内生真菌在植物生长以及抵御环境胁迫过程中起着非常重要的生态作用.本研究从黄河三角洲滨海湿地1350个芦苇组织切片中分离得到318株内生真菌,通过对rDNA ITS的分型、测序及系统进化分析,研究了该地区芦苇植株根、茎、叶中可培养内生真菌的种类组成及在不同盐度、不同组织中的分布情况.根据序列相似性(以98%为阈值),共获得12个真菌分类操作单元(OTUs).在门级分类水平上,子囊菌门为绝对优势菌群, 在各组织和站位中均有分布.芦苇根组织中分离得到的内生真菌OTU数相对较多,叶组织和茎组织中分离到的OTU数相同,且叶中的OTU在根中均存在.潮上区(低盐区)内生真菌OTU数最多,高潮区次之.根中可培养内生真菌的丰富度和多样性指数最高,叶中多样性最低;潮上区丰富度最高,中潮区多样性最高.尽管不同盐度梯度及不同芦苇组织中都有其特异的菌株,但总体看,土壤盐度及不同组织对可培养内生真菌的种类组成的影响并不显著(ANOSIM,P>0.05).链格孢属是所有样品共有的优势菌.
Endophytic fungi play an important ecological role in promoting growth and alleviating environmental stress of host plants. In this study, we investigated the diversity and community composition of endophytic fungi isolated from the common reed in wetlands of the Yellow River Delta. A total of 318 endophytic fungal isolates were obtained from 1350 tissue (leaf, stem, and root) fragments and from three tidal zones with different soil salinity levels. rDNA ITS regions of these isolates were PCR amplified, sequenced, and phylogenetically analyzed. All the sequences were divided into 12 operational taxonomic units (OTUs) at the 98% similarity threshold. Ascomycota was found to be the most abundant flora at the level of the phylum and distributed in all tissues and sites. There were generally richer OTUs in roots than in leaves and stems, and leaves and stems shared the same OTU numbers. All the OTUs retrieved from leaves appeared in roots. The supra tide (low salinity zone) had the most OTUs among the three sampling sites, followed by high tide. Furthermore, the roots had the highest richness and diversity, whereas the leaves had the lowest; supra tide held the highest richness, and the middle tide had the highest diversity. Although unique OTUs could be found in different tissues and tidal zones of different salinity, the communities of culturable endophytic fungi were not substantially different among tissues or tidal zones (ANOSIM, P>0.05). Alternaria sp. was the shared dominant taxa among all samples.
全 文 :滨海湿地植物芦苇可培养内生真菌的多样性
李海林1,2 马 斌1 张晓黎1 张倩倩1 郭晓红1,2 范德朋3 龚 骏1∗
( 1中国科学院烟台海岸带研究所微型生物生态与物质循环实验室, 山东烟台 264003; 2中国科学院大学, 北京 100049; 3佛山
市碧沃丰生物科技股份有限公司, 广东佛山 528200)
摘 要 内生真菌在植物生长以及抵御环境胁迫过程中起着非常重要的生态作用.本研究从
黄河三角洲滨海湿地 1350 个芦苇组织切片中分离得到 318 株内生真菌,通过对 rDNA ITS 的
分型、测序及系统进化分析,研究了该地区芦苇植株根、茎、叶中可培养内生真菌的种类组成
及在不同盐度、不同组织中的分布情况.根据序列相似性(以 98%为阈值),共获得 12 个真菌
分类操作单元(OTUs) .在门级分类水平上,子囊菌门为绝对优势菌群, 在各组织和站位中均
有分布.芦苇根组织中分离得到的内生真菌 OTU 数相对较多,叶组织和茎组织中分离到的
OTU数相同,且叶中的 OTU在根中均存在.潮上区(低盐区)内生真菌 OTU 数最多,高潮区次
之.根中可培养内生真菌的丰富度和多样性指数最高,叶中多样性最低;潮上区丰富度最高,
中潮区多样性最高.尽管不同盐度梯度及不同芦苇组织中都有其特异的菌株,但总体看,土壤
盐度及不同组织对可培养内生真菌的种类组成的影响并不显著(ANOSIM,P>0.05) .链格孢属
是所有样品共有的优势菌.
关键词 滨海湿地; 芦苇; 内生真菌; 盐度胁迫
Diversity of culturable endophytic fungi of common reed (Phragmites australis) in coastal
wetland. LI Hai⁃lin1,2, MA Bin1, ZHANG Xiao⁃li1, ZHANG Qian⁃qian1, GUO Xiao⁃hong1,2, FAN
De⁃peng3, GONG Jun1∗ ( 1Laboratory of Coastal Microbial Ecology and Matter Cycles, Yantai Insti⁃
tute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, Shandong, China; 2
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3Foshan Bio⁃Form Technology
Co., Ltd., Foshan 528200, Guangdong, China) .
Abstract: Endophytic fungi play an important ecological role in promoting growth and alleviating
environmental stress of host plants. In this study, we investigated the diversity and community com⁃
position of endophytic fungi isolated from the common reed in wetlands of the Yellow River Delta. A
total of 318 endophytic fungal isolates were obtained from 1350 tissue (leaf, stem, and root) frag⁃
ments and from three tidal zones with different soil salinity levels. rDNA ITS regions of these isolates
were PCR amplified, sequenced, and phylogenetically analyzed. All the sequences were divided in⁃
to 12 operational taxonomic units (OTUs) at the 98% similarity threshold. Ascomycota was found to
be the most abundant flora at the level of the phylum and distributed in all tissues and sites. There
were generally richer OTUs in roots than in leaves and stems, and leaves and stems shared the same
OTU numbers. All the OTUs retrieved from leaves appeared in roots. The supra tide ( low salinity
zone) had the most OTUs among the three sampling sites, followed by high tide. Furthermore, the
roots had the highest richness and diversity, whereas the leaves had the lowest; supra tide held the
highest richness, and the middle tide had the highest diversity. Although unique OTUs could be
found in different tissues and tidal zones of different salinity, the communities of culturable endo⁃
phytic fungi were not substantially different among tissues or tidal zones (ANOSIM, P > 0. 05).
