中國菌根研究60年回顧與展望

中國菌根研究60年回顧與展望

1總結(jié)1.1傳統(tǒng)藥材植物和真菌資源豐富這些植物包括7500多種樹木和灌木、2000多種食物和3000多種藥物。在中國，只有銀杉、紅杉、金松、胡同仁、杜仲、福建柏樹、金錢松、西樹、黃瓜、紅杉、臺灣冷杉、臺灣松、遼寧省人參、寧夏枸杞、浙江省銀杏和云南三七是著名的傳統(tǒng)中醫(yī)植物。另一方面，中國大約有8000種大型真菌，其中大多數(shù)是土壤菌根菌[2]。中國廣闊的領(lǐng)土植被和真菌資源豐富多樣，廣泛分布著菌根共生的現(xiàn)象。1.2不同種類菌根,僅有3種大約90%陸地植物能和土壤菌根真菌共生形成菌根(顧名思義,真菌根系).菌根在土壤結(jié)構(gòu)、植物養(yǎng)分吸收與生長、生物多樣性及農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力等方面具有重要作用.根據(jù)形態(tài)結(jié)構(gòu)的不同,菌根分為6類:(1)叢枝菌根(Arbuscularmycorrhiza,AM),(2)漿果鵑類菌根(Arbutoidmycorrhiza),(3)外生菌根(Ectomycorrhiza,EM),(4)歐石南類菌根(Ericoid),(5)石晶蘭類菌根(Monotropoidmycorrhiza),(6)蘭花菌根(Orchidmycorrhiza).其中最普遍且最有經(jīng)濟價值的兩大類當屬與農(nóng)業(yè)中絕大部分的谷類作物、蔬菜和水果等共生的叢枝菌根和與樹木及灌木共生的外生菌根.2國內(nèi)菌根研究現(xiàn)狀自120年前德國人Frank提出“菌根”概念以來已有數(shù)以萬計菌根科學(xué)論文在全世界發(fā)表.自第二次世界大戰(zhàn)至2010年初,我國菌根研究共有約200多篇論文在62種英語期刊和約2000多篇論文在350余種中文期刊(圖2,表1)上發(fā)表.因此,國際菌根學(xué)界對大量的中國菌根研究幾無所知.同時,與國際菌根研究相比,中國菌根研究水平亟待更上一層樓.本文首先回顧中國菌根研究的過去狀況和現(xiàn)在進展旨在向國際,特別是非華裔學(xué)者推介中國菌根研究所取得的重要成果,展望今后需要加強的研究領(lǐng)域和前景,以促進我國菌根研究的深入開展和進一步的國際合作.根據(jù)論文發(fā)表數(shù)量,中國菌根研究可以分為3個不同階段:初始零星第一階段(1950~1980)、緩慢恢復(fù)第二階段(1981~1990)與蓬勃發(fā)展第三階段(1991年后至今).2.1外生菌根真菌第二次世界大戰(zhàn)前后只有少許幾例菌根研究此后大陸學(xué)者在20世紀50~60年代對木麻黃(Casuarinaequisetifolia)、遼東櫟(Quercusliaotungensis)、白皮松(Pinusbungeana)、樟子松(P.sylvestris)和油松(P.tabulaeformis)等樹木的外生菌根真菌組成[11~13],外生菌根真菌對白皮松、油松、馬尾松(P.massoniana)、金錢松(Pseudolarixamabilis)、加拿大楊(Populuscanadensis)與鉆天楊(P.nigravar.italica)等樹木生長和叢枝菌根真菌對柑桔與玉米的磷素營養(yǎng)及生長進行了研究.香港學(xué)者報道了7種外生真菌菌株對樟子松生長的影響.臺灣學(xué)者報道了臺灣松與彩色豆馬勃(Pisolithustinctorius)和乳牛肝菌(Suillusbovinus)共生形成外生菌根和柑桔及玉米與叢枝菌根真菌共生形成叢枝菌根的研究.2.2叢枝菌根真菌組成大陸于1978年文革結(jié)束后恢復(fù)菌根研究,1981~1990年間年均中英文論文僅為10和1篇(圖2),1989年第一本中文菌根學(xué)術(shù)專著出版.在此階段共發(fā)現(xiàn)6種新種和大約100種新記錄種叢枝菌根真菌[18~23]在廣西、四川和云南天然林(圖1的Ⅳ區(qū))與東喜馬拉亞山地區(qū)(圖1的Ⅵ區(qū)),發(fā)現(xiàn)了約300余種外生菌根真菌包括11個新種,如橙香牛肝菌(Boletuscitrifragrans)、鱗柄牛肝菌(B.squamulistipes)、長白乳菇(Lactariuschangbainensis)、溫泉乳菇(L.wenquanensis)、擬菱紅菇(Russulapseudovesca)、紅邊綠菇(R.viridirubrolimbata)、裸皺松塔牛肝菌(Strobilomycesglabellus)、闊裂松塔牛肝菌(S.latirimosus)、微茸松塔牛肝(S.subnudus)、短絨松塔牛肝菌(S.velutinus)、青岡松口蘑(Tricholomaquercicola)[24~39].