（微生物学专业论文）番茄与丛枝菌根真菌共生效应的研究.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 是否保密居 如需保密，解密对间年月日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究_ 7 2 作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方补，论文中不包含其他入己经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材科，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所儆的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明。并表示了谢意 研究生签名： 李拖 时闻：知口5 年彳月3 口日 学位论文作者签名：参乜 导师签名：厶以眭害：唧z 。 签名日期：3 。6 年月3 。日 签名日期： 髻年。月l 上日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和且录之阿 墒覃 ， a m 真菌( a r b u s c u l a r m y c o r r h i z a f u n g i ) 在自然界分布极其广泛，能在许多类型 的土壤中存活，8 0 的陆生植物可以和a m 真菌共生。 a m 真菌是一种专性植物内生菌，在植物根系形成丛枝等特异性结构，能够促 进植物对p 等营养元素的吸收，促进植物的生长，提高植物抗病能力。 土壤的水分、p h 、肥力，环境的光照条件、温度等因素都会影响a m 真菌与植 物共生效应。宿主植物也影响着a m 真菌生长和发育，不同的宿主植物会影响a m 真菌的侵染率、产孢量以及菌根效应。 用曲利苯蓝( t r y p a nb l u e ) 染色，采用t r o u v e l o t 等( 1 9 8 6 ) 的方法，根据侵染 点和侵染结构的多少，a m 真菌的侵染率分为0 ，l ，2 ，3 ，4 ，5 六个等级，侵染强 度分为a 0 ，a l ，a 2 ，a 3 四个等级，用 m y c o c a l c ”软件计算了f ( 侵染率) 、 m ( 整个宿主根系的菌根侵染强度) 、m ( 被侵染根段的菌根侵染强度) 、a ( 被 侵染根段的丛枝丰度) 和a ( 整个根系的从枝丰度) 等几个参数，研究了不同磷 水平对a m 真菌与番茄共生效应的影响。结果表明：低磷水平下，a m 真菌与番茄 的共生效应良好。a m 真菌促进番茄生长，番茄的磷含量和生物量得到提高。- a m 真菌侵染番茄的强度高，在番茄根内活性强。高磷水平条件下，a m 真菌与番茄的 共生效应受到影响，a m 真菌的侵染率和活性降低，a m 真菌对番茄的生长促进不 明显。 参考t i s s e r a n t 等( 1 9 9 6 ) 的组织染色法，研究了碱性磷酸酶( a l p ) 在不同磷水 平条件下的活性变化。结果表明，磷水平的增高会影响a m 真菌侵染结构的a l p 活 性，降低了具有a l p 活性的侵染结构在番茄根段中的比例。 “ 选择四种a m 真菌g l o m u si n t r a r a d i c e s ( gi n t r a r a d i c e s ) 、s c u t e l l o s p o r ac a s t a n e a ( s c a s t a n e a ) 、g l o m u sm o s s e a e ( g m o s s e a e ) 、g i g a s p o r ar o s e a ( g i g r o s e a ) ，分别接种 华番一号和a 5 7 两个番茄品种。研究了不同a m 真菌和植物相互作用，比较了不同 a m 真菌在不同番茄间共生效应的差异。结果表明：a m 真菌对宿主植物侵染有选 择性，a m 真菌在不同番茄中的活力有较大差异。两种番茄根段中g m o s s e a e ，g i n t r a r a d i c e s , g 瓣r o s e a 侵染结构的丰度有着显著性差异。与g i g r o s e a 和& c a s t a n e a 相比较，gi n t r a r a d i c e s 和g m o $ $ e a e 侵染华番一号和a 5 7 的几率大，侵染强度高， 侵染结构的活性强。 