Alternaria sp. was the shared dominant taxa among all samples.
Key words: coastal wetland; Phragmites australis; endophytic fungi; salt stress.
本文由国家自然科学基金青年基金项目(41301333)、烟台市科技发展计划项目(2014ZH073,2015ZH074)和烟台市双百人才计划项目资助
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41301333), the Science and Technology Development Program of Yantai
(2014ZH073 and 2015ZH074), and the Yantai Double Hundred Talent Plan.
2015⁃11⁃25 Received, 2016⁃04⁃07 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: jgong@ yic.ac.cn
应 用 生 态 学 报 2016年 7月 第 27卷 第 7期 http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2016, 27(7): 2066-2074 DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201607.014
定植在植物组织中的内生真菌对宿主植物没有
明显的致病性[1],反而可能增强宿主植物从周围环
境中获取营养物质的能力从而促进植物生长[2]、提
高宿主对温度变化、干旱的抵抗能力[3-4],以及防御
草食性动物的啃食[5-6] .内生真菌也产生多种次生代
谢产物[7-9],因此其物种多样性也越来越受到重视.
研究发现,内生真菌群落结构受宿主植物内、外环境
的影响.例如,不同的生长阶段,紫荆花(Bauhinia
brevipes)和皇冠花(Calotropis procera)叶中的真菌群
落会有变化[10-11];温度和降水也能够改变植物内生
菌的群落结构[12] .Sabzalian 等[13]发现,高羊茅(Fes⁃
tuca arundinacea)和牛尾草(Festuca elatior)中的内
生真菌 Neotyphodium spp.可以有效地帮助宿主抵御
盐度胁迫,这暗示内生真菌群落也可能与植物的耐
盐能力有关.滨海湿地土壤通常在盐度、含水量上存
在明显的梯度,陆到海断面上可以划分为不同的类
型.然而,湿地植物组织中的内生真菌多样性及种类
组成与土壤类型的关系还不清楚.
芦苇(Phragmites australis)是滨海湿地一种常
见的优势盐生植物.其耐盐机制不同于大多数其他
植物,它是通过把 Na+从茎向下运输到根来维持一
个相对恒定的渗透势[14] .在黄河三角洲滨海湿地,
从海到陆的梯度上,中潮区在每次涨潮时通常被淹
没,高潮区淹没频率比中潮区要低,潮上区只有在雨
季被淹没,一般不受潮汐的影响.本研究以黄河三角
洲滨海湿地优势植物芦苇为研究对象,分析了芦苇
不同组织中可培养内生真菌群落在不同潮区间的变
化情况.
1 材料与方法
1 1 样品采集
2012年 5 月在山东省黄河三角洲东营市滨海
湿地采集植物样品(图 1).从海至陆的梯度方向上
设置 3 个采样点:MT 点位于潮间带的中潮区,HT
点位于高潮区,ST 点位于潮上区,盐度分别为 5.2、
2.1和 0.9.每个采样点随机选取 10 棵含有完整根、
茎、叶组织的芦苇植株,置于无菌塑料袋中,并置于
冰上 24 h内运送到实验室处理.
1 2 样品处理
将芦苇的根、茎、叶用自来水洗净,切成 10 mm×
10 mm大小的片段.表面消毒过程如下:将组织片段
浸于 95%乙醇中 30 s,转移至无菌水中冲洗 3次;再
于 0.525%NaOCl 溶液中浸泡 2 min,无菌水清洗 2
次;然后用70%乙醇浸泡2 min,最后用无菌水清洗
图 1 黄河三角洲滨海湿地芦苇样品采集站位
Fig.1 Location of three sampling sites in the coastal wetland of
the Yellow River Delta.
MT: 中潮区 Middle tide zone; HT: 高潮区 High tide zone; ST: 潮上
区 Supra tide zone. 下同 The same below.
3次, 使用无菌滤纸吸干植物组织表面的水分.取表
面消毒的芦苇组织,于 PDA培养基表面放置 30 s后
移除,培养 3 ~ 4 d 后,观察培养基状况,以验证表面
消毒的效率.无菌丝出现,表明表面消毒彻底.
1 3 内生真菌的分离、培养与纯化
将已表面彻底消毒的样品剪成 5 mm×5 mm×
1 mm的组织块,植于 2%的 PDA 双抗培养基平板
上[15] .培养基成分及配制:马铃薯 200 g·L-1,葡萄
糖 20 g· L-1,琼脂 15 g· L-1,灭菌后加入 150
μg·mL-1青霉素钾和 120 μg·mL-1链霉素( Solar⁃
bio, 中国)以抑制细菌生长.将每个站点 3种不同的
芦苇组织(根、茎、叶)各做 3 个重复,每个重复分离
5个平板,每个平板上放置 10 个组织块,共分离
1350个组织块.置于 25 ℃恒温培养箱中避光培养
3~5 d,待组织周围出现菌丝时,用接种针挑出菌丝
并接入新的 PDA培养基平板,纯化培养 2 ~ 3 次,得
到纯化菌株,并分别编号.
