（微生物学专业论文）外生菌根真菌钾吸收特性的研究.pdf

摘要 外生菌根真菌钾吸收特性的研究 微生物硕士研究生：高翔 指导老师：黄建国教授 摘要 外生菌根真菌在自然界中广泛存在，是土壤微生物中非常重要的一类真菌，具有重要的 生态意义。优良的外生菌根真菌与木本植物的根系形成外生菌根后，能促进寄主植物的生长， 改善它们的营养状况，提高其抗逆能力。 钾素是树木生长所必需的营养元素，树木对钾的需求量仅次于氮，缺乏钾素会严重影响 树木的生长发育。尤其在受重金属污染的土壤中，树木吸收钾素的能力显著降低，而将外生 菌根真菌接种于树木的根系可以有效地提高树木吸收土壤中的水溶性钾、交换性钾和缓效性 钾等各种钾素。 本试验采用松乳菇3 个株系( 三口c 组，f 船出，f c 矗船蛐懿g ，口“j 、妇c 纪一淞如如函裙淞甜g m 2 ， 血c ，口一淞如鼢泐淞以g r 口”3 ，2 0 0 5 年从重庆缙云山马尾松林土壤中获得) ，彩色豆马勃 ( 尹括d ，触淞咖c f d 胁u7 1 5 ，1 9 9 6 年从四川西昌的桉树林红壤中分离获得) 。研究了它们在不同 钾浓度处理纯培养下的钾素吸收特性、重金属汞和镉不同浓度处理下的钾素吸收特性以及它 们的钾吸收动力学特性。试验结果表明： 1 4 种外生菌根真菌在含钾量正常的p a c m e w s l ( i 液体培养基上培养1 4 天后，z 小j 不仅生长 速度最快，而且长势最好。4 种外生菌根真菌生物量大小依次是：上正j 上d 2 p f 7 ，5 上正3 。 2 在不同钾浓度的培养基中培养1 4 天4 种外生菌根真菌体内含钾量都随着液体培养基中 钾处理浓度增大而升高；其中协2 和p f 7 ，菌丝体内含钾量受培养基中钾浓度的影响比较犬。 3 重金属汞对4 种外生菌根真菌生物量的变化影响不是很大。只有协j 在中、高汞浓度时， 生物量有显著减小而其他3 种外生菌根真菌的生物量受重金属汞影响的变化不明显 4 重金属汞对供试的4 种外生菌根真菌体内的含钾量变化影响显著。总体而言，在4 种汞 浓度处理下，供试菌种的平均含钾量大小依次是：只7 j j 珏3 厶玉， z 小2 p f 7 j ，j 菌丝体内 的含钾量随汞浓度的增大而显著降低：弘，和珏2 在低汞浓度时，菌丝体内的含钾量显著升 高；而弘3 在中汞浓度时。菌丝体内的含钾量显著升高。 5 重金属镉对p t 7 1 5 和l d 3 的生物量变化的并未造成显著影响：而对l d 1 和l d 2 的生物量 变化有显著影响，二者的生物量都是在低镉浓度时显著增大。在镉污染的情况下。菌丝体的 西南大学硕士学位论文 平均生物量大小依次是：z 小j 协2 p f 7 ，j 击3 。 6 重金属镉对供试的4 种外生菌根真菌体内的含钾量变化影响显著。4 种外生菌根真菌体内 的平均含钾量大小依次是上小 n 7 j 5 协2 朋o 只7 j j 体内的含钾量随镉浓度的升高而显 著降低：z 正j 在低镉、中镉、高镉浓度下相对于无镉浓度的对照处理体内的含钾量都有显著 升高，其中低镉浓度时含钾量最高( 2 2 4 7 ) ；愿2 在低镉和中镉浓度时。体内的含钾量显著 升高：尉。在低镉浓度时，体内的含钾量显著升高。 7 在无重金属污染的条件下，4 种供试外生菌根真菌的吸收钾动力学常数存在显著差异。k m 值：厶2 上小j 协3 p ，7 ，；i 哪值：弘批2 只刀j 上正j ，：c 曲值：协2 上正j ，芝协j n 7 ，j 其中n 7 j 5 的k 巾和l m u 值相对其他3 种外生菌根真菌较小，说明p f 刀，适合低钾养 分的土壤环境；弘2 的k 恤和i m “值较大，说明蹦2 适合高钾养分的土壤环境：从j 的k m 值较小，i 眦值较大，说明协3 可以适应各种钾养分的土壤环境。r 刀5 的c 血值是4 种供试 外生菌根真菌中的最小值，说明只刀5 吸收钾养分浓度最低。 8 重金属汞显著影响外生菌根真菌吸收钾的吸收率、吸收速率和最低吸收浓度，菌种不同， 产生的影响作用不同。汞浓度不同，产生的影响作用不同；适量的汞可以提高外生菌根真菌 的钾吸收率、吸收速率和降低最低吸收浓度，如弘2 在低汞浓度和肼3 在中汞浓度时；过量 的汞则降低它们的钾吸收率、吸收速率和提高最低吸收浓度。 9 重金属镉同汞一样显著影响外生菌根真菌吸收钾的吸收率、吸收速率和最低吸收浓度，菌 根不同，产生的影响作用不同。镉浓度不同，产生的影响作用不同：适量的镉可以提高外生 菌根真菌的钾吸收率、吸收速率和降低最低吸收浓度如协2 和工正3 在低镉浓度时：过量的 镉则降低它们的钾吸收率、吸收速率和提高最低吸收浓度。 