关键词：侵染率；碱性磷酸酶；t r y p a nb l u e 染色；选择性 3 a b s t r a c t a r h u s c u l a rm y c o r r h i z af u n g id i s t r i b u t ew i d e l yi nt h ee n v i r o n m e n t t h e ye x i s ti n v a r i o u sk i n d so fs o i lc o n d i t i o na n de s t a b l i s hc l o s e dr e l a t i o n s h i pw i t hm a n yd i f f e r e n th o s t p l a n t s i tw a sf o u n dt h a ta b o u t8 0 o ft h et e r r e s t r i a lp l a n t sh a v ea r b u s c u l a rm y c o r r h i z a f u n g i a r b s e u l a rm y c o r r h i z af u n g ii sak i n do fo b l i g a t ee n d o t r o p h i cm y c o r r h i z a sw h i c h a l w a y sp r o d u c * s o m es p e c i a ls t r u c t u r es u c ha sv e s i c l e sa n da r b u s c u l e si nt h er o o t so ft h e p l a n t t h er o l e so fa r b u s c u l a rm y c o r r h i z af u n g if o rt h ep l a n ti ss i g n i f i c a n t , f o re x a m p l e ， t h e yc a np r o m o t et h ea b s o r p t i o no fp h o s p h o r u si nr o o t s ，a c c e l e r a t et h eg r o w t ho fp l a n t s , p r o t e c tt h ep l a n ta g a i n s td i s e a s e m a n yf a c t o r , s u c ha sw a t e rc o n t e n t 、p h 、f e r t i l i t y 、l i g h t a n dt e m p e r a t u r e , c a no b v i o u s l yi n f l u e n c et h es y m b i o s i so fp l a n ta n da r b u s c u l a r m y c o r r h i z af u n g i m o r e o v e r , h o s tp l a n tc a na l s oa f f e c tt h eg r o w t ha n dd e v e l o p m e n to f a m f u n g i ，a n dp r o d u c ed i f f e r e n ti n f e c t i o nr a t e 、s p o r e - b e a r i n gr a t ea n dm y c o r r h i z ae f f e c t f o u r a mf u n g io f g l o m u si n t r a r a d i c e s 俺i n t r a r a d i c e s ) 、s c u t e l l o s p o r ac a s t a n e a 假 c a s t a n e a ) ，g l o m u sm o s s e a e 俺m o s s e a e ) ，g i g a s p o r ar o s e a 弼i g r o s e a ) w a ss e l e c t e dt o i n o c u l a t et w ok i n d so ft o m a t on a m e dh u a f a nn o 1a n da 5 7 i no u rr e s e a r c h , t h e s y m b i o s i sb e t w e e na mf u n g ia n dp l a n tu n d e rd i f f e r e n ta m o u n tp h o s p h o r u sw a ss t u d i e d , a n dd i f f e r e n ts y m b i o s i sr e l a t i o n s h i pb e t w e e na mf u n g ia n dd i f f e r e n tp l a n t sw a s c o m p a r e d i nt h el o wl e v e lo fp h o s p h o r u s , t h ei n f e c tr a t i oo fgm o s s e a ea n dg i gr o s e aw a s m o r et h a n8 0 ，a n di n f e c te x t e n s i o no fm y c o r r h i z ai nt h ew h o l ep l a n tr o o t sw a sm o r e t h a n6 0 7 t h ep r o p o r t i o no fi n f e c ts t r u c t u r eo fa mf u n g ii nt h ei n f e c t e dr o