1 4 DNA的提取与 PCR扩增
待菌落长至直径 4 cm 大小,用无菌刮刀取 0.5
g菌体置于提前预冷的研钵中,加液氮研磨.真菌基
因组 DNA 的提取与纯化使用溴化十六烷基三甲基
铵(CTAB)方法[16] .将获得的 DNA 重新溶解于 TE
缓冲液中,用微量紫外分光光度计 ( NanoDrop
2000c,Thermo,美国)对 DNA 的浓度和纯度进行测
定.DNA于-80 ℃保存.
以获得的真菌菌株基因组 DNA为模板,利用真
菌通用引物 ITS1 ( 5′⁃TCCGTAGGTGAACCTGCGG⁃
3) [17]和 LR3(5′⁃CCGTGTTTCAAGACGGG⁃3′) [17]扩
增包含真菌 ITS、5.8S 及部分 28S rDNA 的 DNA 片
76027期 李海林等: 滨海湿地植物芦苇可培养内生真菌的多样性
段(长度约 550 bp). PCR 体系为 25 μL,含模板
20 ng,10 ×PCR 缓冲液 2. 5 μL,dNTPs 混合物 200
μmol·L-1, ITS1、 LR3 0.25 μmol · L-1, MgCl2
2 mmol·L-1,Taq DNA 聚合酶 1.5 U,去离子水 18
μL.PCR程序为:95 ℃预变性 7 min,94 ℃变性 45 s,
55 ℃退火 45 s,72 ℃延伸 1 min,共 35 循环,最后
72 ℃延伸 7 min.
1 5 测序及系统发育树的构建
PCR扩增产物通过 1.5%的琼脂糖凝胶电泳检
测,并通过 TIANGel(TIANGEN,中国)凝胶回收纯化
试剂盒纯化回收,送上海生工生物工程股份有限公
司进行测序.获得的序列利用 Bellerophon 工具检测
嵌合体序列[18],去除嵌合体序列后,通过 BioEdit 软
件中的 ClustalW进行多重序列比对,并利用 Mothur
软件的 Furthest Neighbor原则及 0.02 差异水平下划
分可 操 作 分 类 单 元 ( operation taxonomic unit,
OTU) [19] .选取每个 OTU的代表序列,在 GenBank数
据库中用 BLAST 程序搜索序列相似性最高的同源
序列,利用 Jukes⁃Cantor 模型计算遗传距离,选择连
接法(Neighbor⁃joining,NJ)在 MEGA 5.05 中构建系
统进化树.将获得的核酸序列提交至 Genbank 数据
库, 获 得 相 应 的 基 因 登 录 号 ( KU258640 -
KU258806).
1 6 数据处理与统计分析
基于包含各 OTU相对丰度的二维矩阵,利用生
物多样性在线计算网站 ( http: / / www. changbio⁃
science.com / )计算芦苇内生真菌的 Shannon 指数
(H)、Simpson指数(D)和丰富度指数.利用 PRIMER
6.0(PRIMER⁃E, 英国)软件包中的非计量多维尺度
转换排序(MDS)工具对芦苇内生真菌的群落结构
进行排序[20],并利用 ANOSIM检验盐度及不同组织
对芦苇内生真菌群落结构的影响是否显著.胁强系
数(Stress)表征 MDS 排序的可靠性:Stress<0.05为
极好;<0.1为较好;<0.2为一般;>0.3为较差[20] .
2 结果与分析
2 1 芦苇可培养内生真菌的种类
从 3个盐度梯度位点采集的芦苇样本经培养纯
化,共分离获得 318 株内生真菌纯培养物.依据菌
落、菌丝形态和产孢结构共分为 87 类,每一类随机
送测 1~2株代表菌种,共获得 167 条 ITS⁃28S rDNA
序列.依据 98%的序列相似度,共分为 12个 OTU(图
2).除 OTU9的序列属于担子菌门(Basidiomycota)之
外,其余 11 个 OTU 均隶属于子囊菌门(Ascomyco⁃
ta)中的两个纲:座囊菌纲 ( Dothideomycetes,包括
OTU1、OTU3、OTU10 ~ 12)与粪壳菌纲( Sordariomy⁃
cetes,包括 OTU2、OTU4 ~ 8).基于 ITS⁃28S rDNA 的
系统发育树显示:OTU1与 OTU10形成两个分支,但
均与链格孢属的交链格孢菌(Alternaria alternata)、
细极链格孢菌(A. tenuissima)、A. chlamydosporigena
等聚在一起(置信值 99%),而且它们之间的序列相
似性也高达 99%~100%(表 1),表明这两个基因型
可能代表链格孢属的两个不同种.OTU3、OTU12 分
别与 Phoma anigozanthi、P. betae 聚在一起,表明这
两个基因型都属于茎点霉属(Phoma).OTU11 从进
化关系上,应该为腔菌目( Pleosporales)中某个属.