关键词：钾素外生菌根真菌含钾量生物量汞镉 a b s t r a c t s t u d y o np o t a s s i u ma b s o r p t i o n jj 一 j 一 c n a r a c t e r l s t l c s0 ie c t o m v c 0 r r n l z a i1 u n 2 l c a n d i d a t e ：g a ox i a n g s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n gji a n g u o a b s t r a c t b c t 饥n y c 0 威z a l 如n 舀，a ni n 驴r t a n tg r o 叩o fs o i li n i c r 仪嘎g a i l i s m sw t l i c hu b i q u i t 0 惦l ye ) 【i s t si l i n a t u 陀，p l a ys i 萨i f i c 锄te c o l o g i c a lm l e s s e l e c t c d t o m y c 删琵i 劬矛c o u l db e n e f i tt 0t l l eg r o w t l l 锄dn u t t i t i o no ft i eh o s tp l 觚t s ，雏w e l l 笛t l l e i r 咒s i s t a i l c et od r o u g h t ，s a l ta i l dd i s e 舔e s p o t 乏坞s i 啪，n e x to n l yt 0 试仃o g 锄洒锄。岫t ，i so o ft l l ee 豁e n t i a lm a j o rn u t r i e n te l e m e n t sf o r 仃e s l a c ko fp o t a s s i u mm yc a u s es 舐o u sn e g a l i v ec 伍e c t so n 粤? o w ma n dd e v e l 叩m e n to f 仃e e s p o t a s s i 岫a _ b s o r p t i o nb y 缸e sd r o p ss i g i l i f i c a n t l yi i lt 璩a v ym e t a lp o l l u t e ds o i l s h o w e v e r w h e n i l l o c u l a t e db ye c t o m y c 洲z a l 如n 舀，d b 叩t i o fp o t 笛s i 啪b y 臼e e se n h a n c e d 陀m 盯h b l y ， i m l u d i n gw a t c r s o l u b l eke x c h 锄g 篦b l ek 锄ds l o w l ya v a i l a b l ek i i ls o i l 1 i lt h ep 他s e n te x p e m 朗t s ，f o u r 锄n y c o 疵盟l 矗m 垂s n a i 璐( m r e es 她i 璐o f 肠c 细，f 淞 如，f c ”淞击j ，胁2 小了，i s o l a t e d 的ms 0 i l su n d e r 砌螂 亿，s o 靠胁甩口f o m s t 明j i l l y 叽 m o 姗t a i n ，c h o n 鹊i n g ，2 0 0 2 ，加dr ，口触埘砌c 幻，_ 泌7 1 5 ，i s 0 1 a t e d 舶m 锄e u c a l y p t i 塔i n 陀ds o i la t x i c h a n g ，l9 9 6 ) ，w e 陀鸵l e c t e dt oi n v e s t i g a t e ：( i ) a b r p t i o fki np u r cc u l t i 鹏；( i i )a b s o 币t i v e c h m c t e ro fku n d e rd i 艉r e n tc 锄c 缸t i o 他o fh ga n dc d ；( i i i ) l ( i n e t i c so fka b s o 巾t i 岫d e r d i a e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fk ，r e s u l t sa 陀a sb e l o w ： 1 t h ef o u re c t 锄y c o 曲i z a l 向n 舒撒c u i t 啪d 衙1 4d a y si n 也en o 啪lp 0 t a s s i u mc o n t e f i to f m e l i q u i dm e d i 啪p a c l l l e w s i 【i j 珏jn o to i l l y 鲫) wt i 忙佻t e s t 锄d 豫g r o 、抽i sa l s dt h eb e s t mf o u r e c t o m y c o n h i z a l 胁g 璐b i o m a 鲻i s ：z 小， 肼2 厅7 ，5 胁3 2 n ef o 叫t o m y c 伽r h i z “劬亩a 诧c u l t u 捌蠡时1 4d a y si n 恤c u l t u 托r 鹏d i 啪嘶md i 妇f c 嗽l t c o n c 朋仃a t i o n so fp 懈i 啪w i t l lt l l ep o t a s s i 硼c o i l c e n t r