitaceae)蔬菜对2种丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)真菌的语性。结果表明，AM真菌Glomus mosseae(G.m)和Gigaspora rosea(Gi,r)均能有效地促进葫芦科蔬菜的生长，显著增加叶面积和植株干物质量，提高叶片的光合速率，降低气孔阻力。供试葫芦科蔬菜对菌根的依赖程度顺序为黄瓜＞西瓜＞苦瓜＞葫芦＞南瓜。5种葫芦科蔬菜对AM的依赖性与AM真菌对根系的浸染率呈正相关关系，符合直线回归方程：y＝117．19＋0．7468x。     

接种丛枝菌根真菌对甘薯生长的影响研究

温室盆栽试验研究 3种丛枝菌根真菌 (AM )对甘薯生长的影响结果表明 ,灭菌土壤条件下接种 3种AM真菌 (GlomusmosseaeBEG16 7GlomusintraradicesBEG14 1和Glomussp .WUM2 6 )均不同程度促进甘薯对P的吸收和植株生长 ,其中BEG16 7和BEG14 1对甘薯效应显著高于WUM2 6 ;各接种处理菌丝长度差异及琥珀酸脱氢酶(SDH)活性与其对甘薯的生长效应基本一致 ;接种BEG16 7和BEG14 1的生长效应无显著差异 ,但接种BEG16 7菌丝长度显著大于BEG14 1,其原因可能是BEG16 7菌丝活性低于BEG14 1所致。未灭菌土壤条件下接种 3种AM真菌对甘薯的生长效应不显著 ,而土著AM真菌繁殖体数量较多可能是影响其接种效果的主要原因。     

丛枝菌根真菌促进植物摄取土壤磷的作用机制

磷在土壤中易被固定沉淀,在植物磷利用率低的情况下,过度施肥会造成磷肥浪费,可能通过地表径流、地下水溶解等方式,造成水体富营养化产生面源污染,对人类生产生活造成较大影响。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)和植物结合所形成的共生菌根可以显著增强植株对磷的吸收利用。通过AMF可以提高宿主植株对磷的吸收转运的特性,从AMF促进植株对磷元素的摄取机制、AMF促进植物磷摄取分子机理、AMF作用下根系分泌物对植株磷利用的影响与根际微生物对AMF磷元素利用的影响4个方面的研究进展进行分析总结。AMF可以通过改变宿主植株的根系形态和菌丝网络的形成,扩大植株对养分吸收范围;释放有机酸、磷酸酶和质子等根系分泌物改变土壤结构和理化性质,与根际微生物共同作用降解土壤中难溶性磷酸盐;诱导相关磷转运蛋白基因的特异性表达,提高植株对磷的转运能力而促进其吸收。     

丛枝菌根真菌根内菌丝碱性磷酸酶活性与菌根共生效应的研究

试验研究 3种丛枝菌根真菌根内菌丝碱性磷酸酶活性与菌根共生效应的结果表明 ,3种丛枝菌根真菌对宿主植物的效应不同 ,与接种G .spp处理和未接种对照相比 ,接种G .m和G .i处理显著增加玉米地上部和根系干物质量、P浓度和吸P量 ,但后两者间无显著差异 ;而接种G .spp处理与对照无显著差异。播种后 35d时接种G .m和G .i处理根内菌丝碱性磷酸酶活性显著高于接种G .spp处理 ,而前二者间无显著差异 ,且随生长时间的变化趋势相似 ,35d时酶活性最高 ,35～ 5 0d呈迅速下降趋势 ,至 70d时酶活性仍下降且趋于平缓。G .spp酶活性则一直处于较低水平 ,随生长时间的延长略有起伏。即接种不同丛枝菌根真菌时 ,根内菌丝碱性磷酸酶活性高的菌根真菌对玉米生长促进作用较大 ,可提高玉米P营养状况 ;反之则对玉米生长和P营养状况无明显促进作用 ,且与对照无显著差异。出苗后 35d时根内菌丝碱性磷酸酶活性是预测丛枝菌根真菌对玉米生长效应的有效生理指标之一。     

