低甲烷排放转基因水稻是实现水稻低碳生产的理想材料.土壤微生物驱动了稻田甲烷的产生,低甲烷排放转基因水稻土壤微生物群落组成的变化不仅影响稻田甲烷排放,也关系到土壤微生态系统的稳定性.通过对细菌16S rRNA基因、真菌ITS基因的高通量测序及mcrA、nifH、amoA和nirS等功能基因的荧光定量PCR,分析了低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)与野生型水稻(MH86)土壤微生物群落间的差异.结果显示:稻田土壤细菌群落的α-多样性指数在86R27-3与MH86间无明显差异,且仅在水稻分蘖期86R27-3的土壤真菌群落多样性指数Shannon、Simpson及均匀度指数Pielou_e显著高于MH86(P＜0.05);β-多样性分析表明土壤细菌或真菌群落组成在86R27-3与MH86间均没有显著差异;但在水稻齐穗期:86R27-3 土壤的放线菌门(Actinobacteria)、罗泽真菌门(Rozellomycota)的相对丰度显著高于MH86(P＜0.05),而酸杆菌门(Acidibacteria)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度显著低于MH86(P＜0.05);土壤微生物群落功能预测显示,86R27-3 土壤氮、硫和锰代谢细菌功能群丰度显著低于MH86(P＜0.05),如分蘖期的土壤硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、硫代硫酸盐呼吸及硫呼吸,齐穗期和成熟期的好氧亚硝酸盐氧化及成熟期的锰氧化等;与MH86相比,86R27-3的土壤真菌功能群丰度有减有增,如在水稻不同生育期内的其未定义腐生物银耳目、嗜热囊菌科、镰刀菌属及韦斯特氏菌功能群丰度显著降低(P＜0.05),而其分蘖期的动物内共生体腐生生物毕赤酵母属和未定义腐生物马勃科功能群丰度显著提高(P＜0.05).定量PCR分析表明86R27-3 土壤中的产甲烷细菌mcrA基因丰度显著低于MH86(P＜0.05),同时,土壤固氮菌nifH基因、氨氧化细菌amoA基因及反硝化细菌nirS基因的丰度在86R27-3土壤中也显著降低(P＜0.05).综上所述,低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)对土壤细菌或真菌的群落组成没有影响,但可引起主要细菌或真菌种类的相对丰度及某些细菌或真菌功能群丰度发生变化,并显著降低了稻田土壤微生物功能基因丰度.

入侵杂草南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)的优势生长严重危害本土植物群落和生态系统的稳定性.近年来,化学防治依然是最主要的杂草防控手段.丛枝菌根真菌(AMF)作为一种菌根共生体,在宿主植物的生长和抵抗外界环境胁迫中起到重要的作用.该研究通过温室控制实验设置4种处理方式:对照组、只接种AMF、只喷施除草剂以及喷施除草剂并接种AMF,以验证AMF是否在入侵杂草南美蟛蜞菊响应除草剂中起到重要作用.结果显示:在草甘膦铵盐除草剂的胁迫下,南美蟛蜞菊的菌根侵染率、泡囊数以及菌根侵染丰度等级占比都显著上升;相比于只喷施除草剂处理,接种AMF显著增加南美蟛蜞菊的叶面积、地上生物量和根冠比,显著减少黄酮醇相对含量以及叶片损害数.首次发现与AMF的共生能缓解除草剂对入侵杂草南美蟛蜞菊的胁迫.因此,在杂草的化学防治过程中,与AMF的共生可能极大提高杂草对除草剂的抗性,可为入侵杂草的有效防控提供新的思考途径.

接种丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌可以提高棉花对氮(N)的吸收,但光照强度和N素形态对棉花-AM真菌共生体生长及碳氮(C-N)代谢的影响鲜有报道.本研究以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)和AM真菌异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)为研究对象,以不同光照强度(20%2 390 lux、60%7 170 lux、80%9 598 lux)和总N浓度为4 mmol/L不同形态N素(硫酸铵、硝酸钾、尿素、谷氨酰胺)为试验因子,采用三室培养法和同位素示踪技术探究不同光照强度和N素处理对棉花-AM真菌共生体生长及C-N代谢的影响.研究发现硫酸铵或尿素处理下,菌根15N丰度随光照强度增强而升高,说明当光照强度增强时,寄主植物可能传递更多的C给AM真菌,从而使AM真菌根外菌丝同化和转运更多的外源N(特别是含NH4+的N源)给寄主植物.60%与80%光照处理下,各N素处理AM真菌侵染强度均显著高于 20%光照处理,但 60%与80%光照处理相比,各N素处理AM真菌侵染强度无显著差异.20%和60%光照处理下,施加尿素或硫酸铵更有利于菌根化棉花N、磷(P)、可溶性糖及叶绿素的积累,80%光照处理下,施加硫酸铵对共生体N、P积累最有利,施加硝酸钾对共生体可溶性糖和叶绿素积累最有利,但与各N素组内 20%光照处理对比,80%光照下,共生体N、P及叶绿素积累均有所下降.综上所述,60%光照强度,施加4 mmol/L 铵态氮(NH4+-N)更有利于棉花-AM真菌共生体的生长发育及C-N代谢.