a t i o ft 1 1 el i q u i dm c d i 啪i n c 他a 转d ，m e p o t 雒s i 啪c o n t e n to ft 1 1 ef o e c t o m y c o r t l i 娩a lm n g ib o d y h e i g l l t 胁 3 t h ei n f l u e n c et l l a tm eb i o m s av 州t yo f 吐l ef o u re c t o m y c o 丌h i z a l 劬g ii s n ts i g n i f i c 锄t l yi n 1 i q u i dm e d i u mp a c h l e w s k ic o n t a i n e dm e r c u 哆c 柚yz 小，sb i o m a s sd e c 陀笛e ss i 鲥f i c a n t l yu n d e r 西南大学硕士学位论文 m i d d l e 肌dh i g l lc o n 明咖石叩o fm e r c u 巧1 m tt l l eo t h e r sb i o n 瑚si s n ts i g i l i 6 c 缸i t l yv a d e d 4 m e r c u r yc a na f r c c ts i g 砌c a n d yt h ep o 哒s i 岫c m 呛n to f t l l ef 0 t c 蛐甜e c t o m y c o | l i ：己a l 如n g i o v e 偿也i i lt l l ef o u rd i 丘细l 臼朗切嘲吡so ft h ec ( m c e 咖缸彻o fm e r c 埘了，也ef l o u rt c s t c d 锄础l c o 而谢劬画s 堵州e 刚萨p o t s s s i 啪c t e n ti nt i l r ni s ：r 7 ，j 珏3 正j 三小2 w i m t h ec 识l c i 瞰仇t i o no fm 簋c u r yi n 四昀s 醍也ep i 毗a 站i u m 伽旺i t e n to fj 刀j sm y c e l i 姐ls i 卿f i c 跹t l y d e c 咒粼s ；u n d c rt l l el o w 玳吼i t r i 岖so fm c r c l 嘿托p o 组s s i u m 咀蛔l to fz 小j 觚d 协2 s m y c e l i u ms i g l l i f i c 锄yi n c 砖a 辩，锄d 岫d c rt l l em i d d l cc o n c e n 妇石o n so fm e r c 马吐l ep 煅i 眦 c o n t e n to f 珏3 sm y c e l i 啪s i 弘洫c a i n l y 硫糊 5 c a d m i u mc 锄t 绷f e c ts i 鲥丘c a n n yt h eb i o m a 鼹o fr 7 j ja n d 协3 ；c a d i i l i 啪a 侬：c t s i 鲥丘c a l l t l yt l l eb i o 珊a 髓o f z 小，锄d 肼2 b u tu n d 盯t h el o wc o n c e n h 幽。璐o fc a d 栅u i i l i t sb i o m 鱼鲒 s i 嘶f i 锄n yi i l c r e 硒e w i t hc 础r i i 啪p o l m 吐m e 嗍g eb i 锄瓣o fm em y c e l i u mi i it 啪i s ：协j ， l d 2 p t 7 l s l 玉3 6 c a d r i l i 哪a f 梵c ts i g i l i f i c 锄廿y 吐l cp o t a 鲻i 啪c o n t e n to fm ef 0 狐t e s t e de c t 鲫y c 溅z a lf 吼西 u n d e r 也ef o u rd i 位r e n t 幻e a 缸n 曲t so fm ec 伽l c e n 妇t i 蚰o fc a 血i u 弛m ef o u rt e s t e de c t o m y c o r l i z a l f u n g i s 也ea v e r a g ep o t s 胬i 啪c o 玎爬n t 洫t u r ni s ：上小j n 7 j 5 l 出2 l 小3 w i t l l 吐1 cc o n c e i l 谳i o n o fc a 如i u m i n c e 私e d ，t 1 1 e p o t a s s i 岫c o n t 饥to fa 7 j j s m y c e l i u ms i 鲥f i c 锄u y d e c r e a s e s ；c 0 n 甲a r e dt ob l a i l l 【t r c a n n c n t 岫d c rt l l el o w 、m i d d l ea n d1 1 i g t lc o n c e i l 昀t i