（植物营养学专业论文）土壤中重金属镉铅对丛枝菌根真菌生长的直接影响研究.pdf

摘要 菌根是绝对共生体，离开宿主植物就不能生存，而且a v l 真菌的离体纯培养至今无重大进展。 因此长期以来人们对植物的关注程度大于真菌，对于环境因素如何影响菌根真菌的生长和代谢方 面的研究很薄弱。目前使用的三室、五室根箱系统也无法避免环境因素通过宿主植物对a m 真菌 生长的影响，因而也就无法评价环境因素对a m 真菌的直接效应。为了排除宿主植物对a m 真菌 产生的间接影响，研究环境因素对a m 真菌的直接作用，本研究采用改进的分室培养方法，在同 一宿主植物生长的土壤环境中设置不同重金属镉、铅水平的菌丝生长室，研究在植株生长状况一 致的情况下，不同镉、铅对三种丛枝菌根真菌( g m o s s e a e 、g e t u n i c a t u m 和g c l a r o i d e m ) 生长 发育的直接影响。以期建立在宿主植物营养生长状况相同的条件下，研究环境因素对丛枝菌根真 菌直接影响的新方法，并在理论上探讨其可行性。主要研究结果如下： 低浓度镉( 5m g k g ) 对三种菌根真菌的生长有刺激作用，但镉对菌根真菌g m o s s e a e 的影响 在生长时间上有所不同，对镉抗性上属于后效型菌株。三种菌根真菌对重金属铅的反应各异，低 浓度( 1 0 0m g k g ) 铅仅对菌根真菌g c l a r o i d e u m 和g e t u n i c a t u m 的生长有刺激作用，所有铅处理 不但没有影响菌根真菌g m o s s e a e 的生长，反而促进了这种真菌的菌丝生长，表明菌根真菌 g m o s s e a e 对重金属铅有很强的抗性。 在试验中，各菌丝室中都能收集到不同重量和长度的a m 真菌，这表明用埋入不同处理的多 菌丝室培养方法是可行的，能够获得环境因素对菌根真菌的直接影响的真实情况。 关键词：丛枝菌根真菌，镉，铅，真菌生长，直接影响 a b s t r a c t a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a sa r eo b l i g a t em u t u a l i s t i ca s s o c i a t i o n sa n da r b u s c u l a rm y c o r r h i z a l ( a m ) f u n g ic a n n o tg r o ww i t h o u ts u i t a b l eh o s tp l a n t s i ti st h e r e f o r ed i f f i c u l tt oh a r v e s ta r b u s c u l a rm y c o r f h i z a l f u n g a lm y c e l i u m p r e v i o u ss t u d i e sh a v ef o c u s e dm a i n l yo nt h ei n f l u e n c eo fa mf u n g io nt h ep h y s i o l o g y o ft h eh o s tp l a n ta n dt h e r ea r ef e wp u b l i s h e dr e p o r t so nt h ei n f l u e n c eo ft h eh o s tp l a n ta n de d a p h i c f a c t o r so i lt h eg r o w t ha n dm e t a b o l i ca c t i v i t i e so fa mf u n g i i nt h ep r e s e n ts t u d yac o m p a r t m e n t c u l t i v a t i o ns y s t e mw a sd e v e l o p e dt os t u d yt h ed i r e c te f f e c t so fs o f th e a v ym e t a l so nt h eg r o w t ho ft h r e e a mf u n g i ，g l o m u sm o s s e a e ，g e t u n i e a t u ma n dgc l a r o i d e u m ，u n d e rc o n t r o l l e dc o n d i t i o n s h y p h a l z o n e sw i t hd i f f e r e n th e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n sw e r ee s t a b l i s h e di nt h es a l n er o o tc o m p a r t m e n t t h e o b j e c t i v e sw e r et oe s t a b l i s ha n dl e s tt h ee f f e c t i v e n e s so fn e wm e t h o d st os t