OTU2、OTU4、 OTU6 和 OTU7 分别与层生镰刀菌
(Fusarium proliferatum)、F. incarnatum 聚在一起,序
列相似性 99%~100%,表明它们均隶属于镰刀菌属
(Fusarium).OTU6、OTU7 与 NCBI 中已有序列相似
性约 95% ~ 96%.另外,OTU5 与 Podospora cochleari⁃
formis及 P. bicolor 聚在一起,序列相似性 98% ~
100%;OTU8 与管释单孢囊菌 (Monosporascus can⁃
nonballus)的序列高度相似(98%),并与拟弯孢单孢
囊菌(M. eutypoides)聚在一起,表明其隶属于单胞
囊菌属(Monosporascus). OTU9 则与伞菌科 (Agari⁃
caceae)的一个未定种亲缘关系较近.
2 2 可培养内生真菌的多样性
表 2列举了不同盐度梯度芦苇组织中内生真菌
的多样性.从中可以看出,与茎、叶相比,根中内生真
菌的多样性和丰富度指数最高(Shannon 指数 0.79,
Simpson指数 0.61,丰富度 4.67),叶中的多样性指
数最低( Shannon 指数 0.19,Simpson 指数 0.90).潮
上区(低盐区)丰富度最高(丰富度 3.00),中潮区
(高盐区)具有最高的多样性( Shannon 指数 0.63,
Simpson指数 0.62),而高潮区(中盐区)的多样性最
低(Shannon指数 0.07,Simpson指数 0.97).
2 3 可培养内生真菌的群落组成及变化
图 3、图 4展示了内生真菌 OTU 在不同盐度和
不同组织中的分布.根组织中的 OTU 数最多,
OTU4~OTU10、OTU12这 8个 OTU只从根中分离获
得,叶中分离到的 OTU 在根中均存在.OTU11(茎点
霉属)只在茎中分离得到, OTU1 (链格孢属)和
OTU2(镰孢菌属)为根、茎、叶中共有的 OTU.从不同
站位来看,潮上区含有的 OTU 数最多,其次为高潮
区,中潮区最少.其中,OTU1(链格孢属)、OTU2(镰
8602 应 用 生 态 学 报 27卷
图 2 芦苇可培养内生真菌 ITS⁃28S序列系统发育树
Fig.2 A neighbor⁃joining tree based on ITS⁃28S rDNA sequences of the endophytic fungal isolates obtained from Phragmites australis.
图中标注的为超过 50%的节点支持率 Only nodal bootstrap values >50% were shown in the figure. R: 根 Root; S: 茎 Stem; L: 叶 Leaf. 下同 The
same below.
图 3 芦苇可培养内生真菌的韦恩图
Fig.3 Venn plots of culturable fungal endophytes in common reed.
a) 组织 Tissues; b) 站点 Sampling sites.
96027期 李海林等: 滨海湿地植物芦苇可培养内生真菌的多样性
表 1 芦苇可培养内生真菌 ITS⁃28S rDNA序列在 GenBank数据库中的比对结果
Table 1 Results of BLASTing ITS⁃28S rDNA of endophytic fungal isolates against GenBank
分类单元
OTU
序列数
Number of
sequences
代表序列
Representative
sequence
组织
Tissue
采样点
Sampling site
最相似物种(收录号)
Closest related species
(accession number)
覆盖度
Coverage
(%)
相似性
Similarity
(%)
OTU1 119 HT⁃R⁃13 R HT Alternaria alternate (KF881761) 100 100
HT⁃R⁃51 R HT Alternaria alternata (KF881761) 100 99
MT⁃R⁃14 R MT Alternaria alternata (KF881761) 100 99
ST⁃R⁃10 R ST Alternaria alternata (JF835905) 100 99
HT⁃R⁃65 R HT Alternaria alternata (JF835905) 100 99
HT⁃R⁃66 R HT Alternaria tenuissima (HQ402558) 100 100
MT⁃S⁃8 S MT Alternaria tenuissima (KP278184) 100 99
ST⁃R⁃16 R ST Alternaria tenuissima (KP278184) 100 100
HT⁃R⁃69 R HT Alternaria alternata (KM458821) 100 99
HT⁃R⁃70 R HT Alternaria alternata (KP278204) 100 99
MT⁃R⁃28 R MT Alternaria tenuissima (KP278184) 100 100
OTU2 17 MT⁃S⁃1 S MT Fusarium proliferatum (KP132230) 100 99
MT⁃L⁃6 L MT Fusarium proliferatum (KP132230) 100 99
ST⁃R⁃17 R ST Fusarium proliferatum (KP132230) 100 99
ST⁃R⁃22 R ST Fusarium proliferatum (KP132230) 100 100
ST⁃R⁃23 R ST Fusarium proliferatum (KP132230) 100 99
OTU3 14 MT⁃R⁃26 R MT Phoma sp. (JX160058) 100 99
HT⁃L⁃10 L HT Phomasp. (KF367550) 100 100
OTU4 5 ST⁃R⁃1 R ST Fusariumoxysporum (JN400714) 100 100
ST⁃R⁃15 R ST Fusariumincarnatum(KM519192) 100 99
ST⁃R⁃21 R ST Fusariumincarnatum (EU111657) 100 100
OTU5 5 MT⁃R⁃6 R MT Podosporacochleariformis (AY999123) 100 97
MT⁃R⁃12 R MT Podospora cochleariformis (AY999123) 100 97
MT⁃R⁃22 R MT Podospora cochleariformis (AY999123) 98 97
OTU6 1 ST⁃R⁃20 R ST Fusarium fujikuroi (KJ000430) 100 95
OTU7 1 ST⁃R⁃26 R ST Fusarium equiseti (FJ459976) 100 96
OTU8 1 HT⁃R⁃28 R HT Monospora scuscannonballus (DQ865106) 92 98
OTU9 1 ST⁃R⁃9 R ST Agaricaceae sp. (EF682101) 88 96
OTU10 1 ST⁃R⁃8 R ST Alternaria chlamydosporigena (KC466540) 100 99
OTU11 1 ST⁃S⁃3 S ST Phoma herbarum (AY864822) 100 99
OTU12 1 HT⁃R⁃38 R HT Phoma betae (KM249077) 99 98
R: 根 Root; S: 茎 Stem; L:叶 Leaf. MT:中潮区 Middle tide zone; HT:高潮区 High tide zone; ST:潮上区 Supra tide zone. 下同 The same below.