o no fc 枷唧， 由ep o t a s s i 啪c o n t e n to f 小，i i l c r c 舢七s i g 面6 c 锄t l y ，锄d l ec o n t e l l to fp o t 粥s i 啪u n d e rt h el o w c o n c e n 舰t i o no fc a d i r l i u mi s 把l l i g h e s t ( 2 2 4 7 ) u n d c rt h el o w a n di i l i d d l ec o n c e r 心撕o f c a d i l l i 吼，t h ep o t a s s i 啪c o n t e n to f 厶阳s i 咖f i c a n t l y 如c r e a m ep o t 雒s i 啪c o n “既no fz 店3 s i 嘶6 c 锄t l yi n c 他勰e ，u n d e rm el o w - a d l i u m 7 i nt i l ea b s c n c eo fh e a v ym e “p o l l u d o nc o n d i t i o n s ，m ef o l l rt e s t e de c t o m ) ，c o m l i 盟l 缸1 9 j s d y 豫i n j cp a 懈t i 哪o fk _ a b s 唧6 0 nh a v es i 咖丘c 姐td i 妇衙锄c c s k 似2 出j 上正3 n 7 ，了；i 丌卧泓泓2 竹7 ，5 小，；c i i 由止止2 上小脸厶玉3 只7 ，5 ；c o m p 撒dw 浊t l l co m e f e c t o m y c o 盯h i z a l 胁百，k 伽枷l 眦o fp f 7 j 批l o w 盯- i ti l l u s 昀t e dt l i a t 只7 ，jw 勰s u i 劬l c 衙m c l o w p o t a s s i u mn u 研e n ts o i l 郇，i r o n n l 如t ；l ( 口ia n di 邮o fl 小2 眦王i i g h e r t h a t i l i u s 昀t e d 珏2w 弱 s u i 油l ef o rt l l em g h - p o t 螂i 啪n u t r i 朋ts o i l 即们m 删册t ；f 0 r 出了，i t sk 仉i sl o w 觚di t si 眦i sl l i 咖i t i l l l l s t r a t e d 未3w 私舛i t a b l ef o rm ea n yp o t a 辚i 吼凹伍e n ts o i le n v 由n m t ；b u t 吐圯c 劬o f r 7 ，ji s 血n i l n 岫i i lt l l ef o u r 钯s t e d t o 】m 1 脚姗恤z a im n 西，i tm 吣位岫d 尸f 刀j sa b s o m 饥tc c 蜘廿a d 帆o f p o t a s s i 姗w a s 廿i el o w c s t 8 m e r c m ys i g n i f i 啪yi i l l l i b i 悔m t 锄y c m t h j z a lf - u n 百st h ed b s o 巾t i o nr a t e 、t 1 1 ea b f p t i 孵d 觚d 删i 肌ma b s 仇惋n tc c e 咖d o 皿m el l i g h c rt b cc o n c 锄t i o no fm e r c u r y ，廿1 e 伊晰m e 岫i b i t i 叩；f o rd i 雎r e n te c t o m y c o m l i z a l 胁g i ，也ee 丘ti sd i 彘旭n t ；h o w e v e f 恤a p p r o p a t e c o n c e n a t i o no fm e r c u 叮c 锄i n c r e 笛em ee c t o m y c o 仃h i 动l 凡n 百st l l ep o t a s s i u ma b s o 甲t i o nr a t e 、t h e i v a b s l k a c l p o t 笛s i 啪a b r p t i s p e e da n dt h e 谢喊m 哪p o t 雒s i 啪a b s o b e n tc c e n 位l t i o n ，弱三止2u n d 盯l o w a n dl i l i d d l em e r c u 巧咖c 锄缸a t i ；t l l e 甑c 嚣s i v ec o n c 强蛔呖彻o fm e r c u 巧c 髓d c c 砖a 辩t i 坞 e c t 鲫y c 袖i z a l g i s 吐坨p o t a s s i u ma b 呻6 0 n 伯t e 、m ep o t a s s i 岫a b 叩6 如s p e e d 勰dm e m i i l i