u d yt h ed i r e c te f f e c t so f e n v i r o n m e n t a lf a c t o r so na m f u n g i 1 1 l et o t a le x t e r n a lh y p h a ll e n g t ho fa l lt h r e ea mf u n # w a sg r e a t e s ta tas o i lc dc o n c e n t r a t i o no f5 m g l 【g ，i n d i c a t i n gt h a t as m a l la d d i t i o n o fc dt ot h es o i ls t i m u l a t e dt h eg r o w t ho ft h ea mf u n # c o m p a r e dw i t hc o n t r o l sr e c e i v i n gn oc d i nc o n t r a s t ，p bs t i m u l a t e dt h eg r o w t ho ft w oo ft h ea mf u n g i ， g c i a r o i d e t e na n dg e t u n i c a t u m a tal o ws o i lp bc o n c e n t r a t i o no fl o o m g k g t h eg r o w t ho fg m o s s e a ew a su n a f f e c t e db yt h r e ee l e v a t e dp bc o n c e n t r a t i o n si nt h es o i l ( 1 0 0 ，5 0 0a n d1 0 0 0m g k g ) t h i s s u g g e s t st h a tgm o s s e a ea n dg - e t u n i c a t u mw e r er e s i s t a n tt op bt o x i c i t y t h ee x p e r i m e n t sf a c i l i t a t e dt h eh a r v e s t i n go ft h ee x t r a m a t r i c a lm y c e l i u ma n dt h ed e t e r m i n a t i o no f t h eh y p h a ll e n g t ho ft h et h r e ef u n # i nt h eh y p h a lz o n e su n d e rd i f f e r e n th e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n sa n d w e r es u i t a b l ef o rs t u d i e so nt h ee f f e c t so ft h ed i f f e r e n th e a v ym e t a l sa tv a r i o u sc o n c e n t r a t i o n so nt h e t h r e ea mf u n g i t h en e wm e t h o dw a st h e r e f o r es u i t a b l ef o rs t u d y i n gt h ee f f e c t so fh e a v ym e t a lo nt h e a mf u n g id i r e c t l yu n d e rt h es a m ep l a n tg r o w t hc o n d i t i o n s k e yw o r d s ：a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a lf u n g i ，c d ，p b ，a mf u n g a lg r o w t h ，d i r e c te f f e c t s 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工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： ；汝妇彬 时间：- ? j s 年九p 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： ；艮缘彬 时间：，嘶多月伽同 翩弛参谢 帆伽年月即日 中国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 菌根( m y c o r r h i z a ) ，其字面含义是由真菌和植物根系所构成的共生的“根”，真菌的菌丝 一端侵入植物根系，另一端延伸到土壤中，从而使宿主植物的根系不再是传统意义上单纯的根系， 成为根系与真菌的复合体。自然界中存在多种类型的菌根，丛枝菌根( a r b u s c u l a r m y c o r r h i z a e ， a m ) 是其中最为普遍一种类型，是一类专性营养微生物，可以和自然界9 0 以上的各类植物形 成共生体( m a r c e l e t a l ，1 9 9 8 ) 。