从长白山自然保护区苔原带典型植物牛皮杜鹃、毛毡杜鹃、笃斯越橘、仙女木的根系分离获得深色有隔内生真菌(DSE)菌株,研究其侵染定殖情况.采用形态特征与rDNA ITS序列分析相结合进行分类鉴定,研究了 4种苔原植物的DSE真菌群落组成和物种多样性.结果表明:4种苔原植物的根系内均形成DSE的典型结构"微菌核".共分离出69株DSE菌株,分属于10个属12个种,分别是福廷瓶头霉、链格孢、细极链格孢、黑附球菌、小孢金丝酵母、白蜡树炭疽菌、茶树炭疽菌、小球腔菌属、枝状枝孢霉、茎点霉属、淡领瓶霉属、Discosia italica,具有丰富的物种多样性,且所有种均为我国高山苔原带首次报道的DSE真菌,其中福廷瓶头霉为各苔原植物的共有种和优势种.4种苔原植物DSE真菌的Simpson、Pielou和Shannon多样性指数均差异显著.表明苔原植物具有丰富的DSE真菌多样性,且二者能够形成良好的共生关系,增强苔原植物对环境的适应性.

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)是球囊菌门真菌与植物根系组成的共生体系,71%的维管植物有AM.球囊菌门(Glomeromycota)现下设 1 纲 4 目 11 科 27 属,约有 300 种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF).AMF可以提高植物对干旱、盐度、重金属等非生物胁迫和由其他生物引起的生物胁迫的抵抗力以及调节植物次生代谢产物的合成.本文综述了AMF对植物逆境胁迫和次生代谢产物影响的研究进展.阐述了AMF对植物形态结构、生理生化、基因表达和次生代谢等生命活动的影响.总结了AMF提高植物逆境胁迫抗性和调节植物次生代谢产物合成方面的作用机理.旨在为深入研究AMF响应植物逆境胁迫和调节植物次生代谢产物合成的作用机理提供参考.

对光环境的灵敏响应使得森林中常见的光照异质性成为影响植物自我更新的关键因素,然而植物地下根系结构对光照的响应较为难测而缺乏深入研究.为探究不同光强下木麻黄根系响应策略,以一年生木麻黄(Casuarina equisetifolia)幼苗为试验材料,模拟森林幼苗生长的林外(CK)、林缘(L1)、林窗(L2)和林下光环境(L3)设置4种光照强度,测定及分析木麻黄幼苗的生长、根系形态、细根解剖结构及碳氮含量等指标.结果表明:(1)L1下,幼苗采取维持高度,降低横向生长的方式,保证正常累积生物量,随光照强度的下降,株高、地径、叶片生物量及地上部分生物量逐渐下降.(2)在根系表型上,幼苗随光限制的加重呈现抑制纵伸但促进根系的横向生长,其中总根长、根平均直径及根体积达到显著差异.在径级结构上,细根发育程度随光照减弱而下降;而适当的遮光(L1)促进粗根生长但L3时除根尖数较CK上升外,根长度、根表面积、根体积均显著下降.(3)1-3级细根解剖变化较大,相较CK,1级细根皮层细胞面积显著增加,但根半径、维管柱结构、表皮厚度等指标则显著下降,2级细根根半径、皮层细胞面积、表皮厚度明显减少,但维管柱结构仅在L2、L3时显著下降;3级细根根半径、皮层细胞面积和维管柱面积均较CK显著增大,L1时维管柱结构下降,但随光照减弱加重,维管柱面积和中柱占比均明显增加.(4)在碳氮含量上,CK与L1无显著差异,TC在L2时显著下降,TN则在L2时显著上升,TC、TN均在L3达到最大,而C∶N随光强降低逐渐下降.综上所述,光限制时,木麻黄生物量及碳分配稳定根茎部分生长,采取"弱化吸收,强化储存"收缩型生长策略;当限制加重时,光合和呼吸作用失衡导致植物对细根投入养分的浪费,并最终造成林木死亡.研究结果为林下植被的更新提供理论参考.