此外,研究了鵝膏屬(Amanita)、蠟?zāi)?Lactarius)和松茸群(Matsutake)的形態(tài)分類和地理分布.研究表明,叢枝菌根真菌促進白藤(Calamustetradactylus)、格氏栲(Castanopsiskawakamii)、白花泡桐(Paulowniafortunei)和杉木及玉米、大豆和小麥等的生長.對北細辛(Asarumheterotropoides)、曼陀羅(Daturastramonium)、人參(Panaxginseng)、藍靛果忍冬(LoniceraedulisTurcz.)等藥用植物及軟棗獼猴桃(Actinidiaarguta)和茶(Camelliasinensis)叢枝菌根真菌組成進行了研究[40~43].同時發(fā)現(xiàn),磷或鐵和外生菌根真菌對柑桔和松樹生長具有交互作用,接種叢枝菌根真菌對蘋果、玉米和大豆磷攝取[44~49],對柑桔鈣和鐵攝取[50~51]或?qū)μO果和綠豆水分攝取及生長產(chǎn)生積極影響.此外,發(fā)現(xiàn)螺旋狀或胞質(zhì)螺旋樣生物能夠在叢枝菌根真菌菌內(nèi)生長和紫萁小菇(Mycenaosmundicola)可促進天麻(Gastrodiaelata)種子萌發(fā).2.3主要研究成就中國學(xué)者從1991~2000年間在國際英文期刊年均發(fā)表菌根研究論文兩篇(共23篇)增加到2001~2010年間年均20余篇(共約180篇,2007年最高為41篇).與此同時,中文菌根論文數(shù)量劇增,由1991~2000年均50余篇到2001~2010年均130余篇(2008年最高為158篇).下面選介1991~2010年間中國菌根的主要研究成就.31991.10年中國生物多樣性研究的主要成就3.1叢枝菌根真菌物種組成(1)叢枝菌根真菌的物種豐富度.在全國共發(fā)現(xiàn)150科800余種植物能夠形成叢枝菌根[4,13,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65]包括400余種野生植物和150余種大田栽培植物,如主要糧食作物、水果、蔬菜和傳統(tǒng)中藥材.中國叢枝菌根真菌物種十分豐富多樣,且具有一定地域獨特性,包括屬于叢枝菌根真菌9屬(無梗囊霉屬Acaulospora;原囊霉屬,Archaeospora;多胞囊霉屬Diversispora;內(nèi)養(yǎng)囊霉屬,Entrophospora;巨胞囊霉屬,Gigaspora;球囊霉屬,Glomus;和平囊霉屬Pacispora;類球囊霉屬,Paraglomus和盾巨胞囊霉屬Scutellospora)之中的7個新種和115個新記錄種(表2).中國叢枝菌根真菌大部分為Arum(阿魯姆)形態(tài)型.如在內(nèi)蒙古中西部草原28科125種植物中(圖1的Ⅱ區(qū)),有104種能夠形成叢枝菌根,其中65%為Arum型,僅19%為Paris(帕里斯)型.在新疆準噶爾盆地的4個典型沙漠植物群落中(圖1的Ⅴ區(qū)),3種短命植物(囊瓣頂冰花,Gageasacculifera;小車前,Plantagominuta和彎果胡盧巴,Trigonellaarcuata)的叢枝菌根真菌也主要是Arum型菌.但海南島9個熱帶雨林地(圖1的Ⅳ區(qū))25種植物的33種叢枝菌根真菌(18種球囊霉、9種無梗囊霉、1種內(nèi)養(yǎng)囊霉、2種巨胞囊霉和3種盾巨胞囊霉)則全部為Paris型或中間型,無一為Arum型.云南草原叢枝菌根真菌的發(fā)生與全年降雨量和日照時數(shù)顯著正相關(guān)(圖1的Ⅳ區(qū)).在云南24種馬先蒿屬寄生植物中,有9,2和1種植物分別同時感染叢枝菌根真菌與暗隔內(nèi)生真菌(darkseptateendophyticfungus,DSEF)、外生菌根真菌與DSEF和叢枝菌根真菌、外生菌根真菌與DSEF3種真菌,另有20種同時為叢枝菌根和寄生植物2種類型.叢枝菌根真菌發(fā)生的多度或頻度因真菌屬別而異,但不論地處東西南北和冷帶、溫帶、亞熱帶或熱帶,球囊霉都為優(yōu)勢菌屬.如在內(nèi)蒙古草原30多種植物中共發(fā)現(xiàn)27種叢枝菌根真菌,其中球囊霉19種,無梗囊霉2種,原囊霉、內(nèi)氧囊霉與巨孢囊霉各1種和盾巨胞囊霉3種.又如在新疆古爾班通古特沙漠(圖1的Ⅴ區(qū))11科14種植物中共分離出14種叢枝菌根真菌,其中球囊霉10種、無梗囊霉3種和原囊霉屬1種.