o t sw a s b e t w e e n6 5 1 v 7 5 4 a n dt h ep r o p o r t i o no fv e s i c l e sf o r m e di nt h er o o t sw a s c o m p a r a b l e ，a b o u t4 9 8 - - 6 5 4 i nt h eh i 【g hl e v e lo f p h o s p h o r u s ，t h ei n f e c tr a t i oa n da c t i v i t yo f a m f u n g id e c r e a s e d , a n dp r o m o t i n ge f f e c t st ot h eg r o w t ho ft o m a t ow a sn o td i s t i n c t w h e nt h ep h o s p h o r u s a m o u n tw a s0m gk g 1 ，t h eb i o m a s so ft o m a t ow h i c hw a si n o c u l a t e dt w ok i n d so fa m 硒西w a s1 5 8a n d2 0 9t i m e so f c o n t r o lr e s p e c t i v e l y w h e nt h ep h o s p h o r u sa m o u n tw a s a d d e dt o2 4 0 m gk 9 1 t h eb i o m a s so f p l a n ta b o v et h e 矗e l da n dt h ed r yw e i g h to f t h ar o o t s w e r en o to b v i o u s l yd i f f e r e n t , a n dt h o s eo ft r e a t m e n ti n o c u l a t e dg i g r o s e aw a sl e s st h a n c o n t r o lw h i c hw a sn o ti n o c u l a t e dg i g r o s e a t h er e s u l ts h o wt h a t , i nt h el o wl e v e lo fp h o s p h o r u s ，t h ei n f e c tr a t i oo fa m f u n g i w a sh i g h , a n dt h ef o r m a t i o na n dd e v e l o p m e n to f v e s i c l e sw a sg o o d , m o r e o v e r , a mf u n g i c a ns o m e w h a tp r o m o t et h eg r o w t ho f h o s t p l a n t i nt h eh i g hl e v e lo f p h o s p h o r u s ，h o w e v e r , t h ep r o m o t i n ge f f e c to fa mf u n g it op l a n tw a sn o td i s t i n c t , a n de v e nr e s u l ti nn e g a t i v e e f f e c t w h e nt h ep h o s p h o r u sa m o u n tw a si n c r e a s e d , t h es y m b i o s i se f f e c tb e t w e e nt h e m w a sd e t e r i o r a t e d t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt o m a t oa n da mf u n # s h o wt h a t ：t h eb i o m a s so ft h e h u f nn o 1i n o c u l a t e dg i n t r a r a d i c e sw a s3 6 1t i m e sm o r et h a nc o n t r 0 1 a n dt h a to f a 5 7w a s3 0 5t i m e s ；t h eb i o m a s so f t h eh u a f a nn o 1i n o c u l a t e dg m o s s e a ew a s3 3 9 4 t i m e sm o r et h a nc o n t r 0 1 a n dt h a to fa 5 7w a s2 4 5t i m e s ；t h eb i o m a s so ft h eh u a n n o 1i n o c u l a t e dg i g r o s 鼯w a s2 3 7t i m e sm o r et h a nc o n t r 0 1 a n dt h a to fa 5 7w a s2 