m u mp o t a 喀s i 啪a b r b e n tc o n c e n 仃a 石o n 9 1 1 坞s 础鹤m e 坞u c a d i n i 岫s i 班丘c a n n y 砌b i t st l l ec c t o m y c 伽舡z a l 觚g i s 圮 p 0 t 私s i 啪a b s o 叩t i r a t e 、t l i ep o t a s s i 啪a b s o 叩t i 伽s p c c da n dt l l ep o t 弱s i 哪i i l j 眦m 1 哪a b r b e n t c o n c 锄臼撕0 n ，恤h i g l i e rm ec o n c c l l 的6 彻 o fm 哪u 彤t h cg r e a 衙m e础b i 6 0 n ；f o rd i 胁t e c t 锄y c o n h i z a l 劬g i ，t l 圮e 雎c ti sd i 位托n t ；t l 圮a p p 呷r i a t ec o n c e n n 叭i o no fm e r c u 巧c 锄i i l c 他私e n 地 嘲y c o 耐l i z a l 劬酉 sn 圮a b s 唧t i o nr a t e 、t l l ea b s 0 甲6 s p e e d 柚d n l ep o t a s s i 啪i i l 】雠删瞰n a b s o 舭n tc o n c 锄缸l t i o 仉笛厶玉2 柚d 厶玉3m l d e rl o wc 删岫c o n c 锄【仃a t i o n ；m ee x c e 蹒i v c 咖c e n 豫i o no fc a d i n i 啪咖d c c 陀a m ee c t o m w 研m z a lf h n 舀st l l ea b s o 哦i o n 豫t e 、恤 a b 叩t i o ns p e e da n dt l l ep o t a s s i 啪枷n m m a b s 0 f b e n tc o n c e n 枷o n k e y w o r d ：e c t o m y c o r r h i z a lf l l n g i p o t a s s i u mc o n t e n t ：b i o m a s sm e r c u i y c a d m i u v 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加 了标注。 学位论文作者：高瓤 签字日期：易。百年月易日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：环保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者鎏名：高翔 导师签名： 第一章文献综述 第一章文献综述 。 菌根( m y c d l i z a ) 在自然界中普遍存在它是土壤中的菌根真菌菌丝与高等植物营养根 系的幼嫩部分形成的共生互利的联合体，是植物在长期的生存过程中与菌根真菌一起共同进 化的结果菌根的菌丝一端侵入植物根系，另一端延伸到土壤中，真菌主要从寄主植物获得 能量物质，同时向寄主植物提供无极物质，从而达到互利互助，互通有无的高度统一，它既 具有一般植物根系所具有的特征又具有专性真菌所具有的特性。自1 8 8 5 年德国植物病理学 家啾首次使用菌根一词以来，菌根的研究已有1 0 0 多年的历史。 据菌根形态学及解剖学特征的不同，菌根可分为外生菌根( e c t o m 删i 勿) 、内生菌根 ( e n d 伽y 砷也盟或e n d o 仃d p i l i cm 1 帜，n 量血a ) 及内外生菌根( e c t e l l d 叫1 ) ，c o m l i 跪或 e c t o 哪d 0 觚，p h i cm y c 0 力由i 翻) 。此外，按照寄主类型划分有兰科菌根( o k h i dm y c 0 耐l j 翻) 、杜 鹃花科菌根( e r i c o i dm y c o 力m 缸盈) 、水晶兰类菌根( m o 咖o i dm y c 伽瞳l 毛翟) 和浆果莓类菌根 ( a r b u t o i dm ”：o r r h j 功) 。 1 外生菌根概述 外生菌根真菌在自然界中f “泛存在，并具有重要的生态意义，是土壤微生物中非常重要 的一类真菌。据统计地球上3 的有花植物( 其中绝大部分为乔灌木物种) 具有外生菌根。 优良的外生菌根真菌与其寄主植物形成菌根后可促进植物对营养元素的吸收和利用、扩大 植物根系的吸收面积和范围以及增强其寄主植物的抗病性和抗逆性。因此，外生菌根真菌在 植树造林及土壤重金属污染生物修复技术中得到了广泛的应用。 植物的根系一般分为主根、侧根和短根。短根也叫做吸收根。外生菌根( e c t o m y c o n h l 臻或 e c t o 卸i l i cm y c 优d l 汤) 是由菌根真菌通过菌丝体包围并侵染树木的吸收根形成，其菌丝体不穿 透细胞组织内部，而仅在细胞壁之间延伸生长而形成。