刀菌属)在不同盐度区域均有存在,OTU3(茎点霉
属 )为高潮区和中潮区共有OTU.其余OTU均只出
表 2 不同盐度梯度芦苇组织中可培养的内生真菌多样性
Table 2 Diversity indices of isolated fungal endophytes
from tissues of common reed collected at different tidal
zones (mean±SD)
项目
Item
Shannon
指数
Shannon
index
丰富度
Richness
Simpson
指数
Simpson
index
OTU
总数
Number
of OTUs
组织 R 0.79±0.65 4.67±2.08 0.61±0.32 11.0
Tissue S 0.22±0.38 1.33±0.58 0.84±0.27 3.0
L 0.19±0.33 1.67±1.15 0.90±0.17 3.0
站点 HT 0.07±0.13 2.00±1.73 0.97±0.05 5.0
Station MT 0.63±0.06 2.67±0.58 0.62±0.09 4.0
ST 0.50±0.86 3.00±3.46 0.76±0.41 8.0
现在单一位点,例如有 6 个 OTU ( OTU4、 OTU6、
OTU7、OTU9、OTU10、OTU11)只从潮上区分离得到,
OTU8(黑点根腐菌属)与 OTU12(茎点霉属)只从高
潮区分离出,而 OTU5(柄孢壳菌属)只从中潮区分
离得到.
2 4 黄河三角洲湿地芦苇内生真菌的整体分布
特征
MDS排序结果显示,Stress 值为 0.01,说明所得
到的 MDS图能够极好地反映样品间的相似关系(图
5).从总体上看,除了潮上区芦苇茎组织(ST⁃S)中的
内生真菌结构比较特殊,不同盐度梯度和不同芦苇
组织内生真菌的群落组成相似. ANOSIM 检验发现
(表 3),不同盐度梯度和不同芦苇组织中的可培养
内生真菌组成均无显著差异(P>0.05).
0702 应 用 生 态 学 报 27卷
图 4 芦苇可培养内生真菌在不同组织、站点分布情况的
热图
Fig.4 Heatmap showing the distribution of culturable fungal
endophytes of common reed in different tissues and sites.
黑色表示有,白色表示没有 The black color meant yes, and the white
color meant no.
图 5 芦苇可培养内生真菌的多维尺度分析(MDS)
Fig.5 Multidimensional scaling (MDS) of culturable endophy⁃
tic fungi in common reed.
表 3 芦苇内生真菌群落相似性 ANOSIM分析
Table 3 ANOSIM analysis of the community similarity of
endophytic fungi in common reed
分组 R P
站点 Station -0.119 0.84
HT vs. MT -0.185 0.80
HT vs. ST -0.148 1.00
ST vs. MT 0.074 0.50
组织 Tissue -0.091 0.75
R vs. S -0.167 0.90
R vs. L -0.222 0.90
S vs. L -0.074 0.80
3 讨 论
本研究利用分子生态学的方法对黄河三角洲滨
海湿地高潮区、中潮区和潮上区芦苇根、茎、叶中内
生真菌的群落结构和多样性进行了系统研究,从
1350个芦苇组织切片中分离得到 318 株内生真菌,
其中主要优势菌群为子囊菌,只分离获得 1 株担子
菌.这与前人发现的盐生植物内生真菌区系中子囊
菌为优势菌、而担子菌出现频率不高相吻合[21-24] .
Xing等[21]针对中国南部海岸 4 种不同红树林物种
内生真菌的研究发现,子囊菌门下的拟盘多毛孢属
(Pestalotiopsis)和拟茎点霉属(Phomopsis)在 4 种宿
主植物中均为优势菌,且一些内生真菌具有组织和
宿主特异性.You等[22]和Kim等[23]分别选取 6 和 12
种盐生植物,对其根组织内生真菌进行分离培养,经
鉴定,所分离的真菌均隶属于子囊菌.Macia⁃Vicente
等[24]调查了西班牙东南部沙丘地带中盐生植物与
非盐生植物,沿盐度梯度从 15 株植物的 4500 个根
组织中共分离得到 3065个内生真菌,其中 96.7%属
于子囊菌,仅 3.3%属于担子菌,且宿主的生活习性
和土壤性质对内生真菌群落结构具有显著影响.虽
然子囊菌是大部分宿主植物体内的优势内生真菌,
但是不同宿主体内的优势类群又不尽相同.本研究
发现,黄河三角洲湿地芦苇体内的可培养的优势内
生真菌是链格孢属(Alternaria).
本研究结果显示,根中内生真菌数量以及种类
多样性高于茎和叶,这与芦苇内生细菌组织分布模
式类似[25] .可能的解释是:虽然有其他的来源包括
空气、种子和叶际等途径,但大多数内生菌来自于土
壤[26],相比于通过空气传播的真菌而言,土壤传播
真菌具有更高的多样性和普遍性.这也解释了在不
同器官中以根部的内生真菌数量和种类最多的原
因,已有的文献也证实了这一说法[27] .但是,也有研
究表明,有些植物茎中内生真菌明显高于其他器
官[28-29] .这可能是由于不同植物组织的结构和含有
的营养物质不完全相同,而不同的真菌对营养物质
的需求不尽相同,从而影响到内生真菌的侵染、生长
和分布.