长期定位施肥对丛枝菌根真菌多样性的影响

Diversity of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) was investigated in a field that had received long-term fixed ferti-lization (LFF) for 26 years.There were a total of 12 treatments in triplicates with different amounts of manure,urea,calcium phosphate,and potassium chloride.Rhizosphere soil samples of maize and wheat grown in the experimental field in Shandong Province,China,were collected in September 2003 and May 2004,respectively.Arbuscular mycorrhizal fungal spores were isolated and identified using morphological characters.Mycorrhizal colonization percentage,spore density (SD),species richness (SR),relative abundance (RA),and Shannon-Weiner index (SWI) were determined.Nineteen recognized species of AMF belonging to 5 genera were identified.Long-term fixed fertilization significantly influenced colonization percentage,SR,SD,and species diversity of AMF.The adaptability of AMF to soil fertility was different among species.Species richness and SD of AMF in maize and wheat rhizosphere soils were the highest in the nonferti-lization treatment (control) and lowest in the high manure + high nitrogen treatment (M₂N₂).The SWI decreased as the fertilization level increased except in the low manure treatment (M₁) on maize.Compared with the other treatments,Treatment M₂N₂ significantly reduced SD of Glomus,and the high manure + low nitrogen treatment (M₂N₁) significantly retarded sporulation of Scutellospora.Manure treatments stimulated sporulation of Glomus mosseae.Spore density of G.mosseae was higher in the high nitrogen + phosphorus + potassium treatment (N₂PK) than in the high nitrogen + phosphorus treatment (N₂P) and the high nitrogen + potassium treatment (N₂K).The SD of S.pellucida was higher in Treatment N₂K than Treatments N₂PK and N₂P.In conclusion,long-term fixed fertilization,especially with high levels of manure and N,decreased SR,SD,and colonization and changed the species composition of AMF.     

接种丛枝菌根真菌对玉米秸秆降解的影响

为研究接种丛枝菌根真菌(AMF)对玉米秸秆降解的影响,利用玉米秸秆为材料制成网袋,采用盆栽试验,以玉米(Zea mays L.)为宿主植物,分别接种Glomus intraradices和Glomus mosseae,于30,40,50,60d时收获后分析玉米秸秆降解量和C、N释放量,并运用Olson的指数模型Bt/B0=e-kt计算玉米秸秆及C、N的降解系数。数据表明,接种G.intraradices、G.mosseae显著提高了玉米秸秆降解量和降解系数,与不接种处理相比,分别高出5.21%,6.26%。C释放量、碳素降解系数也明显增加。接种处理减少了N释放量,且氮素降解系数随时间延长而下降。接种处理玉米秸秆的C、N降解系数不同直接反映了其降解速度的差异,进而影响了玉米秸秆的C/N,使秸秆更易于降解。研究结果显示出丛枝菌根真菌在生态系统氮循环中具有重要意义。     

丛枝菌根真菌对玉米生长生态效应的影响

１９９６～１９９８年试验研究了大田不施肥条件下３种泡囊丛枝菌根真菌Ａｒｂｕｓｃｕｌａｒ ｍｙｃｏｒ－ｒｈｉｚａｌ ｆｕｎｇｉ （ＡＭＦ）,即Ｇｌｏｍｕｓ ｍｏｓｓｅａｅ（Ｇ．ｍ）、Ｇｌｏｍｕｓ ｖｅｒｓｉｆｏｍｅ（Ｇ．ｖ）、Ｓｃｌｅｒｏｃｙｓｉｓ ｓｉｎｏｕｓａ（Ｓ．ｓ）对玉米生长的生态效应。结构表明,ＡＭＦ处理的玉米根系活力为对照的２．３２～３．０５倍,玉米Ｎ素吸收比对照增加２４．１４％～５６．     

大豆丛枝菌根共生结构和多聚磷累积双定位方法

【目的】多聚磷是丛枝菌根内磷的主要贮存形式,定性、定量观察多聚磷对于解析菌根中磷代谢具有重要意义。随着植物体内越来越多的参与菌根真菌与寄主植物之间营养交换过程的基因被鉴定,迫切需要进一步提高根内菌根共生结构和多聚磷累积的染色和定位分析技术。【方法】本研究利用丛枝菌根真菌Glomus mosseae侵染的大豆植株,采集新鲜根样制片,一部分薄根片利用低浓度荧光染料麦胚凝集素,室温染色30 min,在波长488 nm的蓝光激发下使用荧光显微镜观察拍照;另一部分薄根片利用荧光染料4’,6-二脒基-2-苯基吲哚二盐酸盐(DAPI)进行染色,在波长405 nm紫外光激发下观察并拍照;进一步取新鲜制备的薄根片,先后用以上两种荧光染料进行染色,分别在波长405 nm和488 nm的激发光下观察并拍照,完成了菌根共生结构和多聚磷的共定位。【结果】1)使用荧光染料麦胚凝集素,大豆丛枝菌根真菌侵染结构的荧光标记活性染色法,可以清晰地检测到大豆丛枝菌根中所有的共生结构,包括丛枝,泡囊和根内菌丝等。2)在丛枝菌根真菌侵染的根中,各种共生结构都呈现出黄色荧光,为DAPI与多聚磷结合在紫外光激发下的呈色。根段中部分细胞内的蓝白色斑点为DAPI与细胞核中DNA结合的显色结果。在含有成熟丛枝结构的细胞中,也可观察到大部分丛枝呈蓝白色,主要是丛枝膜质结构的呈色。因此,利用荧光染料4’,6-二脒基-2-苯基吲哚二盐酸盐染色法定位多聚磷,能很好地区分多聚磷酸盐、DNA和膜质。3)在以上研究的基础上,通过荧光光路的切换,可以同时观察到菌根共生结构和多聚磷的共定位。处于发育阶段的整个丛枝中多聚磷累积的亮黄色清晰可见。在成熟的丛枝中,由于膜质结构发达,对累积在丛枝结构中的多聚磷的染色观察产生了一定影响,导致仅仅局部的多聚磷累积清晰可见。【结论】本研究建立的大豆菌根共生结构与多聚磷累积的双定位分析系统,能够直观观察植物与丛枝菌根真菌的养分交换,清晰地对丛枝菌根共生结构中多聚磷的累积进行定位分析,可作为从组织和细胞水平研究菌根共生体的重要技术手段。     