3 8 t i m e s ；t h eb i o m a s so f t h eh u a f a n n o 1i n o c u l a t e ds c a s t a n e aw a s1 4 2t i m e sm o r et h a n c o n t r 0 1 a n dt h a to fa 5 7w a s1 9 1t i m e s w h e nd i f f e r e n t1 1 0 s tp l a n t sw a si n o c u l a t e dt h e s a m ea m f u n g i ，t h ep r o m o t i n g e f f e c tt og r o w t hw a sd i f f e r e n t i no u rs t u d y , t h ec h a n g eo fa l pa c t i v n yu n d e rd i f f e r e n tp h o s p h o r u sa m o u n tl e v e l w a ss t u d i e 也1 1 圮r e s u l tr e v e a l e dt h a t , w h e nt h ep h o s p h o r u sa m o u n ti nt h es o i li n c r e a s e d t h ea l pa c t i v i t yo ff u n g id e c r e a s e d ，a n da l pa c t i v i t yw a sn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht h e p h o s p h o r u sc o n t e n ta n db i o m a s so ft h e1 1 0 s tp l a n t s t h e s er e s u l t ss h o w e dt h a ta l p a c t i v i t yo ff u n g is o m e w h a td e m o n s t r a t et h ed i f f e r e n tf u n c t i o na n l o n gd i 毹r e n tf u n g i ，a n d t h ea l pa c t i v i t yo ff u n g ic a l la l s ob es e l e c t e d 嬲ar e l a t i v e l ys i m p l ep h y s i c a li n d e xt o f o r e c a s ts y m b i o s i se f f e c tb e t w e e na m f u n g ia n dp l a n t s k e yw o r d s ：a mf u n g i ；i n f e c tr a t i o ；a l pa c t i v i t y ；s y m b i o s i se f f e c t 5 1 前言 自1 8 8 5 年f r a n k 首次发现并描述了菌根以来( f r a n k a b1 8 8 5 ) ，菌根的研究历史 已有1 2 1 年。按照菌根真菌在植物体内的着生部位和形态特征分为内生菌根 ( e n d o m y c o r r h i z a s 或e n d o t r o p h i cm y c o r r h i z a ) 、外生菌根( e c t o m y c o r r h i z a s 或 e c t o t r o p h i cm y c o r r h i z a ) 和内外生菌根( e c t e n d o m y c o r r h i z a s ) ：按照宿主类型分为兰 科菌根( o r c h i dm y c o r r h i z a s ) 、杜鹃花科菌根( e r i e o i dm y c o r r h i z a s ) 、水晶兰类菌根 ( m o n o t r o p o i dm y c o r r h i z a s ) 和浆果莓类菌根( a r b u t o i dm y c o r r h i z a s ) 等( 李晓林等， 2 0 0 1 ) 丛枝菌根( a r b u s c u l a r m y c o r r h i z a ，a m ) 是内生菌根最主要的类型，是植物根系与 a m 真菌形成的共生体系。a m 真菌进入植物根部的皮层细胞，形成特殊形态结构 泡囊和丛枝，丛枝结构是a m 真菌所独有的特征( m o r t o n & b e n n y , 1 9 9 0 ： c a z a r e s & s m i t h , 1 9 9 6 ) ，因此，被称为丛枝菌根真菌( a r b u s c u l a rm y c o r r h i z af u n g i ) ( b e r c h , 1 9 8 7 ：w a l k e r , 1 9 9 2 ) 。 