中國北方草原禾草內(nèi)生真菌資源調(diào)查及芨芨草屬植物內(nèi)生真菌的遺傳多樣性研究.pdf

1、禾本科植物與內(nèi)生真菌(Ascomycetes，Clavicipitaceae，Epichloё)形成一種系統(tǒng)發(fā)生(systemic)、高度特化的共生體，其共生關(guān)系的性質(zhì)和方向取決于共生體雙方的遺傳背景、生活史和環(huán)境的變化，共生關(guān)系復(fù)雜而多樣，或致病(pathogenic)或互利(mutualistic)亦或無顯著的外在表現(xiàn)。內(nèi)生真菌從宿主植物中獲取水分、養(yǎng)分和同化產(chǎn)物，借助其種子傳播，保證真菌有效的繁殖；同時有益真菌可提高宿主植物對動物

2、取食和環(huán)境脅迫的抗性，增強植物的生存力和種間競爭力。內(nèi)生真菌對宿主禾草的物種形成與進化、植物適應(yīng)性、種群動態(tài)、群落組成、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動、生物多樣性都有不可低估的作用，也是從不同層次、尺度研究共生機制的理想材料。 本文著重對北方草原常見禾本科植物進行調(diào)查，以了解該區(qū)域內(nèi)生真菌的資源及其分布狀況；在此基礎(chǔ)上對內(nèi)生真菌感染率較高、分布較廣的芨芨草屬(Achnatherum)3種禾草的內(nèi)生真菌分類地位、分子系統(tǒng)學(xué)和物種多樣

3、性進行探討；進一步研究了羽茅(Achnatherum sibiricum)．內(nèi)生真菌共生體遺傳多樣性、種群遺傳結(jié)構(gòu)、基因流的差異及其對共生關(guān)系的可能影響。 所調(diào)查的21屬43種禾本科植物中，有27種(63％)感染內(nèi)生真菌。國內(nèi)外未曾報道的宿主有4屬(隱子草屬Cleistogenes、馬唐屬DiGItaria、稗屬 Echinochloa和浩草屬Koeleria)20種禾草。其中，羽茅、沙蘆草(Agropyron mongolic

4、um)、直穗鵝觀草(Roegneria turczaninovii)、高冰草(Agropyron elongatum)、澤地早熟禾(Poa palustris)和細葉早熟禾(Poa angustifolia)種群有較高的感染率(>40％)。對羽茅的進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該植物種群感染率最高(平均98.2％)，感染種群分布最廣，而各種群內(nèi)生真菌感染率與所在樣地土壤因子以及宿主植物的生長指標間均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。 結(jié)合菌落外觀、孢子形態(tài)

5、和5.8S-ITS序列，鑒定了分離自羽茅、芨芨草(Ach． splendens)和紫花芨芨草(Ach．purpurascens)的24株內(nèi)生真菌，明確了其中17株真菌的分類地位。采用鄰接法(NJ)和最大簡約法(MP)得到的系統(tǒng)發(fā)育樹表明，它們與羽茅和針茅屬禾草Stipa lobata、Stipa eminens的共生真菌 Neotrphodium chisosum、N．sp．197和N．sp．ATCC 64038形成一個具100％支持強

6、度的分支，序列同源性均大于97％；另外7株無論從菌落外觀、孢子形態(tài)還是5.8S-ITS序列同源性都與Neotyphodium/Epichioё屬差別較大，分別歸入其他真菌類群。結(jié)果表明，芨芨草屬3種禾草的內(nèi)生真菌群落以Neotyphodium屬占絕對優(yōu)勢，同時存在其他種類真菌感染此類禾草的可能，它們共同組成了廣義概念下的內(nèi)生真菌類群。從形態(tài)和基因水平探討了4個羽茅種群所含的27株內(nèi)生真菌的遺傳多樣性。結(jié)果表明，羽茅內(nèi)生真菌種群表現(xiàn)出較高

7、的形態(tài)和基因多樣性。在PDA培養(yǎng)基上，依據(jù)菌落顏色、質(zhì)地、生長速率和分生孢子的特征，將其分為9種形態(tài)型；西烏珠穆沁、霍林郭勒和白音錫勒3個種群所含的內(nèi)生真菌菌落具有相似的生長特性和外觀，而定位站I種群無論從菌落外觀多樣性，還是遺傳多樣性指數(shù)均高于其他種群。由RAPD得到的463個位點當中多態(tài)位點占99.6％，特有位點占20.1％。Nei基因多樣性指數(shù)h和Shannon多樣性指數(shù)I分別為0.2380和0.3870；多數(shù)菌株間的遺傳一致度較

8、低而遺傳距離較遠，存在較顯著的遺傳變異?；贜ei無偏遺傳距離和UPGMA法的聚類分析將27株內(nèi)生真菌劃分的7個遺傳組與9種形態(tài)型的劃分較一致。內(nèi)生真菌遺傳多樣性可能與所在群落的環(huán)境異質(zhì)性和物種多樣性相關(guān)。 4個相同樣地未感染羽茅種群的RAPD共得到536個擴增條帶，多態(tài)位點百分率為100％，霍林郭勒、西烏珠穆沁、白音錫勒和定位站I種群的多態(tài)位點百分率分別為58.21％、72.39％、77.80％和83.02％，特有位點占總位點

9、數(shù)的6.9％。Nei基因多樣性指數(shù)h和Shannon多樣性指數(shù)I分別為0.1657和0.2878。4個種群的平均遺傳一致度是0.9757，平均遺傳距離是0.0246，結(jié)果反映出種群間較高的遺傳一致度和較近的遺傳距離?；贜ei無偏遺傳距離，采用UPGMA法所作的聚類圖顯示地理距離較近的定位站I種群與白音錫勒種群聚為一組，霍林郭勒種群與西烏珠穆沁種群聚為另一組。 4個內(nèi)生真菌種群的遺傳分化系數(shù)G<,ST>=0.3004，基因流Nm