另外,在新疆準噶爾盆地荒漠生態(tài)系統(tǒng)中5種常見短命植物中共發(fā)現(xiàn)有54種叢枝菌根真菌,其中82.6%屬球囊霉,而其他4屬(無梗囊霉、原囊霉、內(nèi)養(yǎng)囊霉和類球囊霉)僅占17.6%.在中國西北的毛烏素沙地(圖1的Ⅱ和Ⅵ區(qū)之間),球囊霉屬真菌是沙鞭(Psammochloavillosa)和塔落巖黃芪(Hedysarumlaeve)的優(yōu)勢菌根真菌.在長江中上游四川和云南之間金沙江干熱河谷(圖1的Ⅳ和Ⅵ區(qū))67種植物中,其中67%與球囊霉,22%與無梗囊霉,低于5%與植物原囊霉、內(nèi)養(yǎng)囊霉或巨胞囊霉形成叢枝菌根.云南元江一個山谷型半稀樹草原植被具有類似叢枝菌根真菌分布.在陜西小麥、大麥、玉米、谷子和黃豆農(nóng)田土壤中(圖1的Ⅲ和Ⅵ區(qū))分離出7種球囊霉真菌(聚叢球囊霉、蘇格蘭球囊霉、縮球囊霉、地球囊霉、兩型球囊霉、摩西球囊霉和地表球囊霉).在四川玉米、小麥、水稻和柑桔土壤中分離出30種叢枝菌根真菌,分別有球囊霉20種、無梗囊霉4種、盾巨胞囊霉3種、雙囊霉(Ambispora)和原囊霉與類球囊霉各1種.叢枝菌根真菌在黃壤、紅壤和紫壤中的分布基本相似,但在水稻土中較低且以摩西球囊霉、蘇格蘭球囊霉和縮球囊霉為主.跟新墾土地比較,云南久耕地中的叢枝菌根真菌孢子密度、菌種豐富度和群落組成與未開墾土地中的更為相似.無梗球囊霉屬真菌在西北和西南地區(qū),尤其是在青藏高原及其鄰近的橫斷山脈(圖1的Ⅵ區(qū))的分布僅次于球囊霉屬真菌,但在南部和東部地區(qū)的分布與球囊霉屬真菌不相上下[84~89].無梗球囊霉屬真菌在云南西雙版納熱帶雨林的發(fā)生頻率為54%,球囊霉屬真菌為41%;而盾巨胞囊霉屬真菌則主要分布在山東半島(圖1的Ⅲ區(qū))南部和東部沿海的沙丘和鹽堿土壤中.此外,其他各屬真菌菌種在中國的分布特別少.例如,類球囊霉屬僅一種,原囊霉屬、多胞囊霉屬和和平囊霉屬各2種,內(nèi)養(yǎng)囊霉屬3種,巨胞囊霉屬6種(表2).但從地理分布來看,多胞囊霉屬、內(nèi)養(yǎng)囊霉屬、巨胞囊霉屬和類球囊霉屬叢枝菌根真菌在全國都有分布,而原囊霉屬和和平囊霉屬則僅見于中國臺灣.(2)叢枝菌根真菌菌種組成與植物種群關(guān)系.叢枝菌根真菌在熱帶和亞熱帶地區(qū)的發(fā)生比在溫帶地區(qū)要高.例如,云南亞熱帶地區(qū)80%的植物樹種與叢枝菌根真菌共生.一般認為,龍腦香科(Dipterocarpaceae)樹種主要與外生菌根共生.但在海南和云南熱帶地區(qū)5屬24個龍腦香樹種根系土壤中卻分離到50種叢枝菌根真菌,分別屬于無梗囊霉、原囊霉、球囊霉、類球囊霉和盾巨胞囊霉5屬[94~97],其中無梗囊霉屬和球囊霉屬為優(yōu)勢菌種.云南西雙版納熱帶次生林13科26種植物跟11種叢枝菌根真菌共生與殼斗科4種植物(杯絲錐、紅錐、印度錐和截果柯)跟10種叢枝菌根真菌共生,分屬無梗囊霉、球囊霉、巨胞囊霉和盾巨胞囊霉4屬.同是羊齒類植物,在云南熱帶地區(qū)其共生關(guān)系較弱,如256種植物中僅有43種與叢枝菌根真菌共生,而在四川亞熱帶地區(qū)的34種植物中卻有31種與叢枝菌根真菌共生.在新疆天山草甸干草原、沙漠干草原、干草原沙漠和典型沙漠地區(qū),20種常見植物與28種叢枝菌根真菌共生(無梗囊霉5種、原囊霉1種和球囊霉22種).金沙江干熱河谷91種植物與43種叢枝菌根真菌共生(無梗囊霉7種、內(nèi)養(yǎng)囊霉2種、巨胞囊霉2種、球囊霉28種和盾巨胞囊霉4種).在云南元江河谷半稀疏草原的33科62種植物中有59種與叢枝菌根真菌共生.云南34種濕地植物中有11種與4屬(無梗囊霉、巨胞囊霉、球囊霉和盾巨胞囊霉)16種叢枝菌根真菌形成共生,其中摩西球囊霉為優(yōu)勢菌種.從7種水生菌根植物根際沉積物中分離出10種叢枝菌根真菌,隸屬于無梗囊霉(2種)、巨胞囊霉(1種)、球囊霉(6種)和盾巨胞囊霉(1種)4屬,其中球囊霉孢子/孢子果占97%.在西藏高原九種苔草植物中有7種與五屬(無梗囊霉、巨胞囊霉、球囊霉、和平囊霉和盾巨胞囊霉)26種叢枝菌根真菌共生,其中球囊霉和無梗囊霉為優(yōu)勢菌屬,而細凹無梗囊霉為最頻繁發(fā)生菌種.全國24種(16科)苔蘚植物中有17種與15種叢枝菌根真菌形成共生(球囊霉11種、無梗囊霉2種、巨胞囊霉1種和類球囊霉1種).河南和山東兩地著名的樹牡丹(圖1的Ⅱ區(qū))則同35種叢枝菌根真菌(無梗囊霉12種、原囊霉1種、巨胞囊霉2種、球囊霉17種和盾巨胞囊霉3種)共生.(3)叢枝菌根真菌對養(yǎng)分吸收和植物生長的影響.就叢枝菌根真菌對N,P,K,S,Zn,Cl和Na等吸收[106~135],有機磷、C和N循環(huán)[137~140]、P的雙向轉(zhuǎn)運及源于Al的土壤酸化等進行了大量研究.