本研究中鉴定的优势类群链格孢属、茎点霉属
是内生真菌区系的常见类群,可归属于黑色有隔内
生真菌(dark septate endophytes, DSE) [30] .黑色有隔
内生真菌是一类有隔膜、一般定植在皮层细胞和根
细胞间隙、可形成一种密集有隔膜的细胞间结
构[31] .有研究证明,重金属污染区域优势植物中普
遍存在 DSE 内生真菌[32] . Likar 等[33]发现,黄花柳
(Salix caprea)中 DSE 对土壤中 Pb、Cd 显示出很好
的应激反应,对此他们认为 DSE 可能提高柳树对重
金属污染的耐受性.另外,DSE 具很强的抗旱能力,
17027期 李海林等: 滨海湿地植物芦苇可培养内生真菌的多样性
将从耐热及耐干旱植物中分离的 DSE 转移到农作
物中,可大大提升农作物的抗逆能力,扩展农作物的
生长范围[34] .这主要是由于 DSE细胞壁含有丰富的
黑色素,使它们能够抵御不良环境.但是,DSE 与植
物之间的相互联系目前还不清楚.
交链格孢菌(Alternaria alternata)是一种常见的
植物病原真菌,在内生阶段,此类真菌往往不会对宿
主健康产生影响,但在宿主衰退过程中则可能转化
为病原菌[35] .有证据显示,交链格孢菌可以产生具
生物活性的抗菌剂[36],这可能作为一种化学防御来
帮助真菌竞争底物及适应环境.同时,交链格孢菌细
胞壁中的黑色素既可以帮助其抵御外界压力,也可
作为重要的毒力因子,增强其侵染宿主的能力.像稻
瘟病(rice blast)和曲霉病(aspergillosis)的病因就是
由黑色素引起的[37-38] .这也可以作为此真菌在很多
植物宿主中均为优势菌的一种解释[39-40] .然而,
Brum等[41]发现,尽管诸如此类常见的病原真菌在
许多文献中与植物病害有关,但是内生于植物组织
的病原真菌可能只具有较弱的致病能力,甚至于已
经丧失了致病力.
本研究发现,相对于茎和叶,根组织中有很多特
异性的菌群,如柄孢壳菌属、黑点根腐菌属和担子菌
伞菌科(Agaricaceae).这可能与根的功能性有关.根
是植物的主要营养器官,而内生真菌可以促进宿主
对矿质营养的吸收[42] .Narisawa 等[43]研究了内生真
菌 Heteroconium chaetospira 与大白菜之间养分的联
系,证明了 H. chaetospira可以向宿主提供氮源,同时
可从宿主根中获得碳源.当然,也可能与土壤直接接
触,根部组织直接受土壤胁迫作用有关,内生真菌能
够通过与应激有关的植物激素[44]或者调节代谢过
程[45]来减轻盐度对植物的影响.我们推测,芦苇内
生真菌可能在宿主抵御环境压力过程中起到一定的
作用,二者互利共生[46] .然而,具体的相互关系仍需
要进一步的研究来证实.
4 展 望
对于黄河三角洲这样一个典型的土壤盐渍化环
境,我们已经陆续报道了蓝细菌与丛枝菌根真菌的
多样性与分布[47-48],本次有关芦苇中可培养内生真
菌多样性的探讨是对盐渍化条件下植物⁃微生物关
系研究的一次补充.由于此次研究利用纯培养方法,
芦苇中不可培养的内生真菌种类及分布等还不清
楚.尽管如此,了解可分离培养真菌多样性仍然为下
游研究(如内生真菌天然产物的发现等)打下了基
础.在随后的研究中,可应用不依赖于培养的方法
(如高通量测序技术)来全面地揭示内生真菌群落
组成与宿主植物、生态环境之间的关系.
参考文献
[1] Petrini O, Sieber TN, Toti L, et al. Ecology, metabolite
production, and substrate utilization in endophytic fungi.