珊瑚礁作为一种典型的海洋生态系统,具有巨大的固碳和储碳潜力.然而,目前对于珊瑚礁的净碳能力(碳释放与碳吸收)仍存在争议,主要归因于珊瑚共生体碳代谢的多样性和复杂性.珊瑚礁在生物钙化、呼吸过程中向大气释放二氧化碳(CO2);但在生物合成和沉积过程中却可以将碳进行固定与埋藏;为此,珊瑚礁的碳源碳汇身份还有待明确.现有部分研究表明,共生体通过碳代谢可以促进珊瑚礁吸收大气中的CO2.此外,珊瑚礁和海岸带蓝碳生态系统通常表现出很强的连通性,珊瑚共生体碳代谢能有效提高海岸带盐沼植被、海草床、海洋浮游植物等生物的碳汇功能.为了加深对珊瑚礁碳源-碳汇功能的理解,综述了珊瑚共生体的碳代谢特征,梳理了共生体中碳的关键生态过程(有机碳的迁移、无机碳的转化、两者的赋存状态),总结了细菌-虫黄藻-病毒在共生体碳代谢中的作用,评述了珊瑚礁碳源-碳汇特征及影响因子.旨在阐明珊瑚共生体碳代谢的关键过程,并基于此寻求有效的珊瑚礁碳增汇技术,形成以碳增量为主的珊瑚保护与修复技术,提升珊瑚礁在蓝碳生态系统中的贡献.

本研究以布顿大麦Hordeum bogdanii为材料,从中分离出香柱菌属内生真菌,经纯化后接种到小黑麦植株体内,检测接菌成功后,对获得的内生真菌-小黑麦共生体以非共生体为对照进行混合碱胁迫实验,研究内生真菌对小黑麦的耐碱性生长和光合作用的影响.混合碱胁迫下接种内生真菌的小黑麦植株与未接种植株相比,内生真菌具有促进小黑麦植株生长,光合色素的合成,对叶片相对含水量影响显著,增强植株的根系活力的作用,可以提高小黑麦植株对混合碱胁迫的耐受能力.这将有助于培育耐盐碱品种,为盐碱地的合理利用和草产业的可持续发展提供重要的理论依据.

菌根是真菌与植物之间形成的互惠互利的营养共生体,对生态环境有重大的意义.外生菌根真菌与植物互作机制以及真菌基因功能的深入研究都需要对菌根真菌进行遗传转化,本研究以外生菌根真菌模式生物双色蜡蘑(Laccaria bicolor)为研究对象,选择细胞核中的核小体蛋白H2B基因为目的基因,以pCEBN为表达载体,融合红色荧光蛋白,最终构建在真菌中表达的双元载体,使用根瘤农杆菌介导转化法转化双色蜡蘑菌丝,随后利用PCR对真菌转化子进行验证后,通过激光共聚焦显微镜观察到菌丝细胞核中的红色荧光,成功将融合荧光蛋白转化菌根真菌,为后续研究菌根真菌中基因的亚细胞定位提供了实验平台.结果表明,利用双元载体和农杆菌转化方法,建立了高效的双色蜡蘑转化体系(93.33％),在激光共聚焦显微镜下观察到菌丝细胞核中红色荧光信号,验证了融合荧光蛋白在双色蜡蘑中的成功表达.本研究成功地构建了菌根真菌中的核小体蛋白和红色荧光蛋白融合表达的真菌转化体系.

纤毛虫与藻类的共生关系在水体环境中广泛存在并有着重要的生态功能.文章回顾了国内外纤毛虫与藻类共生研究的发展历程,主要介绍了纤毛虫与藻类共生的生态功能,以及显微观察与分子生物学技术在纤毛虫与藻类共生研究中的应用;阐述了包括草履虫与小球藻共生关系建立的 4 个过程及其互作机制、红色中缢虫与隐藻的共生关系、宿主与共生体之间的互作等内容;提出了纤毛虫与藻类共生研究中亟待解决的科学问题,包括草履虫食物泡膜(digestive vacuole,DV)与围藻膜(perialgal vacuole,PV)发挥作用的分子机制、红色中缢虫与隐藻共生关系的建立过程、红色中缢虫在共生过程中的功能作用等,并展望未来的研究方向.