叢枝菌根真菌侵染的洋蔥(Alliumspp.)比未侵染者具有更高的硫和丙酮酸含量及辛辣氣味[143~145].接種摩西球囊霉能增加根系中可溶性糖積累從而提高玉米耐鹽性.接種根內(nèi)球囊霉顯著增加煙草N,P和K吸收、葉片P和綠葉素含量、根超氧化物歧化酶、幾丁質(zhì)酶和硝酸還原酶的活性和植物生物量.接種摩西球囊霉和地表球囊霉枳對P的吸收與菌絲分泌的酸性、中性、堿性和總磷酸酶含量呈正相關(guān).此外,接種根內(nèi)球囊霉或近明球囊霉能增強羊草(Leymuschinensis)對P的吸收、氣孔導(dǎo)度和光合速率,但對水分利用和δ13C值則無直接影響.就叢枝菌根真菌對多種植物生長的影響也進行了大量研究[113,129,130,134,149,150,151,152,153,154,155,156,157,158,159].聚叢球囊霉和弗蘭克氏放線菌(Frankia)雙重接種顯著增強西藏沙棘(Hippophaetibetana)生長和固氮及短枝木麻黃(Casuarinaequisetifolia)結(jié)瘤和固氮.接種摩西球囊霉顯著促進澳洲堅果幼苗光合作用.接種摩西球囊霉和根內(nèi)球囊霉顯著增加兩種沙漠植物(天竺葵和車前草屬)的光合作用和種子及果實總數(shù).在8mmolAl3+條件下,接種叢枝菌根真菌顯著增加樟樹幼苗綠葉素含量.應(yīng)用13種叢枝菌根真菌(無梗囊霉、球囊霉、巨胞囊霉和盾巨胞囊霉4屬)進行中國亞熱帶退化紅壤復(fù)墾研究,發(fā)現(xiàn)本地居生的蘇格蘭球囊霉和木薯球囊霉顯著促進綠豆生長,而蘇格蘭球囊霉對美麗胡枝子(LespedezaFormosa)的效果最為顯著.叢枝菌根真菌(1種內(nèi)養(yǎng)囊霉、3種無梗囊霉和5種球囊霉)顯著增加黑麥草(Rhynchrelyrumrepens)幼苗生物量積累.以當?shù)剞r(nóng)業(yè)土壤中分離出來的14種叢枝菌根真菌在溫室條件下接種紅薯,接種效應(yīng)因?qū)倩驅(qū)賰?nèi)菌株而異,其中球囊霉屬比無梗囊霉屬或盾巨胞囊霉屬效果更好,而幼套球囊霉、摩西球囊霉和GE6菌株是球囊霉屬真菌中最有效的.酶聯(lián)免疫分析(ELISA)顯示接種根內(nèi)球囊霉或珠狀巨胞囊霉顯著增加荔枝幼苗IAA(吲哚乙酸)含量.小麥基因型對叢枝菌根真菌的依賴性取決于菌絲發(fā)育及其從無機磷酸鹽里攝取磷之效率.Liu等人率先提出評價菌根真菌活力(侵染勢,Colonizationpotential,CP)和接種物有效性(接種勢,Inoculumpotential,IP)的概念.菌根真菌侵染勢定義為接種物中具有活力的真菌繁殖體數(shù)量,而接種勢定義為單位數(shù)量接種物在侵染初期侵染植物根系的能力.以巨胞囊霉、根內(nèi)球囊霉和地表球囊霉分別接種棉花、大豆、紅三葉草和玉米,結(jié)果表明侵染勢與接種勢顯著正相關(guān)(r=0.92~0.94).(4)叢枝菌根真菌在植物修復(fù)和/或土地復(fù)墾中的作用.近年來就叢枝菌根真菌對砷、鎘、鉛、鈾、銅、鋅、鈰和鑭等在植物中的積累、植物修復(fù)和土地復(fù)墾中的作用進行了大量探討[116,122,123,124,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,123,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,137,138,139,140,141,142,143,144,145,146,147,148,149,150,151,152,153,154,155,156,157,158,159,160,161,162,163,164,165,166,167,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177,178,179,180,181,182,183,184,185,186,187,188,189,190,191].研究表明,球囊霉侵染的玉米根際具有更高的有機結(jié)合態(tài)銅、鋅和鉛.叢枝菌根真菌侵染的蜈蚣草枝條中的鉛積累比其根系高24倍.摩西球囊霉顯著減少砷、鎘與銅在金雞菊和蜈蚣草莖干中的積累.叢枝菌根真菌顯著增加大麥、蜈蚣草三種豆科植物(長喙田菁、田菁和紫花苜蓿)根系而非莖中鈾含量[118,171,173,192].根內(nèi)球囊霉或珠狀巨胞囊霉同時減少紫云英莖干和根系鑭含量,從而有效緩解鑭毒害.摩西球囊霉和根內(nèi)球囊霉在低濃度10mg/kg土壤下增加,但在高濃度100和1000mg/kg土壤下降低香根草對鉛和鋅的吸收.