a m 真菌从植物体内获取必要的碳水化台物及某些营养物质， 而植物可通过真菌获得更多的营养物质及水分等，从而形成互利互助，互通有无的高度统一的共 生体。a m 植物共生体是植物在长期生存过程中与a m 真菌共同进化的结果，它的存在不仅有利 于提高植物对不良环境下的抗御能力，促进植物生长也有利于植物在逆境中的生存。 在认识a m 植物共生体的过程中，关于a m 真菌如何影响植物的生长和代谢的研究很多。业 已探明，a m 真菌能够改善十壤结构( r i l l i n ga n ds t e i n b e r g ，2 0 0 2 ) ，显著增加植物对p 、z n 、c u 等元素的吸收( u e t 以，1 9 9 1 a ，b ) ，提高植物在逆境中的生存能力，如提高植物抗病、水分胁迫、 盐分、十壤酸害和重金属毒害等生物和非生物胁迫的能力( c o o p e r ，1 9 8 4 ；c l a r k e t a l ，1 9 9 9 ；h a b e t e t a l ，1 9 9 9 ；j o n e a n d l e y v a l ，2 0 0 1 ) ，从而可促进植物的生跃。进一步的研究表明，a m 真菌的上述 功能是a m 真菌增加植物对p 、z n 、c u 等营养元素吸收的直接结果( v a n a a a r l ee ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 然而。相对于菌根真菌对植物生长代谢的效应理解而言，人们对p 菌根真菌的生长和代谢活性了 解较少，这一方面是由于长期以米人们对植物的关注程度大于真菌，另一个重要的原因是受研究 方法的限制丛枝菌根真菌无法离开宿主植物而独立生活。 在a m 共生体中，除了根系，还包括真菌的菌丝、丛枝、泡囊、孢子和孢子果。其中菌丝在 a m 共生体功能的发挥中起着举足轻重的作用。丛枝菌根是真菌与宿主植物进行物质和能量交换 的场所，泡囊是真菌储藏养分的器官，孢子和孢子果是真菌分类的主要依据，也是真菌的繁殖体。 在a m 共生体形成发育过程中，各种生态因子都会影响a m 真菌菌丝生长、孢子萌发、对寄主植 物的侵染、根外菌丝的生长，从而影响上述菌根结构的形成及其功能的发挥( s m i t ha n ds m i t h ， 1 9 9 7 ) 。因此，菌根真菌的生长发育、代谢活性及其影响因素也会影响到丛枝菌根共生体的效应 本文将从a m 共生体的形成发育及其影响因素和菌根研究方法进行综述。 1 1 丛枝菌根的结构和形成 1 1 1 丛枝菌根的结构 丛枝菌根由宿主植物根系和真菌结构组成，宾菌与宿主植物共生后形成的丛枝菌根，根系的 外部形态很少或几乎没有发生变化，用肉眼很难辨别出有无丛枝菌根的形成，须将根段进行染色 处理( p h i l l i p sa n dh a y m a n ，1 9 7 0 ) 经显微镜检测，确认皮层内有泡囊、丛枝和无隔菌丝等结构后方 可确定。 ( 1 ) 菌丝 丛枝菌根的菌丝可分为内生菌丝和外生菌丝：内生菌丝可在根系皮层细胞间纵向或横向延伸 ( 称之为胞间菌丝) ，也可纵向生长或盘曲于外皮层细胞内( 称之为胞内菌丝) ，外生菌丝在根 中国农业大学砸上学位论文第一章文献综述 的表面扩展，并在根的外围形成松散的菌丝网，与内生菌丝相连，外生菌丝又可分为厚壁菌丝和 薄壁菌丝两种类型，厚壁菌丝粗糙、壁厚、多突起、细胞质稠密，菌丝直径可达2 0 - 3 叽m ，有分 支。薄壁菌丝多从厚壁菌丝的突起长出，较细、壁薄，直径为2 - 7 u r n ，穿透力强，具吸收功能， 当营养物质吸尽后，菌丝中的细胞质可回缩至厚壁菌丝内，并长出横隔，然后凋萎( 李晓林和冯 固，2 0 0 1 ) 。菌丝是真菌繁殖体的重要组成部分，也是吸收和运输营养物质的重要场所。 ( 2 ) 丛枝 丛枝位于靠近中柱的内皮层细胞内，是由内生菌丝进入细胞经过连续的二叉分枝形成的灌木 状结构。是菌根真菌侵染根细胞组织内部以后进步延伸的端点( 李晓林和冯同，2 0 0 1 ) ，丛枝 是丛枝菌根是重要的结构，尤其是功能的角度来看，它是真菌和植物之间进行物质交换的场所 ( s m i t ha n dg i a n i n a z z i - p e a r s o n ，1 9 9 0 ；b o n f a n t e f a s o l oe ta 1 ，1 9 9 2 ) 。发育完全的丛枝几乎占据整个 根细胞，但不论丛枝如何扩展，植物细胞的原生质膜仍紧紧地包围在丛枝周围而不受到损伤，使 细胞原生质膜的面积增大2 - 4 倍，同时保持着活性。通过透射电镜分析，丛枝菌丝含有大量细胞 核、线粒体、糖原颗粒、类脂颗粒、多泡囊体和电子密集颗粒，x 射线进一步分析表明电子密集 颗粒富含多聚磷酸盐，并且具有碱性磷酸酶和a t p 酶活性( 刘润进和李晓林，2 0 0 0 ) 丛枝的存 活时间较短约5 2 5 天左右，随后便开始衰老退化，消解，同时细胞质和细胞核恢复原状( b e t ae t a 1 ，1 9 9 0 ；1 9 9 1 ；1 9 9 6 ) 。 ( 3 ) 泡囊 除巨孢囊霉属和盾巨孢囊霉属外丛枝菌根真菌都能在根中产生泡囊( 前者在土壤中产生辅助 细胞) ，它是由侵入根皮层细胞内或细胞问的菌丝末端膨人而成，直径3 0 ，1 0 0 # m ，其形状通常 呈圆形、椭圆形或方形等。初始的泡囊壁薄而透明，以后逐渐增厚。内部具人小不同的油滴，内 富含类脂物质，是菌根真菌贮存养分的器官，并且具有繁殖功能。 ( 4 ) 孢子和孢子果 丛枝菌根真菌根外菌丝的顶端常常形成大的厚垣孢子，其大小、形状、颜色和壁的构造均因 种而异，一般为圆形或椭圆形，内含储藏性脂肪和碳水化合物( b o n f a n t e f a s o l oe ta 1 ，1 9 9 4 ； s h a c h a v h i l le a 1 ，1 9 9 5 ) ，最大的孢子直径可达5 0 0 ”m 左矗，多数在1 0 0 2 0 0 p m 之间。有些种的 孢子在孢子果内。它们在十壤中存活的时间不一样，有的成熟孢子可在土壤中存活数年( k o s k ca n d g e m m a ，1 9 9 0 ) 。孢子和孢子果不仅是菌根真菌分类的主要依据，同时也是真菌繁殖体的重要组成 部分。 1 1 2 丛枝菌根的形成 丛枝菌根真菌生蚝发育的过程从繁殖体的萌发与芽管生长开始，经过侵染扩展，形成丛枝或 ( 和) 泡囊，并产饱的过程。 ( 1 ) 繁殖体的萌发 丛枝菌根的形成首先是从繁殖体的萌发开始的，孢子、菌丝及泡囊等都是丛枝菌根真菌的繁 殖体，当孢子遇到适宜的水分和温度等条件时能够萌发产生芽管菌丝( s h a c h a r - h i l le t a l ，1 9 9 5 ) ， 菌丝与宿主植物根系接触并侵染植物。由于孢子的萌发具有一定的独立性，发芽孢子在土壤中的 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 侵染能力可保持4 个月。宿主植物的根分泌物和一些挥发性物质如c o ：能够刺激孢子的萌发和菌 丝的生长( g i o v a n n e t t ie t a l ，1 9 9 3 a ，b ，c ；b a l a j i e t a l ，1 9 9 5 ；p o u l i ne t a l ，1 9 9 7 ；r h l i de t a l ，1 9 9 3 ： n a g a h a s h ie t a l ，1 9 9 5 ，1 9 9 7 ；t a w a r a y ae ta 1 ，1 9 9 6 ) ，而根系分泌物中的黄酮类化合物( 张勇等， 2 0 0 4 ) ，或细胞壁中的酚( d o u d se t a l ，1 9 9 6 ) 可能是刺激菌根真菌孢子萌发的物质。 ( 2 ) 附着胞及侵入点的形成 丛枝菌根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 表面形成扁平、膨胀、长度可达2 0 - 4 n “m 的附着胞( g i o v a n e t t ia n dc i t e r n e s i ，1 9 9 3 a ) ，附着胞的 形成标志着真菌菌丝与根系相互识别成功，然后附着泡产生菌丝侵入根内形成侵入点。一般认为 真菌的侵染途径和方式主要取决于植物表皮细胞的生理生化特性，如止常豌豆能够被根瘤菌和丛 枝菌根真菌双重侵染，经诱变失去结瘤固氮能力的豌豆突变体也不形成菌根，说明豌豆同这两种 微生物共生体关系的前期很可能是由相同的基因控制的( r u i z l o z a n oe ta l 。1 9 9 9 ；m a r t i n l a u r e n ! e t a l ，1 9 9 7 ) 。 ( 3 ) 丛枝和泡囊的形成 孢间菌丝深入到植物细胞壁之间并使其质膜缩陷而进入植物细胞避与细胞原生质膜之间的间 隙，再经过多次分叉即形成丛枝。形成丛枝的菌丝一般非常细其端部直径仅0 3 1 0 “m ，并且被 植物原生质膜紧密包裹着，以此方式使细胞内丛枝与原生质膜的接触面积增加2 - 4 倍( 刘润进和 李晓林，2 0 0 0 ) 。 除巨孢囊霉属和盾巨孢囊霉属外丛枝菌根真菌都能在根细胞内或细胞间形成泡囊。泡囊的形 成时间一般比丛枝要晚。形成泡囊的途径有两条，一是在细胞内的菌丝顶端可发育成泡囊，二是 在菌根发育时间较长的根段皮层组织的胞问菌丝顶端，其体内液泡体积变大，菌丝开始萎缩，并 产生隔膜与较新的菌丝分开，在细胞间形成泡囊( 刘润进和李晓林，2 0 0 0 ) 。 ( 4 ) 菌丝的扩展及孢子的形成 随着侵入点的形成，菌丝进入根内后，可同时向两个方向生长扩展：一是从根四外皮层细胞 向内皮层细胞以胞间菌丝和胞内苗丝的分枝生长方式进行横向生长发育；_ 二是沿根系生长的方向 以胞间菌丝和( 或) 胞内菌丝、根表菌丝形式进行纵向快速生长扩展。随着根内外菌丝的生长和 扩展，当根外菌丝遇到同一植株或不同植株的根系时可以进行再次侵染，将同一植株的根系的不 同部位或不同植株连接在一起，根外菌丝在十壤中还会不断地分叉，从而形成纵横交错的菌丝网， 不同植株之间的菌丝联系称为根间菌丝桥( f r i e s ea n da l l e n ，1 9 9 1 ) 。菌根真菌侵染植物约一个月 以后，孢子或孢子果就开始在根内或根外菌丝顶端形成，3 个月左右便可形成人量根内或根外孢 f 。