其主要特征为：l 、在植物吸收根表面， 菌根菌的根外菌丝密集形成一层紧密交织的菌套( m 锄t l e ) ；2 、在根部皮层细胞间隙，菌根菌 丝体侵入生长而形成类似网格状的结构，称之为“哈蒂氏网”( h 州g 鹏t ) ；3 、由于菌根菌的作 用，植物根部形态通常可变短、变粗、变脆，且有各种颜色变化，无根冠和表皮，也没有根 毛，在菌套表面可见许多外延菌丝。一般说外生菌根呈二叉分状、珊瑚状或棒状，且具有一 定颜色，用肉眼很容易发现，其形状及颜色随着宿主植物及菌根菌种类的不同而多种多样。 1 1外生菌根的结构和功能 一般认为，外生菌根真菌是由菌套( m 锄t l e ) 、哈蒂氏网( h a n i g n e t ) 、外延菌丝( e 加d i c a l h y p h a e ) 、菌索( 1 孙i z o m o 叩h a e ) 四大部分组成。( 图1 1 ) 西南大学硕士学位论文 1 1 1 菌套 由于受到根系分泌物的影响，菌根真菌的菌丝体以及孢子在寄主植物吸收根的表面形成 一个紧密交织的套状住址，紧紧地包围着吸收根，形成一层或厚或薄的菌丝层，这就是菌套。 菌套随着菌丝真菌、寄主植物及环境条件的不同而差异很大。菌套层的厚度一般变化较大， 图1 1 菌根横切面图解( 引自何绍昌，1 9 9 1 ) f i 9 1 - 1d i a g r a m m a t i ct r a n s v e r s es e c t i o no fm y c o r r h i z a ( c i t e db yh es h a o c h a n g ，1 9 9 1 ) 薄的仅几层菌丝松散的包围根表，而厚的则由几十层菌丝组成，厚度可达6 0 1 0 0 岬，而 有的很薄甚至几乎看不见菌套的存在。一般来说菌套其厚度通常在2 0 1 0 0 岬之间，大多为 3 0 4 0u m ( 陈怀满，1 9 9 0 ) 。菌套的表面可呈光滑、絮状、网状、颗粒状等不同类型，结构包 括简单的长轴组织到紧密复杂的拟薄壁组织，但菌套菌丝的超显微结构与子实体菌丝的差异 不大( 弓明钦，1 9 9 7 ) 有人认为，菌套在菌根组织中占较大比例，菌套重量往往可占小根重 量的2 5 _ 4 0 ( m e l i n & n i l s s i n ，1 9 5 8 ) ，因此被认为具备吸收和贮藏两大功能( 弓明钦，1 9 9 7 ： 郭秀珍，1 9 8 9 ) 。此外，它还可以有效防止有毒有害物质和植物病原与植物根系的直接接触， 起到增强寄主抗病、抗逆能力的作用( m a r x & d a v e y ，1 9 6 9 ) 。 1 1 2 哈蒂氏网 德国著名植物病理学家t h 扒i g 丁1 8 4 0 年发现，菌套内层的菌丝穿过寄主吸收根根部表 皮并进入皮层组织，在皮层组织的外皮层细胞间延伸生长，包围细胞而形成的网状结构，称 为哈蒂氏网。 哈蒂氏网的有无是区别是否外生菌根的重要标志。哈蒂氏网菌丝不深入细胞内部而仅限 于细胞间隙，通常只侵入外皮层组织而不侵入到内皮层，多高度分支而极少分隔。菌丝在细 胞问主要沿根轴进行横向生长，在菌根菌与植物表皮( 或皮层) 细胞的接触处形成特殊的转 第一章文献综述 换细胞，使两者的接触面增大，对扩大植物与菌根菌之间的营养交换起到重要作用。 1 1 3 外延菌丝 外延菌丝的有无也是外生菌根的一个重要特征。菌套表面通常有各种形状的附属物，它 们是由菌套表层菌丝延伸而形成，不同的菌根，其外延菌丝的形状特征也各不相同。外延菌 丝的一些微观特征，如菌丝体类型、粗细、壁的特征、分隔及分支方式等有时也作为分类 的依据外延菌丝在土壤中不断延伸，可有效扩大寄主植物的吸收面积，因此认为外延菌丝 的主要功能是在基质中搜寻并吸收养分( h a d l e y ，1 9 8 5 ；h 勰e l w a n d 衙，1 9 8 7 ) 。 1 1 4 菌索 菌套表面的菌丝向外延伸，以不同方式交集。缠绕在一起即形成菌索。菌索的末端可 散开形成松散的菌丝或扇形的菌丝束与菌套相连，也可不散开与菌套多点相连，不同种类的 菌根。其根状菌索的大小、长短、粗细、质地、色泽各不相同。菌索的表面常着生有一些外 延菌丝，菌索可通过与这些外延菌丝相互连接而形成庞大的菌丝网。菌索的中间通常为大型 的导管菌丝( 菌丝细胞内无内含物) ，而周围则为较细结构的菌丝( 具代谢能力) ，大型导管 菌丝的数目因菌索的粗细而有所差异( p e t e r 1 9 9 9 ) 。 菌索在菌根生理学上具有重要的意义。菌索在土壤中伸长速度较快并可延伸较长距离， 负责将菌丝吸收的养分和水分运输至宿主植物( d u d “d g e 酣口，1 9 8 0 ) ，尤其对那些由于外延 菌丝较少，如l a c t a i j u s 属和r u s 蛐i a 属形成的菌根，它们的水分及营养物质的运输，特别是稍 长距离的运输，就主要靠这种根状菌索( a g e r 盯，1 9 8 6 ) 。也有人将根状菌索列为分类特征的 依据( z a l c 1 9 6 9 ，1 9 7 1 ) 。 