與單接種蚯蚓或球囊霉真菌相比較,雙接種增加黑麥草對鎘的吸收并且降低土壤鉛和鋅的遷移.摩西球囊霉降低蠶豆鎘、銅、鋅或鉛誘導(dǎo)的DNA損傷.此外,暗隔內(nèi)生真菌(Exophialapisciphila)菌絲可以積累5%鎘和20%鉛.上述研究表明,可以應(yīng)用叢枝菌根真菌篩選當?shù)刂参飦硇迯?fù)礦山尾礦或廢損生態(tài)系統(tǒng).目前,中國亟需應(yīng)用以植物為寄主的微生物來修復(fù)由于致癌多環(huán)芳烴(PAHs)等引起的有機物污染球囊霉顯著降低紫花苜蓿、三葉草和辣椒土壤芘或菲含量.雙接種蘇格蘭球囊霉或地表球囊霉與根瘤菌紫花苜蓿從污染土壤中移除多氯聯(lián)苯的效果最好.幼套球囊霉降低玉米莖干但增加根系阿特拉津積累.摩西球囊霉和根內(nèi)球囊霉提高黃麻土壤中蒽的移除.幼套球囊霉增強紫花苜蓿根際中菲的逸散和根系中DDT(二氯二苯三氯乙烷滴滴涕)的積累.光壁無梗囊霉顯著降低土體中二(2-乙基己基)酯的積累并緩解二丁酯鄰苯二甲酸對豇豆生長的抑制.(5)叢枝菌根植物的酶學(xué)性質(zhì)變化.摩西球囊霉降低旱稻抗壞血酸過氧化物酶、過氧化氫酶和過氧化物酶活性以及百菌清對旱稻生長的不利影響.蘇格蘭球囊霉和珠狀巨胞囊霉增加海州香薷(Elsholtziasplendens)或摩西球囊霉增加玉米或紅三葉草根際土壤磷酸酶和脲酶活性[211~213].球囊霉降低沙棘和棉花黃萎病菌誘導(dǎo)的枯萎與接種后土壤堿性磷酸酶(ALP)或可溶性致病相關(guān)性蛋白的增減相關(guān).地表球囊霉增加根系可溶性酚類和細胞壁束縛的酚類化合物從而減少番茄青枯病病菌.幼套球囊霉降低黃瓜枯萎病發(fā)生與接種后黃瓜具有較高可溶性糖、脯氨酸和多酚氧化酶活性但較低的丙二醛相關(guān).組織化學(xué)顯示,土壤磷酸酶是由叢枝菌根真菌釋放到土壤中.摩西球囊霉和珠狀巨胞囊霉侵染之紫云英的生物量與琥珀酸脫氫酶和堿性磷酸酶活性相關(guān).珠狀巨胞囊霉增強白三葉草菌絲堿性磷酸酶活性.叢枝菌根真菌提高喜樹根系中喜樹堿(一種殺癌細胞化合物)含量.此外,亦有叢枝菌根真菌誘導(dǎo)產(chǎn)生酚類、生物堿與萜類等次生代謝調(diào)節(jié)化合物方面的報道[224~226].(6)分子生物學(xué)技術(shù)在叢枝菌根研究中的應(yīng)用巢式聚合酶鏈式反應(yīng)和特異性分子探針確證類黃酮化合物如芹菜素或異黃酮能夠誘導(dǎo)根內(nèi)球囊霉或摩西球囊霉侵染并與非叢枝菌根芥菜建立共生.嵌套多重聚合酶鏈式反應(yīng)技術(shù)檢測到5種叢枝菌根真菌孢子同時感染紫云英或紅薯根系.巢式聚合酶鏈式反應(yīng)技術(shù)只鑒定到臺灣杉根系中的美麗盾巨胞囊霉而未檢測到蜜色無梗囊霉,但同時檢測到黃檗根系中的根內(nèi)球囊霉、摩西球囊霉和美麗盾巨胞囊霉.磷缺乏下根內(nèi)球囊霉提高辣椒、茄子或煙草葉片和根系中磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白Pht1;3的表達及Pht1;4和Pht1;5的誘導(dǎo),而高磷下增強根系中Pht1;2的表達.但叢枝菌根真菌降低辣椒和煙草葉片中Pht1;2的表達.以巢式聚合酶鏈式反應(yīng)和變性梯度電泳相結(jié)合來檢測農(nóng)業(yè)土壤或限制性片段長度多態(tài)性來檢測榿木根際叢枝菌根真菌遺傳多樣性的方法也正在開發(fā)之中.逆轉(zhuǎn)錄酶聚合酶鏈式反應(yīng)顯示蘇格蘭球囊霉或根內(nèi)球囊霉降低番茄根系中LeSUT1(蔗糖轉(zhuǎn)運基因)和LeHT2(己糖轉(zhuǎn)運基因)的表達,但前者雖然降低而后者卻增加番茄根系和葉片中LeST3(單糖轉(zhuǎn)運蛋白基因)的表達.逆轉(zhuǎn)錄酶聚合酶鏈式反應(yīng)分析表明地表球囊霉能夠誘導(dǎo)葡萄對根結(jié)線蟲的抗性防御涉及到幾丁質(zhì)酶基因VCH3在根系中的轉(zhuǎn)錄.大豆抵抗大豆胞囊線蟲感染在于聚生球囊霉誘導(dǎo)根系幾丁質(zhì)酶b1和苯丙氨酸解氨酶的表達.無菌培養(yǎng)下質(zhì)粒T-DNA轉(zhuǎn)化的胡蘿卜根能與彎絲球囊霉建立共生.(7)大氣CO2和O3濃度升高對叢枝菌根和真菌多樣性的影響.大氣CO2濃度倍增顯著增加叢枝菌根真菌對玉米、大豆和小麥幼苗根系的侵染,但大氣O3濃度倍增卻顯著降低叢枝菌根真菌對蠶豆幼苗根系的侵染.雖然大氣CO2和O3濃度倍增都顯著提高叢枝菌根植物的生產(chǎn)力,但大氣CO2濃度升高降低稻麥輪作地里叢枝菌根真菌的菌種多樣性.大氣CO2倍增下叢枝菌根真菌菌種數(shù)量在其獨特組群里得到增加,而在共同組群里卻降低.