[目的]本研究旨在揭示黑蚱蝉Cryptotympana atrata胚胎期的发育过程和共生菌在胚胎中的分布,确定若虫龄期数,明晰相关器官的形态发生过程以及若虫的形态变化(分化)与生境和寄主植物营养条件的相关性.[方法]通过野外采集和实验室人工饲养获得黑蚱蝉各发育阶段样本,采用光学显微镜和电子显微镜观察胚胎的发育,测量、分析不同龄期若虫的形态变化.[结果]黑蚱蝉的卵为长条形,表面具网状纹饰,卵孔位于距后极约1/4处.在胚胎发育初期,共生细菌Candidatus Sulcia muelleri(Sulcia)和类酵母共生真菌(yeast-like fungal symbionts,YLS)在卵的后极呈球状聚集;胚胎发育至约72 h后,新形成的胚带逐渐陷入卵黄中发育,共生菌球逐渐移动至前极,并进入附近宿主细胞;腹部分节后,共生菌球定殖于第6-8腹节背侧.发育至约第55天时进入滞育状态越冬,滞育期约为130 d.在胚胎发育早期,上唇节附肢从基部逐渐愈合,并与前唇基愈合形成复合结构.上颚节附肢不断延伸,形成上颚口针;下颚节附肢在胚胎发育早期即分化为外侧和内侧两个凸起,随后分别发育为近端的下颚板(后来又逐渐消失)和远端的口针.下唇节附肢在胚胎发育早期成对存在,之后愈合为一体,发育为喙管.发育至约第200天时,在第1腹节两侧出现胚足带,但发育至约第210天时随着胚胎翻转而逐渐退化.前若虫头部无齿突,胸、腹部具大量齿突,有助虫体破壳孵化;发育至约第245天时,一些胚胎开始孵化.若虫有5个龄期,各龄期除虫体不断增长外,复眼、触角、翅芽、胸足、生殖节等发生一系列形态变化,尤其是3对胸足的形态和功能分化最为显著.中足和后足细长,适于支撑和平衡身体;前足粗壮,腿节宽扁并逐渐形成齿梳,胫节镰刀状,具端齿、副齿和中叶,适于挖掘隧洞和固定于植物根系上取食.此外,1-4龄若虫均出现腹部膨大(Ⅰ型)和不膨大(Ⅱ型)两种类型个体,但5龄若虫无明显形态分化;以长势旺盛寄主植物柳树Salix babylonica和紫花苜蓿Medicago sativa为食的1龄若虫腹部形态分化早,以长势较差寄主为食的1龄若虫形态分化较迟,腹部不膨大个体比膨大个体进入2龄更早,且进入2龄后最初均为不膨大型个体.[结论]在黑蚱蝉胚胎发育过程中,由Sulcia和YLS组成的共生菌球从卵的后极移动至前极,最后定殖于第6-8腹节;上颚口针为基颚突起源,下颚口针为端颚突起源;黑蚱蝉若虫具5个龄期,幼期阶段的形态(功能)特化与其长期在地下隐蔽生活及羽化后的生态位转变密切相关,并与寄主植物的营养供给条件相关.

氮(N)是控制植物结构和功能以及维持生态系统稳定的重要营养元素之一,外源输入氮素的有效性及形态的差异对植物的生长发育和生理特征产生显著的影响.由于全球气候变化和人类活动的干扰,大气氮沉降量日益增加,氮形态也发生改变,严重破坏植物的正常生长和生态系统的平衡稳定,已成为研究学者关注的热点问题.本文综述了不同氮输入水平和形态对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性等方面的影响,归纳出:①适量氮输入能促进植物生长、光合作用和养分吸收能力,但当超出植物承受的阈值后,则对其产生抑制作用;②由于植物对氮素形态吸收偏好的差异,铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性的影响效果不同,且适宜铵硝配比相较于单一某种氮素添加对大多数植物的促进作用更显著.提出未来的研究方向应着重考虑4个方面:①开展大尺度的长期监测控制实验;②利用分子生物学技术深入探究氮形态对植物影响的微观机理;③重点关注土壤根际环境对植物根系氮素吸收的影响;④综合分析氮输入与其他环境因子的交互作用,准确评估典型植物种群动态及群落结构变化.本研究为探究外源氮输入下植物生长生理机制和实现植物生产系统的可持续性提供理论参考.

全光条件下紫椴(Tilia amurensis)更新困难,植被控制通过改变光照条件和土壤质量能够促进目的树种生长,研究植被控制强度对紫椴幼树根系性状和土壤因子的影响,为紫椴人工林培育提供支撑.以株行距为1.5 m×1.5 m的紫椴人工林(5年生)为对象,设置不同植被控制强度:幼树半径75 cm内所有灌草去除(T75)、半径50 cm范围灌草去除(T50)、半径30 cm范围灌草去除(T30)和不去除灌草(CK),测定不同植被控制强度下紫椴幼树吸收根和运输根的形态学性状、全量养分和非结构性碳水化合物等指标及土壤理化性质,揭示植被控制对根系性状和土壤因子的影响.植被控制显著改变了紫椴幼树所处环境中光照强度,其中,T75处理下光照强度最大,光照强度随着植被控制强度减弱而显著降低(P＜0.05).植被控制均显著降低了土壤全碳、全氮、速效氮和有效磷含量.随着植被控制强度的减弱,细根的直径、碳磷比、可溶性糖和淀粉含量均减小,比表面积、比根长、全碳、全氮和全磷含量均增加.土壤因子对紫椴幼树吸收根和运输根根系性状的变异的解释度分别为43.2%和37.9%.植被控制强度越大,紫椴幼树获得的光照强度越大,紫椴幼树根系形态、化学计量和生理特征随植被控制强度的变化均发生适应性改变,通过提高紫椴根系比表面积、比根长、全碳、全氮和全磷含量以增强幼树对低光条件的适应.植被控制强度变化下光照条件和土壤因子的改变可能是解释紫椴幼树根系性状变化的两个主要因素.