Natural Toxins, 1993, 1: 185-196
[2] Ren A, Li C, Gao YB. Endophytic fungus improves
growth and metal uptake of Lolium arundinaceum Darby⁃
shire ex. Schreb. International Journal of Phytoremedi⁃
ation, 2011, 13: 233-243
[3] Hubbard M, Germida J, Vujanovic V. Fungal endo⁃
phytes improve wheat seed germination under heat and
drought stress. Botany, 2012, 90: 137-149
[4] Waller F, Achatz B, Baltruschat H, et al. The endo⁃
phytic fungus Piriformospora indica reprograms barley to
salt⁃stress tolerance, disease resistance, and higher
yield. Proceedings of the National Academy of Sciences of
the United States of America, 2005, 102: 13386-13391
[5] Sullivan TJ, Rodstrom J, Vandop J, et al. Symbiont⁃
mediated changes in Lolium arundinaceum inducible de⁃
fenses: Evidence from changes in gene expression and
leaf composition. New Phytologist, 2007, 176: 673-679
[6] Zhang DX, Nagabhyru P, Schardl CL. Regulation of a
chemical defense against herbivory produced by symbio⁃
tic fungi in grass plants. Plant Physiology, 2009, 150:
1072-1082
[7] Schulz B, Boyle C, Draeger S, et al. Endophytic fungi:
A source of novel biologically active secondary metabo⁃
lites. Mycological Research, 2002, 106: 996-1004
[8] Wang L⁃H (王莉衡), Ke Y (柯 杨), Qiang Y (强
毅), et al. Inhibition effects and mechanisms of the en⁃
tophytic fungus Trichoderma harzianum LH⁃7 from Aloe
barbadensis. Chinese Journal of Applied Ecology (应用
生态学报), 2014, 25(4):1130-1136 (in Chinese)
[9] Khan SA, Hamayun M, Yoon H, et al. Plant growth
promotion and Penicillium citrinum. BMC Microbiology,
2008, 8: 231-240
[10] Hilarino MPA, Silveira FADE, Oki Y, et al. Distribu⁃
tion of the endophytic fungi community in leaves of Bau⁃
hinia brevipes ( Fabaceae ). Acta Botanica Brasilica,
2011, 25: 815-821
[11] Nascimento TL, Oki Y, Lima DMM, et al. Biodiversity
of endophytic fungi in different leaf ages of Calotropis
procera and their antimicrobial activity. Fungal Ecology,
2015, 14: 79-86
[12] Zimmerman NB, Vitousek PM. Fungal endophyte com⁃
munities reflect environmental structuring across a Ha⁃
2702 应 用 生 态 学 报 27卷
waiian landscape. Proceedings of the National Academy
of Sciences of the United States of America, 2012, 109:
13022-13027
[13] Sabzalian MR, Mirlohi A. Neotyphodium endophytes
trigger salt resistance in tall and meadow fescues. Jour⁃
nal of Plant Nutrition and Soil Science, 2010, 173:
952-957
[14] Vasquez EA, Glenn EP, Guntenspergen GR, et al. Salt
tolerance and osmotic adjustment of Spartina alterniflora
(Poaceae) and the invasive M haplotype of Phragmites
australis (Poaceae) along a salinity gradient. American
Journal of Botany, 2006, 93: 1784-1790
[15] Zhou Q⁃W (周启武), Zhao B⁃Y (赵宝玉), Lu H (路
浩), et al. Isolation and identification of endophytic
fungi in Sphaerophysa salsula and its diversity analysis.
Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica (畜牧兽医学
报), 2013, 44(3): 465-474 (in Chinese)
[16] Huang F (黄 芳), Han T (韩 婷), Qin L⁃P (秦路
平). Isolation and identification of endophytic fungi from
Vitexnegundo var. cannabifolia. China Journal of Chinese
Materia Medica (中国中药杂志), 2011, 36 ( 14):
1945-1950 (in Chinese)
[17] Innis MA, Gelfand DH, Sninsky JJ, et al. PCR Proto⁃
cols: A Guide to Methods and Applications. San Diego,
CA: Academic Press, 1990
[18] Huber T, Faulkner G, Hugenholtz P. Bellerophon: A
program to detect chimeric sequences in multiple se⁃
quence alignments. Bioinformatics, 2004, 20: 2317 -
2319
[19] Park CH, Kim KM, Elvebakk A, et al. Algal and fungal
diversity in Antarctic lichens. Journal of Eukaryotic Mi⁃
crobiology, 2015, 62: 196-205
[20] Clarke KR. Non⁃parametric multivariate analyses of
changes in community structure. Australian Journal of
Ecology, 1993, 18: 117-143
[21] Xing XK, Guo SX. Fungal endophyte communities in
four Rhizophoraceae mangrove species on the south coast
of China. Ecological Research, 2011, 26: 403-409
[22] You YH, Yoon H, Kang SM, et al. Fungal diversity and
plant growth promotion of endophytic fungi from six halo⁃
phytes in Suncheon bay. Journal of Microbiology and
Biotechnology, 2012, 22: 1549-1556
[23] Kim H, You YH, Yoon H, et al. Culturable fungal en⁃
dophytes isolated from the roots of coastal plants inhabi⁃
ting Korean east coast. Mycobiology, 2014, 42: 100 -
108
[24] Macia⁃Vicente JG, Ferraro V, Burruano S, et al. Fungal
assemblages associated with roots of halophytic and non⁃
halophytic plant species vary differentially along a salini⁃
ty gradient. Microbial Ecology, 2012, 64: 668-679
[25] Ma B, Lv XF, Warren A, et al. Shifts in diversity and
community structure of endophytic bacteria and archaea
across root, stem and leaf tissues in the common reed,
Phragmites australis, along a salinity gradient in a ma⁃
rine tidal wetland of northern China. Antonie van Leeu⁃
wenhoek, 2013, 104: 759-768
[26] Compant S, Sessitsch A, Mathieu F. The 125th anniver⁃
sary of the first postulation of the soil origin of endophy⁃
tic bacteria: A tribute to M. L. V. Galippe. Plant and
Soil, 2012, 356: 299-301
[27] Ghimire SR, Charlton ND, Bell JD, et al. Biodiversity
of fungal endophyte communities inhabiting switchgrass
(Panicum virgatum L.) growing in the native tallgrass
prairie of northern Oklahoma. Fungal Diversity, 2011,
47: 19-27
[28] Carroll G, Petrini O. Patterns of substrate utilization by
some fungal endophytes from coniferous foliage. Mycolo⁃
gia, 1983, 75: 53-63
[29] Duan H⁃J (段海婧), Han T (韩 婷), Wu X⁃L (吴
秀丽), et al. Separation and identification of endophytic
fungi from desert plant Cynanchum komarovii. China
Journal of Chinese Materia Medica (中国中药杂志),
2013, 38(3): 325-330 (in Chinese)
[30] Jumpponen A, Trappe JM. Dark septate endophytes: A
review of facultative biotrophic root⁃colonizing fungi.