叢枝菌根真菌物種多樣性對大氣CO2倍增的響應(yīng)取決于宿主植物特性,如在一年生反枝莧、稗草、大豆、黑麥草、水稻和玉米等植物中具有不同程度的降低,但在兩年生野燕麥、牛筋草、鼠麴草、北美車錢草、早熟禾和白三葉草等植物中卻有不同程度的增加.此外,大氣CO2倍增下蘇格蘭球囊霉顯著增加綠豆的根冠比、總碳與總氮含量.(8)特殊事件下的叢枝菌根.近30年來,入侵雜草加拿大一枝黃花已導(dǎo)致中國東部30多種土生植物滅絕,并于2004年發(fā)現(xiàn)其侵入云南西南.雖然加拿大一枝黃花入侵土壤中球囊霉屬真菌的菌種數(shù)量得以增加,但根系侵染率卻減少,而根際中的真菌孢子數(shù)、氮與磷的吸收并未受到影響.在云南常綠落葉混交林紫莖澤蘭嚴重入侵地點其叢枝菌根真菌豐度1.5倍高于非入侵地點,且前者地點的真菌/細菌比值也更高.1999年9月21日地震后,臺灣九九峰地區(qū)臺灣松演替為優(yōu)勢先鋒樹種并在其根際中觀察到黑色盾巨胞囊霉孢子出現(xiàn),且叢枝菌根真菌的物種多樣性在山脊線上比在山谷中較高.四川磨溪石油污染土壤14種植物中有13種與無梗囊霉、原囊霉和球囊霉3屬19種叢枝菌根真菌共生,且以縮球囊霉和摩西球囊霉為優(yōu)勢菌種.其中一年生蓬草和艾蒿根系真菌侵染率高達69%和47%,表明它們能忍耐石油污染.寧夏牧場改種楊樹后,隱子草、羊草、扁蓿豆、蕨麻和大針茅等5種優(yōu)勢植物根際叢枝菌根真菌的孢子密度和根系侵染率都顯著下降.此外,Bt176轉(zhuǎn)基因玉米根系的叢枝菌根真菌侵染率也顯著降低.(9)叢枝菌根真菌對植物病原抗性和與其他土壤微生物的相互作用.摩西球囊霉降低1年齡楊樹潰瘍病發(fā)生與樹皮中過氧化物酶和多酚氧化酶活性及酚含量正相關(guān),且與樹皮中可溶性糖和潰瘍病致病真菌(Dathiorellagregaria)負相關(guān).地表球囊霉顯著增加6周齡番茄根系酚類化合物含量.摩西球囊霉、根內(nèi)球囊霉或地表球囊霉顯著降低3月齡銀杏葉枯病或6月齡君遷子角斑病.巨孢囊霉屬、實果內(nèi)囊霉屬和球囊霉屬真菌顯著降低棉花黃萎病、西瓜枯萎病和玉米紋枯病.一般說來,叢枝菌根真菌介導(dǎo)的抗病特性與植物菌根化后具有更高的養(yǎng)分和水分吸收、葉綠素及抗病有機物息息相關(guān)[253~262],而地表球囊霉最能增強植物抗病性[253~260].叢枝菌根真菌與某些細菌雙接種更能促進植物生長,如地表球囊霉與拮抗細菌雙接種6周齡番茄酚類化合物含量比單接種幼苗較高.根內(nèi)球囊霉和根瘤菌雙接種4,7和10周齡紫云英根瘤形成與固氮、菌根侵染和菌絲生長與琥珀酸脫氫酶和堿性磷酸酶活性等都比單接種幼苗較高.雙接種根內(nèi)球囊霉和慢生根瘤菌紫花苜蓿、摩西球囊霉和解磷細菌紅三葉草或摩西球囊霉和重氮營養(yǎng)醋酸桿菌超甜玉米的磷素營養(yǎng)和植株生長都顯著增加.3.2松茸生長特性(1)外生菌根真菌的物種豐富度.在全國共發(fā)現(xiàn)40科80屬500余種外生菌根真菌,包括網(wǎng)蓋金牛肝菌、甘肅牛肝菌、黑牛肝菌、貴州華牛肝菌、廣東大團囊菌、突癌大團囊菌、粗壯蠟傘、屑狀塊菌、井岡塊菌、會東塊菌、闊孢塊菌、劉氏塊菌、臍凹塊菌、西藏塊菌、中甸塊菌等新菌種[267~295],而優(yōu)勢菌屬為鵝膏屬、牛肝菌屬、絲膜菌屬、乳菇屬、紅菇屬和口蘑屬等[4,274,275,279,280,286,293,295].它們中3/4與不同針葉樹木共生(其中1/3與松樹共生)而其他與樺樹、栲樹、木麻黃、桉樹、櫟樹、楊樹等共生.(2)外生菌根真菌菌種的遺傳結(jié)構(gòu).二元邏輯回歸分析表明,非外生菌根植物能對四川都江堰亞熱帶森林中外生菌根真菌子實體的發(fā)生產(chǎn)生負影響,并且真菌類群的無性生長不是鵝膏菌科、牛肝菌科和紅菇科等外生菌根真菌空間分布格局的唯一決定性因素[296~299].隨機擴增多態(tài)性DNA檢測出酒色紅菇共有121條DNA帶,其中94.2%即114條具有多態(tài)性.簡單序列間重復(fù)擴增分析表明遺傳變異主要發(fā)生在當年生長的隱花青鵝膏菌單個子實體之間且在年份間具有顯著差異.二階空間格局分析表明,栲樹、馬尾松、栓皮櫟3種林木的林份分布與17種外生菌根真菌子實體(3種鵝膏菌、9種牛肝菌、1種乳菇和4種紅菇)的林中發(fā)生率相關(guān).隨機擴增多態(tài)性分析表明北京人工華北落葉松林下棕灰口蘑性孢子繁殖在其生活史方面具有重要作用.以單核苷酸多態(tài)性構(gòu)建了中國西南相距350公里的兩株松茸菌株基因組文庫,系統(tǒng)發(fā)育分析顯示在178個單核苷酸多態(tài)性單體型中具有三種單倍體型,包括一些在菌株內(nèi)和菌株間共享的單倍體型.