丛枝菌根真菌对异质性环境中克隆植物的影响

克隆植物同一基株的相连克隆分株或克隆片段常常生长在资源条件不同的斑块中，分株间形成克隆整合和克隆可塑性以及克隆分工等有效地获取必需资源的生态适应对策，提高在异质性斑块生境中的适合度，适应环境的异质性变化。但在以往的克隆植物生态学的理论研究中，为了研究的简化和方便，往往忽略了土壤中微生物的作用。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌是自然界中广泛存在的土壤微生物之一，可与大多数的高等植物形成共生菌根，影响植物的生长、发育及其在生态系统中的作用。 本文应用实验生态学方法，以蛇莓、狗牙根和白三叶为研究对象，在温室受控条件下，对异质养分斑块中的分株对接种AM真菌，探讨AM真菌对资源斑块中克隆植物的影响。 第一个实验设计单一磷养分斑块，以蛇莓(Duchesnea indica)和摩西球囊霉(Glomus mosseae)为研究对象，探讨丛枝AM真菌对克隆整合的影响。将蛇莓相连的两个分株，即分株对，分别种植在两个隔离的花盆中，各施以高磷和低磷营养液，保持或切断分株间匍匐茎连接，即间隔子，再将菌剂接种到低磷斑块中分株。结果发现间隔子状态和接菌处理都显著影响低磷斑块中蛇莓分株的根系生物量分配。对照处理中保持间隔子连接显著减少低磷斑块中分株生物量向根系的分配，接菌后这一差异显著减小。保持间隔子连接或接菌对高磷斑块中分株的根系生物量分配不显著。保持间隔子连接和接菌都显著增加低磷斑块分株的生物量在分株对生物量中所占比例，二者无显著交互作用。 第二个实验设计光照和养分斑块，以狗牙根(Cynodon dactylon)和摩西球囊霉为研究对象，探讨AM真菌对克隆植物非局域反应的影响。将狗牙根分株对的两个分株分别种植在两个花盆中，各施以光照强度与土壤养分交互斑块性环境条件，形成高养低光和高光低养斑块，保持或切断间隔子，再将菌剂接种到目标分株。结果发现对照处理中，间隔子状态显著影响分株的局域反应。高养斑块中保持间隔子连接的分株的根长显著大于间隔子断裂的分株的根长，高光斑块中保持间隔子连接的分株的根长显著小于间隔子断裂的分株的根长。高光斑块中保持间隔子连接的分株的叶面积显著大于间隔子断裂的分株的叶面积，间隔子状态对低光高养斑块分株的叶面积无显著影响。在低光高养斑块中，相对于间隔子断裂的分株，间隔子连接的分株将更多的生物量分配到根系，而在高光斑块中的分株则相反。这些都说明，无AM真菌侵染的情况下，狗牙根分株对的两个分株在实验中各自形成的克隆部分的分株形态反应都受到了克隆整合的作用，表现为非局域反应。接种AM真菌后，高光斑块中分株的根长和高养斑块中分株的叶面积在间隔子连接和断裂处理之间的差异显著减小。生物量分配的差异不受接菌的影响。对照处理中，高养斑块中间隔子连接的分株生物量和分株数显著高于间隔子断裂的分株，但高光斑块中分株之间无显著差异。接种AM真菌显著降低高养斑块中分株的生物量和分株数，对高光斑块中分株无显著影响。 第三个实验设计光照和养分交互斑块，以白三叶(Trifolium repens)和多种AM真菌为研究对象，探讨AM真菌及其多样性对克隆分工的影响。将间隔子连接(整合)或断裂(无整合)的白三叶分株对种植于光照强度和土壤养分交互斑块性资源条件下(即，高光低养和低光高养)，向分株对接种灭菌处理、单种或五种AM真菌的菌剂。结果发现，对照处理中，间隔子连接的分株对在光养交互斑块中与间隔子断裂的分株对相比较表现出克隆分工，即高光低养斑块中的分株的根系生物量分配增加，低光高养斑块中的分株的根系生物量分配减少。单菌处理没有影响对照处理中间隔子状态对分株对生物量分配的改变；多菌处理显著减小对照中生物量分配的改变；与单菌处理比较，多菌处理能显著减小生物量分配的改变。在高光低养斑块中，多菌处理显著抑制间隔子断裂分株的根生物量分配的增加。在低光高养斑块中，多菌处理完全抑制在对照处理中间隔子连接的分株的根生物量分配的增加。在对照处理中，间隔子连接分株的单叶面积、总叶面积、叶柄长、根长都与生物量分配趋势一致，表现出对丰富资源的特化。接菌处理能显著抑制这些形态指标的改变。多菌处理显著抑制这些指标的特化，并且抑制效果显著强于单菌处理。间隔子状态和AM真菌处理显著增加高光低养、低光高养斑块中分株及整个克隆片段的生物量和分株数。多菌处理抑制间隔子连接的克隆片段生物量和分株数增加。克隆片段的生物量和分株数在对照和单菌处理间无显著差异，在多菌处理中显著高于在单菌处理中。 以上三个实验说明，(1)AM真菌对克隆植物生长的影响与非克隆植物一样，受到植物种类和环境资源水平的影响；(2)AM真菌对异质性资源环境中克隆植物的影响由于植物不同而产生不同的效应；(3)提高AM真菌的多样性可能增强菌根对克隆植物的作用。 这些研究结果揭示出AM真菌与异质性环境中克隆植物整合作用、非局域反应和克隆分工作用的交互影响，表明克隆生长在生态系统中的重要性可由生物和非生物因素共同决定。