[背景]桉树(Eucalyptus)青枯病危害严重,丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与桉树共生影响桉树对青枯病的抗性,而AMF响应桉树青枯菌侵染的机制仍不清楚.[目的]探索AMF响应桉树茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)的侵染机制.[方法]以非菌根化和异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)菌根化巨桉(Eucalyptus grandis)分别受茄科雷尔氏菌侵染 0、24、48 和 96 h接种后(hour post-inoculated,hpi)的根系组织为研究对象,基于转录组测序筛选和鉴定菌根化巨桉根系中异形根孢囊霉响应茄科雷尔氏菌侵染的基因信息.[结果]与对应非菌根化桉树受茄科雷尔氏菌侵染的时间点相比,菌根化桉树中异形根孢囊霉响应青枯菌侵染显著差异表达基因为 3382-5989 个,随青枯侵染时间进程的增加,异形根孢囊霉特异性响应茄科雷尔氏菌侵染差异表达基因数量逐渐增多.茄科雷尔氏菌侵染 24 hpi时,异形根孢囊霉显著富集共生体生长、孢子形成和凋亡信号通路、铁载体等相关基因;茄科雷尔氏菌侵染 48 hpi时,异形根孢囊霉主要提高自身跨膜运输的能力,促进自身钾、氮等养分吸收与交换等;茄科雷尔氏菌侵染 96 hpi时,异形根孢囊霉主要调控氧化还原反应和黄酮类等抗菌物质合成.[结论]菌根化桉树中AMF主要调控其生长加强生态位和营养(如氮、钾、铁)竞争、分泌抗菌物质、激活防御反应以响应青枯菌的侵染,所鉴定的相关基因信息为研究AMF-桉树-青枯菌互作机制提供一定的资源和参考.

苔藓与固氮蓝藻形成的共生体是许多受氮限制的天然陆地生态系统氮的主要来源,在全球氮循环中发挥着重要作用.不同生态系统的苔藓-蓝藻共生体物种组成及生长环境不同,固氮能力差异巨大.目前苔藓-蓝藻共生体的研究集中在北半球高纬度生态系统中,其他生态系统报道较少且零散.本文统计了已报道的苔藓-蓝藻共生体在全球生态系统中的分布、物种组成、蓝藻定殖率、蓝藻丰度及固氮潜力.统计发现,全球目前共发现参与苔藓-蓝藻共生的苔藓植物41科58属110种,蓝藻9科17属(≥26种);不同生态系统苔藓-蓝藻共生体的苔藓物种组成差异大,例如在北方森林中,赤茎藓(Pleurozium schreberi)-蓝藻为优势共生体,泥炭藓(Sphagnum spp.)-蓝藻是湿地生态系统中的优势共生体,而念珠藻(Nostoc)类以其独特的生理特性和强大的生态适应能力成为多数生态系统中的优势蓝藻类群;不同生态系统中蓝藻在苔藓植物上的定殖率、丰度及固氮能力具有较大差异;在全球生态系统中,北极苔原及北方森林生态系统的固氮量均较高,最高的固氮量发生在北极苔原生态系统(1.3-24.6kg N·ha-1·yr-1),最低发生在温带草原生态系统(0.008-0.124 kgN·ha-1·yr-1).最后,本文展望了苔藓-蓝藻共生体多样性及固氮研究的前景和亟待加强的研究方向.本文将为苔藓-蓝藻共生固氮的相关研究提供理论依据,并为进一步探讨其在全球氮循环中的地位提供数据和理论支撑.

丛枝菌根(AM)是植物与微生物联系中最为古老的共生体,全球范围内约80％的陆生植物与AM真菌共生形成丛枝菌根.这一共生关系在气候稳定和土壤磷贫瘠的热带、亚热带森林中更为普遍.以往的研究表明AM真菌通过提高植物对磷的吸收促进植物生长和定植,即产生植物-土壤正反馈.植物-土壤正反馈可降低由土壤病原菌引起的植物-土壤负反馈,进而降低植物-土壤负反馈维持植物多样性的能力,这与热带、亚热带森林中极高的植物多样性以及占比惊人的稀有种相悖.随着对热带、亚热带森林中AM真菌多样性研究的不断深入,越来越多的研究发现AM真菌多样性在不同的生境条件下以及不同的宿主植物间存在较大差异,这些差异可引起植物适合度的不同,进而影响植物群落构建.该文整合了AM真菌在宿主植物群落构建、宿主植物共存及稀有种维持等方面的研究进展,以期为验证"稀有种优势"假说提出新的研究思路,进而更有效地保护稀有植物.