不同种植密度下丛枝菌根真菌对玉米磷吸收的影响

【目的】利用土著丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AM真菌)与作物形成互惠互利的共生关系提高作物对土壤磷的利用效率是解决农业生产中磷供需矛盾的主要途径之一,本研究在大田玉米不同种植密度条件下,研究AM真菌对玉米根系的侵染及磷吸收作用,为揭示集约化玉米高效获取磷的机理提供理论依据。【方法】以大田作物玉米的两种种植密度(5104 plants/hm2和9104 plants/hm2)体系为研究对象,在田间原位埋设PVC管装置,通过测定菌丝生长室中的菌丝密度和有效磷耗竭来确定不同种植密度体系条件下AM真菌对玉米磷吸收的作用。【结果】相对于低密度种植群体,高密度群体显著降低了玉米拔节期土壤有效磷的耗竭量,同时增加了玉米地上部的磷含量,即磷吸收效率,增幅达20%; 在玉米拔节期,增加种植密度使根际的根外菌丝生物量(菌丝密度)降低了4%,而非根际土壤中的根外菌丝生物量(菌丝密度)增加了37%; 高密度玉米种植密度群体中AM真菌的根外菌丝对土壤有效磷耗竭的贡献增加了22%。【结论】集约化玉米生产中土著AM真菌依然帮助植株从土壤中吸收有效磷; 高密度体系下玉米对磷的吸收更加依赖于AM真菌。高密度种植增加AM真菌对玉米的侵染、 根外菌丝量和对土壤有效磷的吸收。     

不同氮利用效率小麦氮代谢相关基因的表达特征

深入理解小麦氮利用效率基因型差异的分子生物学机理对于氮高效小麦的分子育种具有重要指导意义。本试验选用两个不同氮利用效率的小麦基因型,设置不同氮水平,分别在小麦的5个生育期收获采样,研究不同氮利用效率小麦基因型中5个氮代谢相关基因的表达特征。研究结果表明,在氮利用方面,无论是在低氮还是高氮条件下,氮利用高效小麦XY107的籽粒氮利用率均高于氮利用低效小麦LM1;在基因表达方面,在低氮条件下,小麦地上部谷氨酰胺合成酶基因(TaGS1c)、丙氨酸转氨酶基因(TaAlaAT)和丙酮酸磷酸双激酶基因(TaPPDK)的表达水平在抽穗期以后均显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平;而在高氮条件下,只有基因TaPPDK的表达水平在抽穗期以后显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平。本研究发现,TaGS1c、TaAlaAT和TaPPDK 3个基因在决定小麦氮利用效率的基因型差异方面发挥着重要作用。     

Chronic nitrogen deposition and the composition of active arbuscular mycorrhizal fungi

A growing body of evidence indicates that atmospheric nitrogen (N) deposition can alter the composition and function of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) associated with plant roots. We studied the community of AMF actively transcribing ribosomal genes in the forest floor of northern hardwood forests dominated by sugar maple (Acer saccharum Marsh.) that have been exposed to experimental N deposition since 1994 (30 kg NO₃⁻-N ha⁻¹ year⁻¹). Our objective was to evaluate whether previously observed declines in AM root infection and mycelial production resulted in a compositional shift in the AM fungi actively providing resources to plant symbionts under chronic N deposition. To accomplish this task, we cloned and sequenced the LSU of reverse-transcribed AM fungal rRNA extracted from the forest floor under ambient and experimental N deposition treatments. We found that experimental N deposition did not alter the active community of AMF or AMF diversity, but we did observe a significant decrease in rare taxa under chronic N deposition. Our results indicate that chronic N deposition, at levels expected by the end of this century, can exert a moderate influence on the composition and abundance of AMF associated with plant roots in a wide-spread forest ecosystem in the northeastern North America.     