但是孢子数量一般在植物成熟时最多( g i o v a n n e t t i ，1 9 8 5 ) 。从孢子萌发、侵入根内、根内外 菌丝发育、丛枝和泡囊的生长发育到新一代孢子的形成，完成了丛枝菌根真菌的生活史。 1 2 a m 真菌菌丝体的功能及其影响因素 1 2 1 a m 真菌菌丝体的功能 丛枝菌根在禾本科和木本植物生长中发挥着积极的作用，这是由于菌根的根系能较高效地吸 收磷。在a m 真菌菌丝的管道中原生质具有双向流动现象，周边细胞质按个方向流动，中央细 3 中国农业人学硕士学位论文 第一章文献综述 胞质按相反的方向流动，流动的速度为1 3m m h ，这种高速流动是促进宿主植物高效吸收磷素的 生理基础( 刘润进和李晓林，2 0 0 0 ) 。 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，对a m 真菌菌丝的各种结构 单元的功能进行了详细介绍，并且根据a m 真菌菌丝的形态和特定的功能将其划分成三种结果单 元，第一种是根内菌丝( i n t e r n a l h y p h a e ) ，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 g n e t w o r k ) ， 第二种是信使菌丝网( r u n n e rh y p h a ln e t w o r k ) 。具体如卜：第一种结构单元根内菌丝( i n t e r n a l h 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，特别是其中的丛枝结构是植物一菌根 真菌共生体双方养分交换的主要位点，是物质、信息和能县交流的界面。大量数据表明，许多根 内i 密丝能吸收蔗糖。更为重要的是，真菌能将简单的糖转化成海藻糖或其它复杂的蔗糖，以防止 或减少糖的再吸收。在宿主植物根皮层内，激素的组分也发生了改变，这可能主要与碳和养分的 装载和卸载过程有关。可是这些激素的变化也能导致根系形态产生其它的变化如提高侧根形成 等，这些变化_ 义可能会影响根系形成的动力学过程和化学性质。 a m 真菌菌丝体的第二结构单元是根外吸收菌丝网( e x t e r n a la b s o r b i n gn e t w o r k ) ，这是一个 二义分枝的菌丝体，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 菌丝网是由根部每个侵染单元所产生的长8 0 1 2 0e m ，并且最多可分枝8 级的众多菌丝所构成。 这些根外菌丝是直接与土壤接触的器官，负责感受土壤环境变化的信号，能够获取土壤中养分， 并且将这些养分运输到宿主植物，同宿主植物进行碳水化合物交换。大部分土壤养分就是通过这 种菌丝网络运输给植物的，其中包括p 、n 、h 2 0 、f e 、c a 、z n 、m n 、m g 和s 。k o i d e 等( 2 0 0 0 ) 烈重培养的结果，更进一步的说明了g i n t r a r a d i c e s 的根外菌丝能水解有机磷，这些菌丝能将水 解后的无机磷主动运输到宿主植物的根中。然而a m 真菌根外菌丝作用的大小取决于菌丝直径 大小、菌丝的密度、菌物量、菌丝扩展速率、菌丝运转和养分吸收的有效性。a m 真菌菌丝的直 径为2 4 m ，比植物根毛小2 5 5 倍，因此，在养分吸收方面有两个显著的优点：首先，就单位 体积或单位重量的吸收表面积来说，菌丝比根毛大得多；其次，菌丝能伸展到根毛不能进入的十 壤孔隙，如土壤微团聚体和土壤有机质中去吸收养分( m a t t h i a se t a l ，2 0 0 1 ) 。另外，菌丝分布的 几何形状不像根毛那么密集在一起，伸展的范围和面积更广，有利于养分的吸收。自然条件下， 铍a m 真菌侵染得较好的植物，每厘米根长与0 5 1 5n l 根外菌丝相连( h a r l e ya n dl e y t o n ，1 9 8 9 ) ， 使a m 真菌产生了丰富的根外菌丝网，减少了难移动离子( 主要是土壤对扩散的阻抗作用) 的扩 散距离，而且根外菌丝还能越过磷的亏缺区从根部伸展到周匿土壤中去吸收养分，因而提高了根 表面养分的有效吸收。由此可见，土壤中真菌的菌丝密度在一定程度上反映真菌根外菌丝形成的 数量，它可能是a m 真菌菌根效应发挥的基础。 第三结构单元是信使菌丝网( r u n n e r h y p h a ln e t w o r k ) ，这些菌丝由单个粗菌丝( 直径1 0 1 5 岸m ) ，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 ) 的结构彼此缠绕重叠在一起组成 的。虽然对这些菌丝的实际功能还了解得不多，但这些菌丝明显参与了寻找新根，以侵染形成新 菌根的过程。 a m 真菌的菌丝不仅能通过改变宿主植物根部形态和生理性状来吸收和传递养分，还能改变 菌根周围的土壤环境，从而影响植物对微量元素的吸收和运输( 刘润进和李晓林，2 0 0 0 ) 。