a m 真菌在自然界中分布范围大，其寄主也极为广泛，能与绝大多数高等植物 形成共生体系( s m i t ha n dr e a d , 1 9 9 7 ) ，几乎陆地植物的8 0 都可以形成丛枝菌根 ( c d o v a n n e t t ie ta 1 ，1 9 9 8 ) 。据文献报道，a m 真菌有着广泛的生态适应性，几乎所 有类型的土壤中均有a m 真菌的存在( a b b o t ta n dr o b s o n , 1 9 9 1 ) ，水生或陆生植物上 均有分布( b e c k - n i e l s e ne ta l ，2 0 0 1 ) ；1 9 8 7 年，t r a p p e 根据3 0 0 多篇发表的文献进行 统计，发现6 5 个目的植物可以被a m 真菌侵染，形成丛枝菌根；在我国已经发现 4 2 种丛枝菌根真菌( 弓明钦等，1 9 9 7 ) 植物与真菌的共生关系主要表现在a m 真菌依赖于宿主植物光合作用的产物来 维持自身的生长和繁殖，同时提供宿主植物所需的矿质养分。由于这种共生作用， a m 真菌具有多样性的功能( n e w s h a m 甜a 1 ，1 9 9 5 ) ：提高宿主植物对多种对各种矿 质养分的吸收，尤其是在低磷条件下对磷营养的吸收( 李晓林等，1 9 9 3 ) ；提高宿主 植物对盐碱和重金属元素的抗性( 冯固等，1 9 9 9 ：唐明，1 9 9 8 ) ：提高宿主植物在于 旱条件下对水分的利用效率( 贺学礼等，1 9 9 9 ) 。对于a m 真菌侵染能够减轻宿主病 害情况等方面目前也有很多报道( 宋福强等，2 0 0 5 ) 此外，a m 真菌可以调节土壤 微生态环境，促进土壤聚合过程和结构稳定性( r i l l i ga n ds t e i n b e r g , 2 0 0 2 ) 。 1 1a m 真菌的结构 1 i 1a m 真菌菌丝 由于丛枝菌根真菌的菌丝没有横隔，营养物质可随原生质环流向根内运输，因 而运输阻力小，速度快。在宿主的根部可以将a m 真菌菌丝分为根内菌丝和根外菌 丝，在植物根内的称作根内菌丝( i n t e r n a lh y p h a e ) ，土壤中的称作根外菌丝( e x t e r n a l h y p h a e ) 。根外菌丝在土壤中分枝伸展，发达时可在根的外围形成松散的菌丝网。根 6 外菌丝穿透根的皮层即形成根内菌丝，根内菌丝在皮层细胞日j 隙中纵向或横向延伸， 盘曲于皮层细胞内，既是a m 真菌与植物进行营养交换的器官和场所，也是运输物 质的通道，能将其吸收的土壤营养迅速运输到宿主植物。 有学者根据a m 真菌菌丝的形态和特定的功能来划分a m 真菌菌丝的组成单 元。在环境微生物百科全书( a l l e n , 2 0 0 2 ) 中关于丛枝菌根一文中，将a m 真菌的菌丝 体分成三种结构单元，第一种是根内菌丝( i n t e m a lh y p h a e ) ，是a m 真菌从植物内部 吸收碳水化合物的通道。大量数据表明，根内菌丝能吸收蔗糖；第二种是根外吸收 菌丝网( e x t e r n a la b s o r b i n gn e t w o r k ) ，由根部每个侵染单元所产生的众多菌丝所构成。 它开始于伸出根毛的单个粗菌丝，然后分成均匀、纤细的菌丝。这种根外的菌丝网 能够获取土壤养分，并且将这些养分运输到宿主植物，同宿主植物交换碳水化合物； 第三种是信使菌丝网( m n i 埘h y p h a ln e t w o r k ) ，由单个粗菌丝或者许多菌丝以一种简 单的根状菌束( r h i z o m o r p h 1 i k e ) 结构彼此缠绕重叠在一起组成的。 1 1 2 丛枝( a r b u s c u l e ) 在大多数作物中，a m 真菌的生长始于植物根细胞问，然后在皮层细胞中形成 二叉分枝的菌丝，被称为丛枝( 图1 - 1 图1 2 ) ( g i a n i n a z z i p e r s o n ： 1 9 9 6 ；h a r r i s o n ，； 1 9 9 9 ) 。丛枝是a m 共生体的重要结构，丛枝内含有大量细胞核、线粒体、糖原粒、 脂质小粒和多聚泡囊体，是a m 真菌与植物的营养物质交换的位点，它是由侵入皮 层细胞的菌丝经高度分叉分支而形成的小灌木状菌丝结构。 ， 尽管丛枝分布在皮层细胞内，但是延伸的细胞质膜( a ne x t e n s i o no ft h ep l a s m a m e m b r a n e ) 将丛枝与植物的原生质分离，被称为丛枝环膜( p e r i - a r b u s c u l a r m e m b r a n e ) 。 丛枝包膜的结构( t h ee n v e l o p m e n to ft h ea r b u s e u l a r ) 使丛枝环膜和丛枝之间形成新的 质外体空间，被称为丛枝环绕空间( p e r i a r b u s e u l a rs p a c e ) ( b o n f a n t ea n dp e r o t t o ，1 9 9 5 ： h a r r i s o n ，1 9 9 7 ) ( 图1 3 ) 。g i a n i n a z z i p e r s o n 等人( 1 9 9 1 ) 认为丛枝结构是丛枝菌根中形 成的特殊器官，丛枝界面是磷酸盐从真菌运输到宿主的位点。 