分室法研究不同磷况下两种接种丛枝菌根玉米

A modified glass bead compartment cultivation system was used to compare some chemical and biolog-ical properties of the two arbuscular mycorrhizal (AM) fungi Glomus mosseae and Glomus versiforme usingmaize (Zea mays) as the host plant with four added levels of available phosphorus (P). The proportion of host plant root length infected was determined at harvest. Shoot and root yields and nutrient concentra-tions were determined, together with the nutrient concentrations in the AM fungal external mycelium. Themorphology of various mycorrhizal structures of the two AM fungi was also compared by microscopic obser-vation. Inoculation with G. mosseae gave higher plant yields than that with G. versghrme, and the two fungiresponded differently in infection rate to areilable phosphorus level. Root infection rate of mycorrhizal maizecolonized by G. mosseae decreased markedly with increasing P level, and there was very poor development of the extraradical mpcelium at the highest rate of P addition. In contrast, G. versiforme showed greater tolerance to increasing P level. Elemental analysis showed that phosphorus, copper and zinc concentrations in the external mycelium differed between the two fungi and were much higher than those in the host plant. Differences in the morphology of the two fungi were also observed.     

不同施肥量条件下AM真菌对烟苗生长及营养状况的影响

试验设置不同施肥量,于播种期分别接种根内球囊霉菌(Glomus intraradices Smith和Schenck,BEG193)和幼套球囊霉菌(Glomuse etunicatum Becker和Gerdemann,BEG168),探索了利用烤烟漂浮育苗技术生产菌根化烟苗和培育壮苗的可能性。结果表明:随着养分供应量的减少,AM真菌的侵染率提高,BEG193的侵染率高于BEG168。减施肥料总体上抑制烟苗生长,使烟苗生物量降低;但接种AM真菌显著促进烟苗生长,烟苗平均生物量比不接种的处理增加了74.38%(BEG168)和48.32%(BEG193)。接种BEG168使烟苗氮、磷、钾含量显著增加;接种BEG193主要是提高了烟苗含磷量。在施肥量减少75%辅以少量追肥的情况下,接种BEG168之后,烟苗生长状况和磷、钾含量超过或与常规施肥的非菌根苗相似。因此,在集约化烤烟漂浮育苗过程中,可采用接种AM真菌BEG168的方式培育壮苗,同时降低施肥量,减轻废弃营养液产生的环境污染。此外,接种AM真菌显著提高基质中的酸性磷酸酶活性,菌根苗基质中的磷酸酶活性随施肥量的降低而逐渐升高。因此,接种AM真菌有益于基质中有机磷的吸收利用,这可能是菌根烟苗含磷量提高的重要原因之一。     

丛枝菌根真菌在农业生产中的作用与调控

AM真菌在集约化作物生产体系中的作用日益受到关注。最近10余年间有关AM真菌与植物相互作用的研究由温室、实验室模拟转向田间原位研究,在认识上取得了很大的进展。通过对相关的理论和应用基础研究结果的分析,认为菌根生物技术的应用不仅包括菌剂的生产和施用技术,而且还要包括土著AM真菌群落繁殖体数量和活性的调节技术;通过轮作和间作、少耕或者免耕、使用根际化学信号物质能够在一定程度上有效发挥土著AM真菌群落的作用;充分认识AM真菌群落的时空变化与生态功能的关系可能是今后研究的重点;此外,通过与育种家结合,培育在高肥力土壤上积极响应AM真菌的作物高产品种可能是未来提高土壤养分资源高效利用的有效途径之一。     

Effect of peat on mycorrhizal colonization and effectiveness of the arbuscular mycorrhizal fungus Gigaspora margarita

Abstract

The influence of the addition of Chinese peat and Canadian peat on arbuscular mycorrhizal colonization, mycorrhizal effectiveness and host-plant growth was investigated in a pot experiment. Chinese peat or Canadian peat was mixed with Masa soil (weathered granite soil) at different levels (0, 25, 50, 100, 150 or 200 g kg^?1) into which an arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) Gigaspora margarita Becker & Hall was inoculated, and seedlings of Miscanthus sinensis Anderess were planted. There was a significant increase in plant growth with increasing amounts of Chinese peat. The growth-promoting effect of the AMF on the host was enhanced when the addition of Chinese peat was increased from 25 to 100 g kg^?1. Root colonization and the number of spores proliferating increased with increases at low levels of Chinese peat (from 25 to 100 g kg^?1), and decreased gradually with higher Chinese peat increments. Although plant growth and root colonization with the addition of Canadian peat increased slightly, Canadian peat suppressed mycorrhizal effectiveness. In contrast to Canadian peat, the addition of Chinese peat improved considerably the physical and chemical properties of the soil, which might result in the promotion of AM formation and mycorrhizal effectiveness.