不但 如此，根外菌丝也是作为接种剂的重要资源( g i a n i n a z z ia n dv o s 6 t k a ，2 0 0 4 ) ，a m 真菌还能产生 一种被称为g l o m a l i n 的糖蛋白，它对土壤中稳定性团聚体的形成有重要作用( m a t t h i a s e t a l ，2 0 0 1 ； 4 中国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 w r i g h t a n d u p a d h y a y a ，1 9 9 8 ) ，从而有利于水土保持( b e t h l e n f a l v a y e t a l ，1 9 9 8 ) 。 可见，真菌菌丝在提高养分吸收、运输到改善土壤结构等一系列过程中均发挥了重要的作用。 而且a l v l 真菌菌丝连接了一个植物的多个根和多种植物于一个的复杂的菌丝网络。然而目前尚不 清楚单个的菌丝体运输养分的范围，或菌丝网运输养分的数量。通过这些菌丝在植物之间能够运 输和传递营养物质，但运输的数量和意义还有争议。在某些情况f ，从一个植物中标记的碳，能 在邻近植物内的真菌菌丝中被发现，但没有被运输副地上部。在另外一些情况下的研究数据表明 在地上部发现标记碳，表明它能被直接地运输、或呼吸和再同定。很明显，这是一个需要进一步 研究的重要主题( a l l e n ，2 0 0 2 ) ，a m 真菌菌丝体的生物学特性研究也是不可忽视的因素。 1 2 2 影响a m 真菌菌丝形成和功能的因素 1 2 2 1 土壤养分和p h h a y m a n 和m o s s e ( 1 9 7 1 ) 发现接种g l o m u sm o s s e 口e 的洋葱在不同士壤上生长时，每厘米侵 染根段在土壤中形成的根外菌丝的长度不同，他们认为这可能是由于宿主植物磷水平不同造成 的。a b b o t t 等人( 1 9 8 5 ) 的研究中发现当磷酸盐加入到严重缺磷的二叶草上，能提高g l o m u s f a s e i c u l a t u m 每厘米侵染根段在土壤中的菌丝k 度，而磷酸盐加入到有充足磷供应的植物中时， 每厘米侵染根段的根外菌丝长度降低了4 倍，表明对a m 真菌的几个种来讲，十壤磷水平 ( s a n d e r s ，1 9 7 5 ；s c h w a b “口t ，1 9 8 3 a ，b ；a b b o t te l a l ，1 9 8 4 ) 和土壤p h ( a l a b o ra n d r o b s o n ，1 9 8 5 ) 可能对土壤中菌丝的生长和根内菌丝的产生有不同的影响。可见，真苗之间每厘米侵染根段中形 成的根外菌丝的长度可能随着十壤条件的变化而改变，根系周围根外菌丝的分布也受到土壤因素 的影响。陈宁( 2 0 0 3 ) 在研究水分p h 变化对a m 真菌生长发育的影响中指出，低p h ( p h 5 5 ) 水分处理的影响是直接影响，根外菌丝及孢子不适宜在低p h 条件f 生长发育；高p h ( p r l 8 5 ) 水分处理通过影响宿主植物的生长及碳水化合物的供应，影响与其共生的菌根真菌的生长发育， 这种影响被称为间接影响，但也不排除直接影响的可能性。中p h ( p h 6 5 、p n 7 5 ) 处理对菌根 真菌的生长发育最为有利。一些研究表明，土壤中可溶性磷酸盐浓度的提高，能降低根系的侵染 率，这种降低源r 对根外菌丝生长和伸展速率的直接抑制或源丁- a m 真菌侵染日l 起根系变化的间 接影响。但当土壤溶液中有效磷的浓度极低时，少量磷酸盐的加入对侵染产生积极的影响( s a n d e r s ， 】9 7 5 ；g r a h a ma n dl i n d e r m a n ，1 9 8 2 ) 。当土壤有效磷高时( 冯海艳，2 0 0 3 ) ，根系侵染率没有显著 下降，但是根外菌丝有了非常明显的变化，这些影响在无机磷和有机磷处理中都能看到：在高水 平的有机磷和无机磷条件下，根外菌丝体长度约1 3m g ，在低水平的磷处理中的菌丝长度为3 4 m g - 1 ，这与前人研究的结果一致( a b b o t te ta 1 。1 9 8 4 ；a b b o t ta n dr o b s o n 1 9 8 5 ) 。也就是说，高 量供应有机磷与供应无机磷时，对菌根植物( c a l a m a g r o s t i sv i l l o s a ) 的影响作用相似( b a l a za n d v o s f i t k a ，1 9 9 7 ) 。n a g a h a s h i 等( 1 9 9 6 ) 在离体条件下研究了不同浓度磷溶液对g m a r g a r i t a 已发 芽孢子的影响，1m m o l l 的磷显著抑制原初芽管的分枝和生长，1 0m m o l l 的磷显著减少菌丝的 分枝数量和菌丝的总长度，供给磷的转移r it - d n a 胡萝h 根系的分泌物比缺磷的根系分泌物对 苗根发育的抑制作用大。他们认为这可用来解释高磷抑制形成菌根的现象。 同样，含氮量丰富的土壤中，菌根侵染率也显著下降( 刘润进和李晓林，2 0 0 0 ) 。土壤中有 人量的硝酸根离子存在时，会降低菌根的作用。在英国洛桑试验站的麦田里，施加硝酸钙的地段 5 中国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 内菌根侵染和丛枝菌根真菌的孢子和菌丝数量比不施肥的地段都要少。