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黄绿卷蘑菇蘑菇圈对土壤微生物群落的影响及菌根辅助细菌的分离鉴定研究取得阶段性成果
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2018-06-22 科技处 | 【 】【打印】【关闭

 

  图1 Journal of Basic Microbiology封面 

  外生菌根真菌(Ectomycorrhiza Fungi,EMF),是一类能够和宿主植物根系形成共生体的真菌。在吸收来自宿主的光合作用产物(糖类及脂类)的同时,其分泌的有机酸能够将矿质元素转换为可以利用的有机形式。此外,它能极大的扩展根系的吸收面积从而提高宿主的抗逆能力。黄绿卷毛菇(Floccularia luteovirens)是一种广泛分布于青藏高原高寒草甸上的产可食用子实体的外生菌根真菌,常与矮嵩草(Kobresia humilis)形成共生体。之前的研究显示,该菌子实体含有丰富的多糖及氨基酸,具有很高的经济价值,同时该菌又具有外生菌根真菌的促生特性,因此也具有很高的生态价值。

图2 黄绿卷毛菇蘑菇圈

  很多种类的EMF都能够形成子实体,且有近50种(Agaricus campestris、 Psalliota campestris、Marasmius oreades及Tricholoma matsutake等)能够形成蘑菇圈(Fairy ring)。在子实体发生季,黄绿卷毛菇子实体多聚集形成环状的蘑菇圈,由于蘑菇圈下菌丝体更加丰富,该区域的矮嵩草色泽增浓绿、涨势更好。前人对于蘑菇圈的研究多集中于蘑菇圈对土壤理化性质及宿主营养水平影响的研究,但蘑菇圈的扩展、延伸对土壤微生物群落多样性的影响鲜有研究,而土壤微生物在土壤物质循环方面有着重要的作用。

图3 门(A)及纲(B)水平上蘑菇圈不同区域细菌群落多样性

 

图4 门(A)及纲(B)水平上蘑菇圈不同区域真菌群落多样性

 

图5 典型关联分析(Canonical Correlation Analysis)解释了造成蘑菇圈不同区域微生物群落差异的驱动因素

  本研究采集了位于青海省祁连县野牛沟乡的5个黄绿卷毛菇蘑菇圈不同区域(圈上(ON)、圈内(IN)、圈外(OUT))的矮嵩草根际土壤样品,利用扩增子(18S、16S)测序技术研究该菌菌丝体动态生长过程对土壤微生物群落的影响、结合土壤理化性参数找到驱动不同区域微生物群落的差异的因素。研究发现,蘑菇圈上真菌、细菌群落结构与多样性与圈内、外有着显著的差异、而圈内圈外的微生物群落组成差异不显著。同时,在蘑菇圈下没有发现除黄绿卷毛菇以外的其他EMF,预示着EMF种间对于宿主根系的激烈竞争。典型关联分析(Canonical Correlation Analysis)指出蘑菇圈下土壤相对于其他两个区域土壤总P、总N及pH的变化是驱动黄绿卷毛菇蘑菇圈不同区域微生物群落差异的主要因素。

6 首次在实验室环境下成功构建黄绿卷毛菇(Floccularia luteovirens)与宿主间的菌根共生体系

  此外,本研究在黄绿卷毛菇蘑菇圈下的土壤中发现了大量的菌根促生细菌(Mycorrhizal helper bacteria,MHB),该类细菌不仅能够促进EMF菌丝体的生长,还能提高EMF侵染宿主的能力。基于此发现,成功从蘑菇圈下土壤中分离鉴定出6株能够促进黄绿卷毛菇菌丝体生长的细菌,并首次在实验室条件下构建了该菌与宿主的菌根共生体系。最终,成功分离得到3株MHB。

  该研究得到了国家自然科学基金青年基金(31600409),青海省自然科学基金青年基金(No.2015-ZJ-925Q),科技部基础性工作专项(2015FY110100),以及西部之光计划的支持。该研究成果以“Microbial communities inhabiting the fairy ring of Floccularia luteovirens and isolation of potential mycorrhiza helper bacteria ”为题,以封面文章的形式发表微生物学专业期刊Journal of Basic Microbiology上,西北高原所助理研究员邢睿、硕士研究生闫慧颖为该论文的并列第一作者,陈世龙研究员为通讯作者。

  Abstract:

  Floccularia luteovirens, an important edible mushroom widely distributed in the Qinghai–Tibet plateau, is ecologically important as an ectomycorrhizal fungus and can form the fairy ring. To explore the influence of F. luteovirens fairy ring on soil microbial communities, we compared the soil microbial communities in three different fairy ring zones (inside the fairy ring (IN); beneath the fairy ring (ON); and outside the fairy ring (OUT)). A total of 1.77 million bacterial reads and 1.59 million fungal reads were obtained. Moreover, sequence clustering yielded 519,613 (57,735 per sample) bacterial OTUs, and 513,204 (57,023 per sample) fungal OTUs representing. Microbial diversity was lower in samples from the ON zone compared with the other two zones. Mycorrhiza helper bacteria (MHB) such as Bradyrhizobium and Paenibacillus were more common in the ON zone, and we isolated four potential MHB from rhizosphere soil. Canonical correspondence analysis showed that the soil nutritional condition and physical changes caused by F. luteovirens shaped the microbial communities in the ON zone. This is the first report on the study of soil microbial diversity influenced by fairy ring F. luteovirens, and further studies need to be conducted to study the ecological function influenced by this species.

  https://doi.org/10.1002/jobm.201700579

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