以内蒙古地区兴安落叶松分布的 3 个林区及华北落叶松分布的 4 个林区为采样点.以兴安落叶松和华北落叶松的根系为研究对象,采用组织分离法从根段分离培养得到根系内生真菌,结合形态特征和rDNA ITS区序列分析进行综合鉴定.然后对不同树种及同一树种不同样地的根系内生真菌群落组成和多样性进行差异分析.结果显示,共分离得到 225 株可培养内生真菌,分别隶属于3纲4目9科17属31种,其中,深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)类群的分离占比最大,是主要的内生真菌类群.两种落叶松根系共有的内生真菌类群有 4 种,分别为 Cadophora echinata、Phialocephala fortinii、Phi.helvetica和Pleotrichocladium opacum.其中Phi.fortinii和Phi.helvetica 分别为兴安落叶松和华北落叶松根系内生真菌的优势种.同时,两种落叶松的根系特有内生真菌物种各不相同,群落结构相似程度较低.华北落叶松根系内生真菌多样性指数和均匀度指数均大于兴安落叶松.兴安落叶松分布的 3 个样地真菌群落均匀度较低.同一树种不同样地间的相似性系数表明样地地理位置及林分条件相近时群落组成相似程度高.综上所述,两种落叶松根系内生真菌组成存在一定的差异,同一树种不同样地的真菌群落结构也具有明显的不同,但整体内生真菌资源都非常丰富.

深色有隔内生真菌(dark septate endophyte,DSE)作为一类植物内生真菌,接菌后如何提高植物应对逆境的生长能力一直是研究热点.为探究接种 DSE 下黄芪光合特征对高温胁迫的响应及其影响因素,本试验设置接菌区(接种 DSE)和对照区,以黄芪为供试对象,分别进行高温胁迫处理,胁迫温度为 42℃,胁迫时间设置 1、3、7 和 11 d共 4 个梯度,每个梯度 3 个重复,测定土壤化学性质、根系指标、叶片形态及光合特征.结果表明:随着高温胁迫时间增加,接菌区与对照区黄芪叶片的面积、气孔张开密度、叶绿素含量与根尖数均呈下降趋势,降低范围分别为55.5%-66.3%、69.6%-81.0%、68.2%-81.2%和 56.7%-59.8%.然而,接种 DSE 提高了黄芪叶片周长、面积、气孔张开密度、叶绿素含量、蒸腾速率及净光合速率(P<0.05),表明接种DSE显著降低了高温对黄芪光合特征指标的影响,提高了黄芪抗高温胁迫的能力.进一步采用主成分与结构方程模型分析发现,土壤速效磷、速效钾、根长、叶绿素 a、气孔张开密度与净光合速率为显著的正向关系(P<0.05),说明接种DSE可以通过调节黄芪根系、叶片光合色素、气孔等指标来提高黄芪的光合速率.本研究重点探讨高温胁迫下接种 DSE 对黄芪光合特征的影响,在利用 DSE 促进植物生长、提高植物耐高温性及光合效率方面具有一定的创新性.研究结果可为 DSE 在高温逆境下资源利用提供科学依据.

MYB是植物体内数量较多的一类转录因子,其家族成员在水稻全生育期各个阶段和多种逆境胁迫中发挥重要的调控作用,例如参与根系发育、细胞发育、次生细胞壁合成、分蘖的发生和伸长、花器官分化和发育、穗部形态建成、种子发育、各种激素代谢、次生代谢物的合成与代谢及生物和非生物胁迫响应等过程的调控.本综述介绍了 MYB转录因子家族的分类和不同亚群的蛋白结构,总结了 MYB家族成员在水稻地下部和地上部的生长发育、激素信号方面的最新研究进展,重点阐述了MYB家族成员对水稻在干旱、高温、低温、高盐、紫外线损伤等非生物胁迫条件下的调控作用,并探讨了 MYB基因对水稻在真菌、病菌等生物胁迫中起到的防御作用.最后纵观对水稻MYB转录因子的最新研究进展,总结了三点不足,同时就未来对于MYB转录因子的研究提出了三个方向上的展望.

为了探究喜马拉雅紫茉莉(Mirabilis himalaica)根部水浸提液的化感作用,以小麦和绿豆作为供试材料进行了研究,结果表明这两种植物在经过喜马拉雅紫茉莉根部的水浸提液处理8 d后,细胞和组织形态结构受到了明显的化感抑制作用影响.利用透射电子显微镜和扫描电子显微镜分别观察和分析两种作物在水浸提液处理后的根系形态和细胞结构,结果发现小麦和绿豆的根尖结构已不完整,部分表皮细胞脱落,细胞间的空隙加大,组织间出现了断层和空腔,细胞间紧密排列的结构也被打乱,有内含物渗出;细胞膜萎缩,逐渐发生了质壁分离,细胞质中液泡变大,细胞核出现了消融现象,一些主要的细胞器如内质网、线粒体、高尔基体等结构遭受了破坏或解体,数量减少,植物生命活动受到了严重的抑制.以上结果反映了喜马拉雅紫茉莉根部的水浸提液对两种常见作物都具有较强的化感抑制作用.