值得注意的是在含氮过低 的土壤中，菌根的发育也是不良的，因为在这种条件下，宿主植物本身的发育和生长都不止常， 自然会影响到菌根生长发育。可见，土壤养分含擐过高和过低都不利于菌根的生长发育和功能。 长期施有机肥的土壤上生长的三叶草的根系总长度大于艮朗施无机肥的土壤的，其a m 真菌 菌丝总长度也有相应的提高，说明有机质含量高的十壤更有利于菌丝的生长及菌丝吸收磷量的增 加( 苏友波，2 0 0 0 ) 。a n g e l a 等人( 2 0 0 1 ) 的研究中也发现，有机物质存在时真菌菌丝的生长 加快。至于有机物质的存在是否对a m 真菌根外菌丝的生长有刺激作用，还没有定论。 1 2 2 2 土壤微生物及土壤动物 土壤中有许多植物促生根细菌( p l a n tg r o w t hp r o m o t i n gr h i z o b a d e t i a ，p g p r ) ，如荧光假单 孢菌、芽孢杆菌、根瘤菌、解磷细菌、固氨菌等等。其中某些p g p r 能促进a m 真菌苗丝生跃、 孢子萌发、对寄主植物的侵染、根外菌丝的生长和脱氢酶的活性。解磷细菌和a m 真菌往往有协 同作抖j ( k i me ta 1 ，1 9 9 7 ) 。某些荧光假单孢菌能增加g c a l e d o n i u m 的菌丝长度，一者在磷吸收 方面具有协同作用( r a v n s k o va n dj a k o b s e n ，1 9 9 9 ) 。d u p o n n o i s 和p l e n c h e t t e ( 2 0 0 3 ) 发现 p s e u d o m o n a s m o n t e i l i i 可以促进绢毛相思( a c a c i ah o l o s e r i c e a ) 外生菌根和a m 真菌的侵染。v i v a s 等( 2 0 0 3 ) 发现莴苣接种( b a c i l l u ss p ) 可以促进a m 的发育和代谢。t y l k a 等( 1 9 9 t ) 发现某些链霉菌 能促进某些a b i 真菌孢子的萌发。a 生同氨菌能促进a m 真菌的发育和植物的生长( b a r e aa n d j e f f t i e s 1 9 9 5 ) 。v i z q u e z 等( 2 0 0 0 ) 发现固氨螺菌( a z o s p i r i l l u m ) ，假单胞菌( p s e u d o m o n a s ) ， 木霉( t r i c h o d e r m a ) 跟a m 真菌具有协同作用。但t s i m i l l i - m i c h a e l 等( 2 0 0 0 ) 认为固氮菌、根 瘤菌和a i d 真菌三着之间既存在协同又有拮抗作用。 病原物对a m 真菌的作用比较复杂，某些病原物自抑制a m 真菌孢子的萌发和侵染( c a t s k a ， 1 9 9 4 ) 。棉花黄萎病菌能显著减少g m o s s e a e 和g v e r s i f o r n l e 对棉花根系的侵染( 刘润进等，1 9 9 4 ) ： 两瓜枯萎病菌降低了西瓜根系的菌根侵染率( 李敏等，2 0 0 1 ) ：腐皮镰孢菌( f u s a r i u ms o l a n i ) 和 立枯丝核茁( r h i z o c t o n i as o l a n i ) 减少了g m o s s e a e 对花生根系的侵染( a b d a l l aa n da b d e l f a t t a h ， 2 0 0 0 ) 、。b o d k e r 等( 2 0 0 2 ) 发现在同时接种了菌根真菌和根腐丝囊霉( a p h a n o m y c e se u t e i c h e s ) 的 豌豆根部，菌根侵染率跟根腐丝囊霉的接种密度呈负相关。植物病原线虫对a m 真菌也有不同的 影响( 李海燕等，2 0 0 2 ) 。s c h w o b 等( 1 9 9 9 ) 发现巴西橡胶树( h e v e ab r a s i l i e n s i s ) 根围土壤中 a m 真菌的孢子数量和侵染率与根结线虫的二龄幼虫和卵量成负相关。但有的病原物在一定条件 f 能促进a m 真菌的生艮发育。总的说来，病原物对a m 真菌多样性不利。 土壤中存在的动物有上千种，其中很多可以改善土壤的理化性状，从而直接和间接地影响 a m 真菌。蚯蚓、蚂蚁、马陆、白蚁对土壤中a m 真菌的传播有一定影响。b e t h l e n f a l v a y 等( 1 9 9 9 ) 发现_ 十壤中的菌丝长度跟土壤中的节肢动物的数量呈负相关。但k l i r o n o m o s 和u r s i c ( 1 9 9 8 ) 认 为尽管某些节肢动物以菌丝为食，但菌丝量还是随着节肢动物的密度而增加了。s n y d e r 等( 2 0 0 2 ) 发现收成蚁( p o g o n o m y r m e xs p p ) 会影响土壤的理化性状和a m 的侵染。某些植食性昆虫可以通 过侵害寄主而抑制a m 的侵染( g a n g ee ta 1 ，2 0 0 2 ) 。