1 2外生菌根真菌的纯培养 营养和生长是密切相关的营养是生长的基础，外生菌根真菌作为一个生态类群，对培 养基有着特殊的营养要求，选择一种最适的营养基质对于外生菌根真菌生长是最重要的，因 此对其纯培养的研究首先要讨论的是培养基。 外生菌根真菌在对培养基的要求上差异较大，这种情况不仅在不同菌根真菌间存在，有 时也会存在于同种真菌不同个体之间。国内学者研究表明，天然基质组成的培养基比人： 合 成的培养基更利于它们的生长。根据前人的研究，p d a 培养基和p a c l l l e w s l 【i 培养基均为外生 菌根真菌的良好培养基。如王明福( 2 0 0 0 ) 等进行了外生菌根真菌培养基比较试验，发现p d a 培养基是1 4 个属的2 0 种菌根真菌适宜培养基。法国巴斯德研究院的研究表明p 孔t l l e w s l ( i 培 养基是培养外生菌根真菌的良好培养基。目前的研究中一般采用较多的是p d a 、l 、五川培养 基，或是对它们作一些适当改进。不加凝固剂的培养基，营养物质分布均匀，微生物能与营 养物质充分接触，适合积累代谢产物，可作各种生理、代谢研究和获得大量菌体之用。在生 西南大学硕士学位论文 产实践上绝大多数发酵培养基都采用液体培养基。 在纯培养生态上，赵志鹏、郭秀珍( 1 9 8 9 ) 研究指出在纯培养条件下p h 值和盐浓度对菌 根真菌生长的影响较小，而温度和水势则对真菌的生长具有很大的影响。一般来说同一菌 株在人工纯培养条件下对温度的要求，与在自然条件下是不相同的，但自然条件下其适宜 生长温度的范围往往要宽一些，而且菌丝的最适宜生长温度也不一定就是形成菌根的最适温 度，因为形成菌根的条件是多方面的，其中还包括寄主植物与温度的关系在内蒋盛岩等 ( 2 0 0 2 ) 在白毒伞( 彳m 册砌砌w 口) 菌丝体纯培养实验中指出，人工纯培养条件下外生菌根真 菌生长与温度的关系，是真菌菌丝体培养的重要因素。冀宝营( 2 0 0 1 ) 在野生松乳菇菌中分 离的研究中也发现，温度对松乳菇菌丝体的生长影响明显。 据研究，纯培养时外生菌根真菌同样产生植物代谢激素和拮抗活性物质。周玉芝等( 1 9 9 1 ) 通过拮抗作用的试验结果表明：美味红菇、劣味乳菇、高环柄菇，毛边滑锈伞、大毒滑锈伞 等1 5 株外生菌根真菌在纯培养条件下，对试验的病原菌营养菌丝具有明显的拮抗作用。菌根 真菌的培养液中含有抑制根病原菌( 立枯丝核菌、串珠镰孢、蚀脉镰孢) 的活性物质，而且 对6 0 稳定。 1 3 外生菌根真菌的资源调查与分布 外生菌根真菌的资源调查与分布通常含于广泛的野生大型真菌的调查之中。另外也包括 一些针对性强的单一菌种的调查研究。各国科研工作者在这方面做了大量的工作。他们的足 迹踏遍了地球的山山水水。通过调查研究，揭示了树种植被气候与菌根真菌分类的关系；基 本摸清了主要造林树种的外生菌根真菌：通过调查还说明了该类真菌的生境、经济价值、菌 种的地带性分布及存在时间和空间上的演替规律。目前世界上9 5 的显花植物具有菌根，未 发现菌根的植物仅占3 ( m e y e r 1 9 7 3 ) 。据m i l l c “1 9 8 2 年) 统计有分属3 1 个科9 0 个属5 3 5 种 真菌可与2 8 0 种树木可形成外生菌根。当然，随着研究的深入。这个数字还会增加。h a r l e y s i i l i m ( 1 9 8 3 ) 统计形成外生菌根的植物包括4 3 个科1 3 9 个属的树种，这些植物主要是北温带、 南温带和亚极地林区的建群树种。 1 4 外生菌根真菌对植物的有益作用 1 4 1 扩大寄主植物根系养分吸收范围 据不完全统计，与树木共生形成外生菌根的真菌有5 2 0 种以上，是地下微生态环境下不 可缺少的组成部分，外生菌根具有庞大的菌丝系统，除少部分菌丝伸入到植物根系组织中外， 大部分菌丝在根际周围的基质中蔓延及不断延伸，其数量和长度甚至寿命都远远超出了幼苗 的毛根数量和长度。菌根真菌菌丝以菌套、哈蒂氏网、外延菌丝等连接相同或不同的树种， 在林地土壤中相互融合，联成一体，在根际之间形成一个庞大的菌丝体系，显著提高了根系 4 第一章文献综述 吸收养分的面积，各种营养物的交换就是通过这些外延菌丝来重新分配，对带菌根苗木起着 吸收、运输和储藏营养物质的作用。李晓林等( 1 9 9 4 ) 研究结果表明，当土壤容重为1 8 4 9 c m 3 s 时植物根系不能生长，而菌根真菌的菌丝却能在其中伸展并吸收养分。 1 4 2 能产生多种植物激素，刺激植物生长 植物激素调节和控制植物的生长及形态，如细胞分裂素可加速叶绿体的发育，吲哚乙酸 能促进根的生长和分化。外生菌根真菌能合成分泌多种植物激素或类激素物质细胞生长素 ( a m 血) 、细胞分裂素( c 蚋蛐) 、赤霉素( a b b e 他l i i 吣) 、玉米素( z e 地) 、吲哚乙酸( l 认) 、 乙烯( e l y i e 鹏) 等( 巧岫g q u i s t “口，1 9 8 3 ：l ( 1 面g h e rp f 口，1 9 6 0 ：s 血翟l e y k ，1 9 8 4 ；赵志鹏 等，1 9 9 0 ；王有智等，1 9 9 7 ) 等。