1 1 3 泡囊( v e s i c l e ) a m 真菌侵入细胞内或细胞问，菌丝中部或末端膨大而形成泡囊( 图l - - 4 ) 。通 常有一层泡囊壁使它与菌丝隔开，但有时也与菌丝相通。泡囊的产生与否取决于真 菌的种类，泡囊是菌根真菌贮存养分的器官，含有很多油状内含物和大量的细胞核， 也是某些种的繁殖器官。当来自宿主的代谢产物很少时，这些贮藏物则被真菌利用， 继而泡囊发生退化当根的初生皮层脱落时，少数泡囊可从根组织中释放出来进入 土壤，在土壤中它们可以萌发并感染植物( s t r u l l ue ta ，1 9 9 1 ) 。有的种类，如巨孢 囊霉属( g i g a s p o r a ) 和盾孢囊霉属( s e u t e l l o s p o m ) 不能产生泡囊结构，而且不同种 类的菌根真菌泡囊的形状、壁的结构、内含物及其数量均有不同，所以泡囊可以用 于形态分类鉴定。 7 1 2a m 真菌侵染的生活史 a m 真菌对植物的侵染包括初级侵染( p r i m a r yi n f e c t i o n ) 和次级侵染( s e c o n d a r y i n f e c t i o n ) 。初级侵染，是指a m 真菌的繁殖体产生的菌丝侵染宿主植物的过程，次 级侵染是指菌根建立以后，由新长出的根外菌丝再次侵染植物的过程。整个侵染过 程包括一下几个阶段。 1 2 1 孢子萌发 在适宜的条件下a m 真菌的孢子能够萌发并产生芽管菌丝( g e r mt u b e ) ，菌丝长 度最长可达2 0 3 0 m m 孢子，孢予萌发过程依赖其自身贮备的营养物质代谢，不需要 外界供给营养。孢子萌发、菌丝的延伸和分枝等早期发育不依赖宿主植物根的存在。 1 2 2 附着胞的形成 a m 真菌孢子萌发长出的菌丝到达根表与根系接触后2 3 天，菌丝顶端就会在 宿主根的表面形成附着胞( a p p r e s s o r i u m ) ( 图1 - - 5 ) ，长度可达2 0 - 4 0 p r o ，附着胞仅 在植物的根上形成，是a m 真菌与植物建立共生体系过程中的特异性形态变化 ( g a r r i o c ke ta 1 ，1 9 8 9 ) 。 1 2 3 菌丝的侵入 a m 真菌菌丝与宿主根系相互识别后，附着菌丝的直径缩小成楔形，穿透表皮 或经由表皮细胞间隙穿过表层进入皮层细胞( 图l 一6 ) 。 菌丝穿过细胞壁后在胞内不断分叉形成丛枝，丛枝的菌丝细而高度分枝，可以 占据细胞内质外体的大部分空间，但不管丛枝如何扩展，植物根系细胞的原生质膜 并不受到损伤，而是仍紧紧地包围在丛技周围，所以它在根系细胞内同细胞质膜间 的能量、物质交换表面积很高。丛枝形成5 2 5 天后就自行分解消亡( 刘润进，2 0 0 1 ) 。 随着a m 真菌菌丝侵入，菌丝的末端或中部膨大形成泡囊，它的形成迟于丛枝。 泡囊的研究相对较少，植物成熟时泡囊形成、发育，光照强度、土壤肥力影响泡囊 的数量( 刘润进，2 0 0 1 ) 。 1 2 4 根外菌丝的生长和孢子的产生 a m 真菌侵染宿主根系以后就可以获得自身生长所需的碳水化合物，根外菌丝 开始加速生长。根外菌丝的生长先于根内丛枝的形成，根外菌丝在不断生长过程中 可以再次侵染同一植株或不同植株的根系，将同一植株根系的不同部位和不同植株 连接在一起：根外菌丝在土壤中还会不断分叉，从而形成纵横交错的网络结构。 a m 真菌侵染植物一段时间后，孢子或孢子果就开始在根外菌丝顶端形成，一 般在植物成熟时孢子数量最多。根外菌丝和孢子的生长发育状况受宿主植物的种类 及其生长状况、光照强度、施磷水平等因素的影响( 刘润进，2 0 0 1 ) 。 8 1 3 生物因素与a m 真菌的相互关系 1 3 1 土壤微生物与a m 真菌的相互关系 a m 菌根的形成与宿主根部的微生物群落关系极为密切，土壤中有些微生物能 促进a m 真菌与植物的共生。m o s s e 发现，当假单胞菌( p s e u d o m o n a s ) 存在时，a m 真菌的菌丝侵入宿主根内形成菌根的能力强( m o s s e ，1 9 7 3 ) 。a z o s p i r i l l u mb r a s i l e n s 与a m 真菌混合接种宿主植物，能促进丛枝菌根的形成，并提高宿主植物根际a m 真菌孢子的数量( p a t t in e ta 1 ，1 9 9 6 ) 。a m 真菌孢子萌发与根际微生物群落也有 密切关系。链霉菌影响a m 真菌孢子的萌发，两者之问可能有专一性作用( t y l k ae t a ，1 9 9 1 ) 。b a g y a r a j 和m e n g e ( 1 9 7 5 ) 首次发现马铃薯感染a m 真菌后，根际细菌 和放线菌的数量增多了；在花生的根际也观察到类似情况( k r i s h n a e t a l ，1 9 8 2 ) 。 1 3 1 1 根瘤菌与a m 真菌的相互关系 在植物与土壤微生物的共生关系中，a m 真菌和根瘤菌在豆科植物上相互作用 的研究最广泛。