以這兩株菌株開發(fā)出的14種限制性片段長度多態(tài)性分子標記,對云南16個和四川1個地理區(qū)域的154株松茸菌株進行基因型歸類表明松茸地理種群以有性繁殖和遺傳重組為主且具顯著遺傳分化.(3)外生菌根真菌對養(yǎng)分吸收和植物生長的影響.外生菌根真菌顯著影響氮、磷、鉀等養(yǎng)分吸收和植物生長[303~311],且其菌絲能分泌脫落酸、生長素、赤霉素、吲哚乙酸和玉米素.11種外生菌根真菌電子能譜分析表明彩色豆馬勃Tb1665菌株對氮和磷的吸收能力最強.電子顯微鏡檢顯示菌根化23年齡火炬松和34年齡濕地松根際粘膠層厚度為50uf06dm×55uf06dm和70uf06dm×90uf06dm,而非菌根化植株根際間的粘膠層厚度分別為20uf06dm×20uf06dm和40uf06dm×50uf06dm.此外,接種粘蓋牛肝菌后樟子松光合系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ氧氣釋放在25mg/L銅處理下才受抑制.引進非本地或本地外生菌根真菌促進中國熱帶和亞熱帶地區(qū)的植樹造林(多為松樹和桉樹)[315~317].對澳大利亞和中國兩國的桉樹接種23屬90種菌株孢子和菌絲,其苗床幼苗真菌侵染率總體達到38%[318~322].中國南方155處人工桉林接種硬皮馬勃與彩色豆馬勃孢子和菌絲后真菌侵染率卻普遍偏低,但人工銀杉林真菌感染率較天然林為高.此外,銀杉愈傷組織無菌接種土生空團菌,5周后便可形成菌根.對同一宿主植物內(nèi)生和外生菌根真菌之間的相互作用也進行了研究.與英弗梅球囊霉和美麗盾巨孢囊霉相較,光壁無梗囊霉促進尾葉桉植株生長最佳.光壁無梗囊霉、英弗梅球囊霉、美麗盾巨孢囊霉或紅色蠟?zāi)谓臃N對藍桉生長影響較弱,而內(nèi)外生真菌雙接種效果更好.室內(nèi)外試驗都表明蘇格蘭球囊霉、黏滑菇或根瘤菌三接種刺槐幼苗的生長和固氮最高.(4)金屬元素對外生菌根生長和酶學(xué)活性的影響.在5~25mg/L銅濃度下,pH3.0~4.0而非4.5~6.0顯著抑制毒蠅菌菌絲生長.層腹菌、彩色豆馬勃和硬皮馬勃菌株因能耐受高濃度鋁、銅、鐵與鋅而具有在金屬污染土壤上進行植被重建的潛力.葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和甘露醇脫氫酶活性與銅或錳處理后的真菌生長顯著相關(guān).接種彩色豆馬勃或滑銹傘菇馬尾松對人工酸雨和鋁毒害的抗性得以增強,在pH4.0和150uf06dmol/L鋁濃度下彩色豆馬勃馬尾松葡萄糖和果糖含量得以增加.0.5%~2.0%橄欖油促進松口蘑菌絲生長.雙向電泳和質(zhì)譜分析顯示,美味牛肝菌在4%氯化鈉鹽脅迫下22個蛋白位點發(fā)生改變,其中14個為上調(diào),8個為下調(diào).電霧極化時飛質(zhì)譜確定其中16種蛋白改變涉及到蛋氨酸合成、糖酵解和DNA修復(fù).外源銅降低黏蓋牛肝菌菌絲體己糖激酶、磷酸果糖激酶和谷氨酰胺合成酶活性但提高其谷氨酸脫氫酶活性.彩色豆馬勃和土生空團菌在0.28~0.45mol/L極低汞濃度下仍然吸收汞,而后者可能對汞具有更強適應(yīng)性.松乳菇和二色蠟?zāi)⒕晁嵝粤姿崦阜置陔S外源磷酸二氫鈉的增加(0.23>1.15>5.74g/L)而增加,表明外源磷影響外生菌根真菌活化土壤磷.室內(nèi)實驗表明,土生空團菌、層腹菌、彩色豆馬勃、干巴菌和硬皮馬勃菌株等能夠利用栲樹、石櫟和櫟樹根系分泌物中的多酚化合物如單寧等.15天純培養(yǎng)美味牛肝菌、褐疣柄牛肝菌、鉚釘菇和雙色蠟?zāi)⒕z積累40%~50%外源滴滴涕(5mg/L),其余滴滴涕則降解為二氯苯乙烷和二氯二苯甲酮.紅絨蓋牛肝菌漆酶和過氧化物酶活性顯著增強且36天培養(yǎng)液中(80.0mgDDT/L)的滴滴涕殘留率僅為初始添加量的3.5%.10mg五氯酚/L下雖然影響美味牛肝菌、紅絨蓋牛肝菌、大毒黏滑菇和長柄黏滑菇菌絲生長,但對鉚釘菇、雙色蠟?zāi)⒑秃逐啾８尉鷦t無影響,且鉚釘菇的多酚氧化酶、漆酶和過氧化物酶活性最高.接種鉚釘菇后白皮松幼苗在85%煤矸石與15%黃土之混合基質(zhì)中生長良好,顯示出鉚釘菇在礦區(qū)土壤生物修復(fù)和植樹造林中的應(yīng)用潛力.3.3支持蘭小菇、紫水消化菌和真菌生長的植物在全國共分離到大約100種蘭花菌根真菌新類群或新種如開唇蘭小菇、石斛小菇、蘭小菇和蘭鐮刀菌菇等,其中多為擔(dān)子菌和半知菌[340~351].如從香港黃花美冠蘭、葉蘭、鷺蘭和香港綬草根系分離到21株絲核菌狀菌株,rDNA片段分析為角菌根菌屬和瘤菌根菌屬.最近開發(fā)出一種能進行死活菌絲團鑒別和能從含有多個蘭花菌根真菌類群之同一菌絲團里分離出單一類群且避免真菌與細菌污染的實驗方法.