这些激素的性质与植物本身所产生的激素性质相同，可同 时作用于菌根真菌自身及其寄主，因此，除具备植物激素的一般作用外，对外生菌根的形成 及发挥外生菌根对其寄主的协同作用也具重要作用，包括：促进或抑制菌根真菌的生长，参 与子实体的生长发育；改变树木根系的形态、修饰树木吸收根皮层细胞及菌根真菌的细胞壁 构造，使二者之间形成一个紧密的界面关系；调节菌根真菌对养分的吸收和传输；增加宿主 树木与菌根之间的界面膜的渗透性；影响细胞膜腺苷三磷酸酶( 册笛e ) 的活性和控制宿主 树木的基因表达等( 引自杨国亭等，1 9 9 9 ) 。如牛肝菌( b 0 1 e t u ss p ) 、乳牛肝( s u i l l 璐肿v i l l e i ) 能产生玉米素和乙烯，而乙烯的活动在许多方面与吲哚乙酸相似，刺激接种苗根的分叉，使 短根数量增加。又如p t r g 3 3 产生细胞分裂素一核酸玉米素、生长素、吲哚乙酸( l 认) 和赤 霉素，从而促进宿主生长。 外生菌根真菌所产生的植物生长激素还可能是外生菌根真菌与寄主植物相互识别的直接 信号分子或间接的信使( b e y n e ，1 9 9 5 ) ，但研究同时表明，外生菌根真菌所产生的植物生长 激素在形成菌根提前接触到宿主植物产生刺激作用，如r a y i l 、耵m c ( 1 9 3 9 ) 用黄色须腹菌接 种美国西加云杉，在菌根未完全形成前，云杉幼苗的生长及侧枝分化数均比不接种的苗木要 高很多。( 引自郭秀珍，1 9 8 9 ) 1 4 3 增强寄主的抗病性 外生菌根的形成能降低某些根部病害的发生率，抑制某些病原菌的生长( d u c h e 钮e “口， 1 9 9 3 ) 。因此，外生菌根技术极可能成为一种有效的植物病害生物防治措施。其抗病机理如下： 1 4 3 1 菌根真菌具有抗生素的作用 许多菌根真菌对植物病原菌具有拮抗作用。菌根真菌对病原菌的对峙培养发现，菌根真 菌菌丝变粗而病原菌繁殖器受抑制、菌根真菌液体培养滤液能对病原菌产生抑菌圈、菌根真 菌在病原菌内有重寄生现象，这些都证明菌根真菌能产生抗生素、萜烯类物质、抗菌酶及其 他抗病物质。如外生菌根真菌能够抑制立枯丝核菌( 融f z d c f d 疗妇s d ，口疗f ) 、尖镰孢菌( ，淞口厂f “肌 。硼p d ，删) 、茄镰孢菌( f 5 d ，口一f ) 、根癌菌( 么g r d 6 口c 盯m 肌m 坍电向c f p 丹s ) 、溃疡病菌等。在牛 西南大学硕士学位论文 肝菌、乳牛肝菌、红菇( 愚娜“，口) 、乳菇( 伽细f 埘) 、口蘑( 7 m 蛔砌嬲) 等属的一些菌根真 菌纯培养物中提取出了许多植物病原菌有抑制作用的抗生素。可见，菌根真菌抗病性的现象 是十分普遍的 1 4 3 2 菌根真菌可在根际周围形成保护层 菌根真菌及植物根的分泌物吸引一些有益微生物在根际形成有效的根际屏障，可减少病 原菌的侵袭。研究表明，有菌根的植物根际其微生物数量及组成大大超过无菌根的植物根际。 因此人们认为根际形成的生物群，是防止病原苗侵袭的最外层防卫( g a l l r 嘣，1 9 6 0 ) 1 4 3 3 菌根真菌具有机械屏障作用 外生菌根真菌在植物根部形成的菌套和哈蒂氏网紧密交织对病原菌穿透根部组织具潜 在的阻碍作用，也是根系一种良好的保护层，具机械屏障作用。例如m a d 【等( 1 9 6 9 ) ：研究 发现，引起松树根腐病的樟疫很难越过松苗菌根的菌套，并且当人为摘除菌套后再接种病菌 病原菌侵入到哈蒂氏网区就停止蔓延，不再继续发展。 1 4 3 4 菌根真菌具有竞争空间和营养的作用 在正常的土壤生态系统中，菌根菌的存在改变了植物根际微生物的群落结构，它几乎占 据了根际所有适宜于真菌生存的空间，使其他植物病原真菌因无生存空间而不能侵染植物根 系。此外，有研究表明，外生菌根真菌与植物病原菌有相似的养分需求，菌根真菌对寄主根 际碳水化合物的利用减小了其对病原菌的吸引力营养竞争的结果使植物病原菌在菌根共生 体中无法生存。这种空间和营养的竞争作用造成了有利于植物生长而不利于病害侵入的环境 条件，表现为一定的抗病性。 1 4 4 增强寄主的抗逆性 多数外生菌根真菌对环境具有较强的耐受能力，他们可在许多极端环境中与植物形成外 生菌根而增强其寄主植物的抗逆性提高植物在不良环境中的生存能力。 外生菌根提高植物抗旱性的机制在于：( 1 ) 外生菌根土壤中巨大的菌丝网可扩大根系吸 收水分的面积，降低土壤与植物问的流体阻力，改良土壤结构，增强土壤蓄水能力，促进根 际对水分的吸收：( 2 ) 菌根菌套可防止根系内的水分丧失，改善植物的水分状况( d i ) 【o 玛1 9 8 3 ) ： ( 3 ) 菌根真菌可增加植物对营养元素的吸收，促进植物的生长增大叶肉质化程度，减小比 叶面积，提高柬缚水的含量，增强植物的保水力：( 4 ) 叶绿素含量增高净光合速率增大， 植物蒸腾作用减小、水分有效利用率提高：( 5 ) 菌根真菌处理可降低水分饱和亏缺使植物对 干旱胁迫的感受能力降低 王元贞等通过水分胁迫下农作物接种菌根菌漏斗孢球囊酶( a 锄l 凇小黜阳e ) 和紫色马勃 ( c 口加，妇订a c 加口) ，观测菌根菌对水分胁迫的反应及其对抗旱性的影响，结果表明，茵根菌 接种后降低了作物水分胁迫下的活性氧产生速率。