早在1 0 0 多年前人们就己发现a m 真菌与固氮细菌存在于金龟树的 根际( b a g y a r a je ta 1 ，1 9 8 4 ) ，但直到1 9 7 4 年，才获得了菌根促进豆科植物根瘤形成 的证据，并发现a m 真菌可以强烈地刺激豆科植物的生长和根瘤的形成( c r u s h , j & 或a 1 ，1 9 7 4 ) 。g a l l e g u i l l o s 等( g a l l e g u i l l o s e t a ，2 0 0 0 ) 的研究表明，某些根瘤菌能 够促进g l o m u sm o s s e a e 孢子的萌发和菌丝生长 研究表明，共同接种a m 真菌与根瘤菌能大大改善植物的营养状况，增加根瘤 的数量，增强固氮作用，促进宿主植物生长，其优越性明显大于单独接种根瘤菌( d a s pke ta 1 ，1 9 9 7 ：s i n g hs e ta 1 ，1 9 9 7 ；k h a nm k e ta 1 ，1 9 9 5 ) 。在低磷环境下， a m 真菌可以提高对磷吸收，而植物中较高的磷浓度有益于细菌发挥固氮活性，促 进固氮效果，反过来也能促进植物根系和a m 真菌的发育( f i t t e r a h ，g a r d a y ej ， 1 9 9 4 ) 。 对于植物根际来说，混合接种并不是总具有正效应( g a r d e z ia k “a ，1 9 8 8 ； l a lb e t a l ，1 9 9 3 ) ，进行混合接种a m 真菌和根瘤菌对磷和光合产物的竞争可以抑 制植物生长和氮素固定( x i e z h i - p i n ge t 以1 9 9 5 ) 。研究表明，豆科植物根际释放的 2 种类黄酮物质在菌根侵染初期能诱导和刺激a m 真菌孢子萌发，促进a m 真菌侵 染，但在胁迫条件下，可释放其他物质，抑制a m 真菌侵染，影响根瘤形成及宿主 生长( 1 碱s m ，e ra l ，1 9 9 1 ) 在混合接种试验中，有人认为a m 真菌和根瘤菌之 间相互抑制是它们对根系碳水化合物竞争的结果，影响到整个植株的生产力( 李晓 林等，2 0 0 1 ) 豆科植物生长和有效根瘤的形成需要较高水平的磷酸盐，而a m 真菌 对根瘤菌的影响毫无疑问是传递磷酸盐。除了对磷素的影响外，a m 真菌还可以直 接或间接地影响根瘤的形成和固氮过程中对光合产物、微量元素和植物激素的供应。 ( 李晓林、冯固，2 0 0 1 ) 。 9 1 3 1 2 固氮放线菌与a m 真菌的相互关系 一般情况下，豆科植物可以增加土壤固氮能力，但许多地方却主要通过非豆科 植物来提高土壤的固氮能力。a m 真菌能通过增加磷的吸收来促进结瘤的非豆科植 物生长，a m 真菌与一些有益放线菌的相互关系对宿主的影响具有积极的意义。a m 真菌和f r a n k i a 混合接种的研究是在近2 0 年才得到发展的在土壤肥力低的地区， 放线菌结瘤植物进行混合接种作用比较明显，如配合施入适量的磷肥，效果更好( 齐 国辉，1 9 9 9 ) 。r o s e 和t m p p e ( 1 9 8 0 ) 发现，在一些与放线菌形成根瘤的灌木树种 根系上有a m 真菌( g l o m u ss p p ) 的侵染。d i e m 认为，在f r a n k i a 和a m 真菌混合接 种时，二者问不存在对侵染部位的竞争，但大量菌根的形成可以影响f r a n k i a 的生 长和根瘤的发展。也有研究表明，放线菌与a m 真菌混合接种可以抑制植物生长， 同时两者之间会产生拮抗作用( k r i s h n a ，e t a ，1 9 8 2 ) 。 1 3 1 3 病原菌与a m 真菌的相互关系 a m 真菌与病原微生物之间的关系比较复杂，它们能直接或间接抑制部分土传 病原物( s t - a m a u dm ，e t a l ，1 9 9 7 ) ，而病原微生物反过来也可以抑制a m 真菌孢子 的葫发及其对宿主植物的侵染( c a z a r e s ，1 9 9 6 ) a m 真菌能促进植物木质化作用和多糖的产生，使植物根部细胞壁加厚，强化 了阻止病原菌入侵的机械屏障；促进植物体内几丁质酶活性的变化，累积植物抗病 蛋白，加强植物抗病能力( 李海燕，2 0 0 2 ) 。g o v i n d a r a j u l u 等( 2 0 0 5 年) 和m 等( 2 0 0 5 年) 的研究表明，根外菌丝可以吸收土壤中的无机氮素营养，在菌丝内9 0 的氮素 被用于合成精氨酸，被转运到根内菌丝，显著提高植物体内精氨酸的含量，而精氨 酸的累积可抑制一些病原菌厚垣孢子的产生。n e w s h a m 等在1 9 9 3 年第九次北美菌 根会议上，提出a m 真菌能干扰病原菌对植物的侵染能力，改善植物的健康状况， 认为a m 真菌抗病作用比吸磷作用更重要。但是，对于a m 真菌增强植物抗病性的 机制还处于假设和推断阶段，一直未得到一个完整的系统阐述和研究。 l 3 14 不同a m 真菌间的相互影响 由于a m 真菌的无性繁殖，每个群落在遗传上的独立，使得来自不同生态型的 同种a m 真菌对植物生长的影响也有差异( m o r t o n ，1 9 9 0 ) 。