而a m 真菌也抑制土壤中某些原生动物的 繁殖有抑制作用( r e g i n e t a l ，2 0 0 2 ) 。 1 2 2 3 其它因素 6 中国农业人学硕士学位论文第一章文献综述 s y l v i a ( 1 9 8 8 ) 认为a m 真菌根外蘸丝的寿命和活性可能对评价根外菌丝的功能有一定的作用。 而根皮层细胞中的活的真菌结构可能对共生体的重建有重要作用( k i o i l e ra n d r o s e n d a h l ，2 0 0 0 ) 。 a b b o t t 等人( 1 9 8 4 ) 认为土壤中a l v l 真菌的根外菌丝的生长不但与繁殖体的萌发直接相联系，而 且和菌根真菌的根内菌丝有关。当a m 真菌内部结构破坏时，会切断来自宿主植物的碳的供应 对菌根共生体有害( k j 口l l e ra n dr o s e n d a h l ，2 0 0 0 ) 。当真菌菌丝管道在受到伤害而断裂后可能导 致运输功能的丧失，毕银丽等( 1 9 9 9 ) 在g l o m u s m a r g a r i t a 的外生菌丝上观察到愈伤现象：断裂 菌丝的两端重瓤长出侧枝并且互相靠拢，最终愈合，恢复养分的运输功能。冈此，真菌愈伤能力 的高低对共生体功能的正常发挥也有定的作用。同样有研究指出，其他物质例如有机磷植酸钠 能够增) j i a m 真菌在土壤中的菌丝密度，而使其根内苗丝的代谢活性降低( 冯海艳等，2 0 0 4 ) ， 类黄铜( 张勇等，2 0 0 4 ) 等物质对a m 真菌生长也有促进作用。a m 共生体的形成发育过程也因作 物和真菌种类的不同而异( s m i t ha n ds m i t h ，1 9 9 7 ) 。 杀菌剂、杀虫剂、熏蒸剂、除草剂和各种植物生跃调节剂等化学药剂对a m 真菌生k 发育不利， 这些药剂除了对a m 真菌直接影响外，也可以由高剂最施用引致植物毒害而间接作用于a m 真菌。 杀真菌刹可抑制菌根的形成( s c h r e i n e ra n db e l h l e n f a l v a y ，1 9 9 7 ) 。瑙p l l e r 和r o s e n d a h l ( 2 0 0 0 ) 发现 杀真菌剂会降低根外菌丝和( 或) 根内菌丝的碱性磷酸酶活性。a b d a l i a 等( 2 0 0 0 ) 发现给豇豆、 大豆和羽扇都施用杀虫剂降低了a m 真菌的侵染和孢f 数，但在豇豆种植6 0 天后却对孢子形成有 一定刺激作用，而且a z c o n - a g u i l a r 和b a r e a ( 1 9 9 7 ) 发现杀菌剂对a m 真菌的生长也有促进作用。 s c h w e i g e r a 和i a k o b s e n a ( 1 9 9 8 ) 发现多菌灵能显著抑制根外菌丝对”p 的运转。 土壤重金属直接影响菌根共生体的建成和发育，不同元素，甚至不同浓度下这种影响差异很 大。重金属含量过高时会显著降低苗根真菌对三叶草、玉米根系的侵染( g i l d o na n dt i n k e r ，1 9 8 3 a ； w e i s s e n h o ma n dl e y v a l ，1 9 9 5 ) ，并影响真菌孢子的萌发( w e i s s e n h o r l le ta l ，1 9 9 3 ) 。c h a o 和w a n g ( 1 9 9 1 ) 通过盆栽试验也发现，提高土壤镉水平会抑制菌根真菌的侵染，甚至在尚不影响植物生 长的镉水平f ，菌根菌的侵染率也有所降低。某些极端的情况下，重金属的毒害则会完全抑制真 菌的侵染( e 1 k h e r b a w ye ta 1 ，1 9 8 9 ；k o o m e ne ta 1 ，1 9 9 0 ；w e i s s e n h o r n ，1 9 9 4 ) 。以石英砂为介质， 当营养液中铜、锌、镉浓度分别达到5 0 0 、1 0 0 0 、3 0 i j t m o l 时，玉米菌根侵染率显著f 降，且根外 菌丝的生长受阻( v i d a l e t a l ，1 9 9 4 ) 。当然，也有结果相反的研究报道。张美庆和王幼珊( 1 9 9 0 ) 在灰钙土上使士壤含铝、镉、铜、砷量分别达到2 0 0 0 、1 0 0 、4 0 0 、2 0 0m g k g 时，三年试验结果 表明重金属不但没有抑制丛枝菌根真菌侵染小麦根系，反而表现出菌根菌侵染得到一定程度的刺 激作用。可以这么结论，一般情况下重金属浓度高时菌根真菌侵染会受到抑制，只有介质中重金 属元素含量在一定的范围内，菌根才能充分发挥其有益作用。 综上所述，a m 真菌的生故受到多种因素的影响，但由于研究的不系统性和所用材料和方法 的不一致，所以现有的研究结果也不是很统一，对这问题的认识还不深入，因此需要加强环境 因素对a b l 真菌菌丝生长和发育的研究工作。 1 3a m 真菌的研究方法 1 8 8 5 年f r a n k 发现并提出了“菌根( m y c o r r h i z a ) ”这一术语来描述植物与菌根的联合关系 由此开始了菌根的研究。由于外生菌根真菌具有能进行纯培养的生物特性，所以研究比较容易， 7 中国农业大学硕士学位论文第一蕈文献综述