大白花杜鹃菌根真菌多样性的研究

杜鹃花属(Rhododendron L.)植物分布广泛，研究发现所有的杜鹃花科植物都能形成一种特殊的菌根——杜鹃花类菌根(Ericoid Mycorrhiza)。杜鹃花类菌根对杜鹃花科植物在营养胁迫的环境下生长起到重要的作用。近几年，对杜鹃花类菌根的生物学和生态功能的研究越来越重视。我国是杜鹃花属植物资源最为丰富的国家，因此研究杜鹃花属植物菌根真菌多样性，充分利用杜鹃花特有的菌根资源，促进杜鹃花迁地保护成功具有重大的意义。 本研究以分布较广并且是中国特有的杜鹃花属植物——大白花杜鹃(Rhododendron decorum Franch.)的野生植株为研究对象，应用直接扩增根中真菌ITS区的分子鉴定方法和T-RFLP(末端限制性片段长度多态性)的分析方法，来研究其菌根真菌的多样性；并结合生态化学计量学特征分析、宿主遗传相似性及其群落组成分析等内容，探讨大白花杜鹃的菌根真菌－宿主植物－根际土壤三者之间的关系。主要结果如下： (1)通过用直接扩增真菌ITS区序列，揭示了大白花杜鹃根部真菌的多样性，本研究发现，野生大白杜鹃根部的真菌种类比较丰富，至少有26个ITS-taxa，包括子囊菌和担子菌共5个真菌目：Helotiales、Lecanorales(≡Agyriales)、Onygenales、Sebacinales和Thelephorales，其中包括典型的ERM真菌——树粉孢属Oidiodendron sp.(Myxotrichaceae)真菌。另外还发现了黑色有隔内生菌(Dark septate endophyte，DSE)以及一些未命名的子囊菌。担子菌在本研究中占有较大比例，尤其是蜡壳耳菌目真菌；此外还有较典型的外生菌根真菌——革菌目真菌。 (2)大白花杜鹃野生植株与栽培植株在菌根真菌种类组成上，有一定的相似性；在忽略种源差异等条件下相较而言，前者的物种丰富度远高于后者。 (3)大白花杜鹃菌根真菌多样性和丰富度同它的根际土壤与叶片的C、N、P含量以及C/N、N/P、土壤pH值、宿主的海拔高度等都没有显著的相关关系。 (4)在大白花杜鹃的菌根真菌群落组成方面，整体上保持了相当程度的相似性，同时还保持了一定水平的差异；大白杜鹃菌根真菌的种类是丰富的，优势度指数表明其多样性水平很高。 (5)大白花杜鹃的遗传距离与其菌根真菌群落组成结构有极显著的相关关系，宿主的种内遗传差异可能对菌根真菌群落物种组成产生选择偏好。 (6)大白花杜鹃的群落组成与其菌根真菌群落组成有极为显著的关联性，伴生种的菌根类型可能会影响宿主植物菌根真菌的物种组成结构。

FACE对农田土壤微生物及VA菌根的影响

大气CO_2浓度升高对整个陆地生态系统产生巨大影响。微生物是土壤中重要而又活跃的组成部分，是自然界物质循环不可缺少的成员，行使着许多对陆地生命至关重要的功能。因此，了解土壤中微生物的变化，是了解整个陆地生态系统对大气CO_2浓度升高响应的关键。木文利用在江苏省无锡市建立的稻一麦轮作FACE系统研究平台，研究了CO_2浓度升高对农田土壤微生物及VA菌根的影响。结果发现在FACE条件下，土壤细菌、真菌和放线菌的数量都随着小麦和水稻的生长而发生变化，分别在小麦返青期和水稻拔节期偏大，随后均有所下降，与对照相比，CO_2浓度升高增加土壤细菌、真菌和放线菌的数量；小麦根区土壤中议菌根真菌的抱子以球囊霉属（Glomus）为优势属，以摩西球囊霉（Glomus mosseae）为优势种；在小麦拔节期和孕穗期观察到VA菌根真菌侵染，侵染率在拔节期偏高，后逐渐降低，CO_2浓度升高使小麦VA菌根侵染率增加，而在水稻根系没有观察到VA菌根真菌侵染；根系活力分别在小麦拔节期和水稻抽穗期偏高，到成熟期均降低，CO_2浓度升高使根系活力增强；小麦VA菌根侵染率与根系活力存在正相关关系。总之，大气CO_2浓度升高对农田土壤细菌、真菌和放线菌的数量、VA菌根侵染率及根系活力都表现出一定的促进作用。