New Phytologist, 1998, 140: 295-310
[31] Yu T, Nassuth A, Peterson RL. Characterization of the
interaction between the dark septate fungus Phialocepha⁃
la fortinii and Asparagus officinalis roots. Canadian Jour⁃
nal of Microbiology, 2001, 47: 741-753
[32] Li HY, Li DW, He CM, et al. Diversity and heavy met⁃
al tolerance of endophytic fungi from six dominant plant
species in a Pb⁃Zn mine wasteland in China. Fungal
Ecology, 2012, 5: 309-315
[33] Likar M, Regva M. Application of temporal temperature
gradient gel electrophoresis for characterisation of fungal
endophyte communities of Salix caprea L. in a heavy
metal polluted soil. Science of the Total Environment,
2009, 407: 6179-6187
[34] Pennisi E. Fungi shield new host plants from heat and
drought. Science, 2003, 301: 1466-1466
[35] Aly AH, Debbab A, Proksch P. Fungal endophytes:
Unique plant inhabitants with great promises. Applied
Microbiology Biotechnology, 2011, 90: 1829-1845
[36] Ezhil A, Kanugula AK, Kotamraju S, et al. Antibacteri⁃
al effect of an extract of the endophytic fungus Alternaria
alternata and its cytotoxic activity on MCF⁃7 and MDA
MB⁃231 tumour cell lines. Biological Letters, 2014, 51:
7-17
[37] Heinekamp T, Thywissen A, Macheleidt J, et al. Asper⁃
37027期 李海林等: 滨海湿地植物芦苇可培养内生真菌的多样性
gillus fumigatus melanins: Interference with the host en⁃
docytosis pathway and impact on virulence. Frontiers in
Microbiology, 2012, 3: 440
[38] Liu GY, Nizet V. Color me bad: Microbial pigments as
virulence factors. Trends in Microbiology, 2009, 17:
406-413
[39] Lin X, Lu CH, Huang YJ, et al. Endophytic fungi from
a pharmaceutical plant, Camptotheca acuminata: Isola⁃
tion, identification and bioactivity. World Journal of Mi⁃
crobiology and Biotechnology, 2007, 23: 1037-1040
[40] Fernandes MDV, Silva TACE, Pfenning LH, et al. Bio⁃
logical activities of the fermentation extract of the endo⁃
phytic fungus Alternaria alternata isolated from Coffea
arabica L. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences,
2009, 45: 677-685
[41] Brum MCP, Araújo WL, Maki CS, et al. Endophytic
fungi from Vitis labrusca L. (‘Niagara Rosada’) and its
potential for the biological control of Fusarium oxyspo⁃
rum. Genetics and Molecular Research, 2012, 11: 4187-
4197
[42] Newsham KK. Phialophora graminicola, a dark septate
fungus, is a beneficial associate of the grass Vulpia cilia⁃
ta ssp. ambigua. New Phytologist, 1999, 144: 517-524
[43] Narisawa K, Usuki F, Hashiba T. Control of verticillium
yellows in Chinese cabbage by the dark septate endo⁃
phytic fungi LtVB3. Phytopathlogy, 2004, 94: 412-418
[44] Khan AL, Hamayun M, Kang SM, et al. Endophytic
fungal association via gibberellins and indole acetic acid
can improve plant growth under abiotic stress: An exam⁃
ple of Paecilomyces formosus LHL10. BMC Microbiolo⁃
gy, 2012, 12: 3, doi:10. 1186 / 1471-2180-12-3
[45] Khan AL, Hamayun M, Ahmad N, et al. Salinity stress
resistance offered by endophytic fungal interaction be⁃
tween Penicillium minioluteum LHL09 and Glycine max.
L. Journal of Microbiology and Biotechnology, 2011,
21: 893-902
[46] Compant S, Clement C, Sessitsch A. Plant growth⁃pro⁃
moting bacteria in the rhizo⁃ and endosphere of plants:
Their role, colonization, mechanisms involved and pros⁃
pects for utilization. Soil Biology and Biochemistry,
2010, 42: 669-678
[47] Li H (李 寒), Zhang X⁃L (张晓黎), Guo X⁃H (郭
晓红), et al. Diversity and distribution of cyanobacteria
in coastal saline soils. Microbiology China (微生物学通
报), 2015, 42(5): 957-967 (in Chinese)
[48] Guo XH, Gong J. Differential effects of abiotic factors
and host plant traits on diversity and community compo⁃
sition of root⁃colonizing arbuscular mycorrhizal fungi in a
salt⁃stressed ecosystem. Mycorrhiza, 2014, 24: 79-94
作者简介 李海林,男,1990 年生,硕士研究生.主要从事微
生物生态学研究. E⁃mail: wflihailin@ 163.com
责任编辑 肖 红
李海林, 马斌, 张晓黎, 等. 滨海湿地植物芦苇可培养内生真菌的多样性. 应用生态学报, 2016, 27(7): 2066-2074
Li H⁃L, Ma B, Zhang X⁃L, et al. Diversity of culturable endophytic fungi of common reed (Phragmites australis) in coastal wetland.
Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(7): 2066-2074 (in Chinese)
4702 应 用 生 态 学 报 27卷