许多研究者认为， g l o m a l e a n 科a m 真菌生态型之间也存在着形态和结构的差异( b e t h t e n f a l v a ye ta ， 1 9 8 9 1s m i t ha n ds m i t h ，1 9 9 7 ；b a g oe ta 1 ，1 9 9 8 b ) ；b e t h l e n f a l v a y 等( 1 9 8 9 ) 和s t a h l 等( 1 9 9 0 ) 观察到来自不同土壤环境的g l o m u sm o s s e a e 菌种在生理上存在很大差异。 就a m 真菌种属而言，不同属的a m 真菌在空间分布上也具有较大的变异性( e o m e t a 1 ，2 0 0 0 ) 。另外，a m 真菌不同种属间在根外菌丝网的延展方面表现也不相同( h a r t a n dr e a d e r ，2 0 0 2 1 。 1 3 2 植物与a m 真菌的相互关系 1 3 2 1a m 真菌对宿主植物的影响 j a n o s ( 1 9 9 3 ) 认为菌根效应依赖于菌根植物、a m 真菌和土壤条件的相互作用， e l i s a b e t h 等( 2 0 0 1 ) 的研究表明，植物和a m 真菌的起源对菌根效应的影响很大。对 a m 真菌而言，植物起源与土壤类型问存在互作效应，b o e r n e r ( 1 9 9 0 ) 发现来自低肥 力土壤的a m 真菌对宿主吸收氮、磷效率最高。 自然界中，a m 真菌侵染对植物生长和吸磷影响的差异很大( v a nd e rh e i j d e ne t a 1 ，1 9 9 8 a b ) 。大多数的a m 真菌能提高植物的磷含量( m o s s eb ，1 9 7 5 ；j a k o b s e ne t a 1 ，1 9 9 2 a ) 。功能差异是a m 真菌根系侵染率或生理学特征不同的结果，此外与a m 真菌根外菌丝的差异也有关( j a k o b s e ne ta l ，1 9 9 2 a ：b o d d i n g t o na n dd o d d , 1 9 9 8 ) 。 b o d d i n g t o n 等( 1 9 9 8 ) 比较了来自二个属的a m 真菌菌丝的发育模式和功能，表 明根外菌丝获取磷的能力取决于a m 真菌的种类，也与菌丝内的磷转运控制机制有 关。j a k o b s e n 等( 1 9 9 2 a ) i 正n f l 不同a m 真菌在侵染根系上产生的根外菌丝的分布也差 异很大。a m 真菌对磷的吸收效率受植物根系中菌丝空间分布，以及单位长度菌丝 吸收能力的影响。a m 真菌在每厘米侵染根系产生的根外菌丝的长度方面存在着差 异，并且不同种的a m 真菌在土壤中形成的菌丝直径也有很大的不同( a b b o t ta n d r o b s e n 1 9 8 5 ) 1 3 2 2 宿主植物对a m 真菌的影响 由于a m 真菌的一部分形态结构存在于植物根中，因而其侵染必然受到宿主植 物的影响( 贺学袍等，1 9 9 9 ) ，形成a m 真菌与宿主植物之间的相互依赖性和制约性 ( 王幼珊等，1 9 9 1 ) ，并且影响到a m 真菌的种群分布和增殖量( 张美庆等，1 9 9 8 1 ) ) 。 a m 真菌的宿主范围十分广泛，但要形成丛枝菌根也需要有效的宿主植物存在。 宿主植物不同，a m 真菌的侵染、产孢量以及菌根效应不同( d o d d s e t a l ，1 9 9 8 ) ，同 一a m 真菌在不同宿主植物上能出现截然相反的结果( s a n d e r se ta l ，1 9 9 6 ) ，说明植 物与a m 真菌之间的共生关系有一定的相互选择性( 王幼珊和张美庆，1 9 8 9 ；m u i ne t a 1 ，1 9 9 6 ) 。 菌根效应最终取决于a m 真菌与植物间选择性高低( m o r t z o na n da z c , o n ，1 9 9 6 ) 。 由于在相应的宿主根系中土著菌株更能适应环境并发挥功能，因此土著菌株与宿主 植物的兼容性高( r o l d a n - f a j a r d o ，1 9 9 4 ) 。a m 真菌各属在野生状态植物根区的出现率 均高于栽培植物( 张美庆等，1 9 9 9 b ) 有研究表明，不同植物品种的根系间a m 真菌侵染率、菌丝的着生位点数、侵 染强度等均存在显著差异；另外泡囊形状、大小和菌丝直径也不同( 刘润进等，1 9 8 9 ) ： 对同种植物而言，不同品种，不同发育时期侵染率也不相同( 华秀英等，1 9 9 0 ) m u t h u k m a r 等0 9 9 6 ) 发现2 4 种芦苇的a m 真菌侵染率从9 到6 2 不等，并与宿主 根的直径成反比，与根毛长度成正比。k l i r o n o m o s ( 2 0 0 2 ) 发现不同生态条件，同一 种类植物对a m 真菌接种的反应有很大差异：e l i s a b e t h 等( 2 0 0 1 ) 还发现不同基因型 的同种作物对菌根效应也有很大的影响；不同植物对a m 真菌依赖性程度不同，在 一定程度上反映了这种相互选择性( m o n z o na n d a z c o n , 1 9 9 6 ) 。 a m 真菌主要侵染宿主植物根的幼嫩部分，宿主根系生长旺盛，新根不断萌发， 有利于菌丝侵染和菌根形成。对东加