接種角菌根菌、瘤菌根菌、蘭花菇、石斛小菇、蘭小菇、紫萁小菇、或膠膜菌等都促進蘭花種子萌發(fā)和生長,如金線蓮、獨花蘭、杜鵑蘭、建蘭、蓮瓣蘭、墨蘭、大花蕙蘭、長蘇石斛、白花石斛、鼓槌石斛、密花石斛、美花石斛、羅河石斛、環(huán)草石斛、報春石斛、雙葉厚唇蘭、天麻、長莖羊耳蒜、杏黃兜蘭、獨蒜蘭和萬代蘭等[342,343,348,350].組織培養(yǎng)表明接種蘭花菌根真菌并加入0.12mol果糖或0.25mol磷酸二氫鉀,蘭花植株葉綠素a和b、幼苗生長和養(yǎng)分吸收都得到促進.絲核菌和其他蘭花菌根真菌對蘭花種子萌發(fā)與移栽成活率、營養(yǎng)與生殖生長以及抗病毒能力等都產(chǎn)生積極影響.光學(xué)和掃描電子顯微鏡鏡檢顯示老嫩變色彩葉蘭根系菌絲團都有典型的蘭花菌根結(jié)構(gòu)(tolypophagy),但接種7株絲核菌菌株后只有R01和R022株能促進蘭花種子發(fā)芽.進一步研究表明真菌菌絲侵入所有接種過的蘭花雜交親本或F1雜交后代原球莖(臺灣金線蓮×變色彩葉蘭或變色彩葉蘭×臺灣金線蓮)且與絲核菌株R01,R02和R04分別形成菌絲團.絲核菌株R02和R04還能促進金線蓮葉片超氧化物歧化酶與根系酸性和堿性磷酸酶活性以及抗壞血酸、多酚、類黃酮和多糖化合物含量.最近中國內(nèi)地開發(fā)出擴增片段長度多態(tài)性與rDNA內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)段等分子技術(shù)來進行蘭花菌根研究[365~367].此外,應(yīng)用蘭花菌根真菌大規(guī)模生產(chǎn)金線蓮、白芨楓香、紫晶舌石斛、金釵石斛、黃花石斛、變色彩葉蘭、南茜文心蘭以及朵麗蝶蘭屬、兜蘭屬和蝴蝶蘭屬等蘭花品種也提上了議事日程.4國外菌根研究文獻中國大陸菌根研究學(xué)者散布在中國菌物學(xué)會、中國植物學(xué)會、中國土壤學(xué)會、中國林學(xué)會、中國生態(tài)學(xué)會、中國食用菌協(xié)會和中國植物營養(yǎng)與肥料學(xué)會等專業(yè)學(xué)術(shù)團體.在臺灣也有類似的學(xué)術(shù)團體,這些學(xué)術(shù)團體負責(zé)組織專業(yè)學(xué)術(shù)活動如同行評審出版物和召開研討會等.中國菌根研究除少許發(fā)表在英文期刊外(表1),絕大部分發(fā)表在中國大陸出版的期刊上,如云南植物研究、生態(tài)學(xué)報、土壤學(xué)報,生物多樣性、植物學(xué)通報(現(xiàn)植物學(xué)報)、ChineseForestryScienceandTechnology、應(yīng)用生態(tài)學(xué)報、生態(tài)學(xué)雜志、菌物研究、JournalofIntegrativePlantBiology(英文,原植物學(xué)報)、JournalofPlantEcology(英文,原中國植物生態(tài)學(xué)報)、菌物學(xué)報(原真菌學(xué)報)、Pedosphere(土壤圈)、植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報、林業(yè)科學(xué)、土壤等等,最近10年中國大陸也有菌根書籍出版[4,13,14,59,60,349].與此同時,汪洪鋼先生等“VA菌根主要生物學(xué)特性及應(yīng)用”榮獲1995年國家科技進步三等獎,花曉梅先生等“截根菌根化應(yīng)用及其機理的研究”榮獲1997年度國家科技進步二等獎和“林木菌根化生物技術(shù)的研究”榮獲2001年國家科技進步一等獎以及劉潤進先生等“中國叢枝菌根研究”榮獲2005年山東省自然科學(xué)獎一等獎.此外,菌根研究也發(fā)表在中國臺灣出版的期刊上,如BotanicalStudies(英文,原中央研究院植物學(xué)匯刊)、中華農(nóng)業(yè)研究、中華真菌學(xué)會會刊、中華農(nóng)學(xué)會報、中國林業(yè)季刊、土壤與環(huán)境、臺灣林業(yè)科學(xué)等等.同時,“Dr.Root”,“Mycovam”和“Ai-gen-how”等叢枝菌根真菌接種物已在臺灣商品化.迄今中國大陸已舉行了11屆全國菌根學(xué)術(shù)研討會,參加者由幾十人到數(shù)百人逐屆增加.大陸菌根學(xué)者近年來也積極參與和舉辦或協(xié)辦國際學(xué)術(shù)會議與講習(xí)班,如由澳大利亞國際農(nóng)業(yè)研究中心贊助1994年在廣東開平(約100名澳大利亞和南亞代表)和1998年在廣州(約