模拟酸雨对马尾松菌根影响研究

本实验表明：外生菌根真菌彩色豆马勃、劣味乳菇、丝膜菌对PH的适应范围较广，最适生长BH呈酸性。模拟酸雨对马尾松幼苗菌根的外部形态和内部结构有明显影响。在温室栽培中，模拟酸雨（PH2.0）显著抑制菌根侵染率，在田间实验中，对菌根侵染率有一定的影响。菌根PH和土壤PH值随模拟酸雨PH下降而逐渐降低，接种菌根菌可略提高菌根PH和土壤PH值。菌根真菌过氧化氢酶对培养基中PH的变化不敏感，模拟酸雨对菌根过氧化氢酶活性影响也不明显。但沙培中，模拟酸雨（PH2.0）显著抑制菌根过氧化氢酶活性。模拟酸雨（PH2.0）显著刺激菌根过氧化物酶活性，接种菌根菌可以降低菌根过氧化物酶活性。不同PH的培养基对菌体硝酸还原酶活性有明显影响，而且菌体生长速度与硝酸还原酶活性呈正相关。模拟酸雨（PH2.0）显著抑制菌根硝酸还原酶活性，而接种菌根菌明显提高根系硝酸还原酶活性。菌体酸性磷酸酶活性对培养基中PH变化不敏感，同样菌根酸性磷酸酶活性对模拟酸雨的影响也不明显，但是接种菌根菌可明显提高根系酸性磷酸酶活性。模拟酸雨对马尾松幼苗茎的高生长影响不显著。但是对幼苗茎、根系的干重和侧根总长度有显著抑制作用。轻度酸雨（PH4.5-3.0）对马尾松幼苗生长有促进作用，接种菌可提高幼苗生长。从菌根形态结构和生理活性上看，接种菌根菌可减轻模拟酸雨对马尾松幼苗根系的危害，增强对模拟酸雨的抗性。4dThe result of experiment showed that ectomycorrhizal fungi Pisolithus tinctorins. Lactarius insulsus. Cortinarius russus can be growth in broad PH rang in pure culture, the optimum growth PH is acidity. The external morphology and internal structure of ectomycorrhiza of P. massoniana are affected with simulated acid rain. In greenhouse, simulated acid rain (PH2.0) treatment caused significant decrease in the percent infection, but it's not marked in field. The PH of mycorrhizal and soil are reduced with reducing rainfall PH. These PH are slight higher for inoculation with ectomycorrhizal fungi. Catalase activity of ectomycorrhizal fungus is not sensitive to medium with different PH. Mycorrhiza catalase activiyt is not affected significantly with simulated acid rain, but it's inhibited significantly with simulated acid rain (PH2.0) in the sand culture. Peroxidase atcivity of mycorrhiza is enhanced significantly with simulated acid rain (PH2.0), but it's universally lower for inoculation with ectomycorrhizal fungus. Ectomycorrhizal fungus nitrate reductase activity is affected significantly to medium with differdnt PH, the rates of these fungi growth and nitrate reductase activity is significant correlation. Nitrate reductase activity of mycorrhiza is inhibited significantly with simulated acid rain (PH 2.0), but it's increased significantly for inocnlation with mycorrhizal fungi. Ectomycorrhizal fungas acid phosphatase activity is not affected to medium with different PH, Mycorrhiza acid phosphatase activity is not affected with simulated acid rain too, the acid phosphatase activity of roots inoculated with mycorrhizal fungas is increased significantly. The highest acidity level simulated rain reduced signhficantly root system biomass and the dry weight of stem. Iower acidity level simulated rain can stimulated the growth of P. massoniana, the growth of seedling inocnlated with mycorrhizal fungus can be increased.

Introduction to Molecular Analysis of Ectomycorrhizal Communities

A number of methods are available for those researchers considering the addition of molecular analyses of ectomycorrhizal (EcM) fungi to their research projects and weighing the various approaches they might take. Analyzing natural EcM fungal communities has traditionally been a highly skilled, time-consuming process relying heavily on exacting morphological characterization of EcM root tips. Increasingly powerful molecular methods for analyzing EcM communities make this area of research available to a much wider range of researchers. Ecologists can gain from the body of work characterizing EcM while avoiding the requirement for exceptional expertise by carefully combining elements of traditional methods with the more recent molecular approaches. A cursory morphological analysis can yield a traditional quantification of EcM fungi based on tip numbers, a unit with functional and historical significance. Ectomycorrhizal root DNA extracts may then be analyzed with molecular methods widely used for characterizing microbiota. These range from methods applicable only to the simple mixes resulting from careful morphotyping, to community-oriented methods that identify many types in mixed samples as well as provide an estimate of their relative abundances. Extramatrical hyphae in bulk soil can also be more effectively studied, extending characterization of EcM fungal communities beyond the rhizoplane. The trend toward techniques permitting larger sample sets without prohibitive labor and time requirements will also permit us to more frequently address the issues of spatial and temporal variability and better characterize the roles of EcM fungi at multiple scales.