免费文献传递   相关文献

保护地黄瓜根内和土壤中丛枝菌根真菌和深色有隔内生真菌多样性研究



全 文 :     
菌物学报   
jwxt@im.ac.cn 22 February 2017, 36(2): 1‐13 
Http://journals.im.ac.cn  Mycosystema    ISSN1672‐6472    CN11‐5180/Q   
  Tel: +86‐10‐64807521 Copyright © 2016 Institute of Microbiology, CAS. All rights reserved.
研究论文 Research paper      DOI: 10.13346/j.mycosystema.160018 
 
                                                                 
Supported  by  the  National  Natural  Science  Foundation  of  China  (31470101,  31272210)  and  the  Basic  Research  Project  of 
Qingdao Government [12‐1‐4‐5‐(14)‐jch]. 
*Corresponding author. E‐mail: liurj@qau.edu.cn 
Received: 2016‐01‐18, accepted: 2016‐09‐02 
 
Diversity  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate  endophytes  in 
the greenhouse cucumber roots and soil 
HU Yu‐Jin1      GAO Chun‐Mei1      LIU Xing‐Zhong2      LIU Run‐Jin1* 
1Institute of Mycorrhizal Biotechnology, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China 
2State Key Laboratory of Mycology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China 
 
 
 
Abstract: The diversity and its ecological functions of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and dark septate endophytes (DSE) on 
wild plants have been well documented. However, the species of AMF and DSE and their function simultaneously colonizing on 
the same root system of cultivated crops are less investigated. The purpose of the present study was to monitor AMF and DSE in 
the roots of cucumber (Cucumis sativus Linn.) and soils in the greenhouse condition by using traditional morphological methods 
and nested polymerase chain reaction‐denaturing gradient gel electrophoresis (PCR‐DGGE). For the AMF on cucumber roots, 7 
species  including  Glomus  fasciculatum,  Glomus  indicum,  Funneliformis  mosseae,  Scutellospora  dipurpurescens,  Gigaspora 
margarita and two uncultured species of Archaeospora were detected with PCR‐DGGE, while only F. mosseae, G. indicum and Gi. 
margarita were detected based on the morphological identification of spores collected from the root trap culture. Meanwhile, 6 
isolates  of  DSE  were  isolated  from  the  cucumber  root  segments  and  one  of  them  was  identified  as  Phoma  leveillei  with 
PCR‐DGGE. Twenty species in 9 genera of AMF were isolated and identified based on spores extracted in the cucumber root zone 
soil. Glomus was  the dominant genus  in cucumber  roots under greenhouse conditions. More AMF species  in cucumber  roots 
were  detected  by  molecular  techniques  in  comparison  with  the  species  detected  by  the  trap  culture  and  the  spore 
morphological methods. 
Key  words:  arbuscular  mycorrhizal  fungi,  dark  septate  endophytes,  protected  agricultural  soil,  Glomus,  Phoma  leveillei, 
cucumber roots 
 
 
 
 
网络出版时间:2016-10-31 15:36:30
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.5180.Q.20161031.1536.019.html
 
    ISSN1672‐6472    CN11‐5180/Q    Mycosystema    February 22, 2017    Vol. 36    No. 2 
     
   
http://journals‐myco.im.ac.cn 

保护地黄瓜根内和土壤中丛枝菌根真菌和深色有隔内生真菌
多样性研究 
胡玉金 1     高春梅 1     刘杏忠 2     刘润进 1* 
1青岛农业大学菌根生物技术研究所  山东 青岛  266109   
2中国科学院微生物所真菌学国家重点实验室 北京  100101 
 
摘   要:对于野生植物根内定殖的丛枝菌根真菌(AMF)和暗隔内生真菌(DSE)多样性及其生态功能现已进行了众多的
调查研究。然而,关于这两种真菌同时定殖于栽培作物的同一根系的物种多样性和功能我们却了解甚少。本研究旨在采
用传统的形态学方法和 PCR‐DGGE 技术探究保护地栽培的黄瓜 Cucumis  sativus  Linn.根内 AMF 和 DSE 的物种多样性。
PCR‐DGGE 结果显示共有 7 种 AMF,包括 Funneliformis  mosseae,Glomus  fasciculatum,Glomus  indicum,Scutellospora 
dipurpurescens,Gigaspora margarita 以及两个未培养的 Archaeospora;而以黄瓜植株根段作为接种物加富培养后,依据其
所产生的孢子形态特征进行分类鉴定,则只分离获得 3 种,即 F. mosseae,G. indicum  和 Gi. Margarita;同时,采用常规
分离纯化的方法从黄瓜根内分离得到 DSE 6 个菌株,其中 1 株经分子生物学鉴定为 Phoma  leveillei。从保护地根区土壤中
分离 AMF 孢子并通过形态学分类鉴定,获得了 9 属 20 种。研究结果表明,Glomus 是保护地栽培黄瓜根系内的优势属,
针对数量,相对于传统形态鉴定技术,分子技术可以检测到根内更多的 AMF。 
关键词:丛枝菌根真菌,深色有隔内生真菌,农业保护地土壤,黄瓜根系 
 
 
INTRODUCTION 
Symbiosis  is  an  intimate  association  between 
two different organisms  through all or part of  their 
life  cycle.  The  continued  development  of  ecology, 
powered  by  advances  in  molecular  identification 
methods  has  revealed  the  widespread  occurrence 
and  identity  of  symbiotic  relationships  with 
microbes  in many groups of organisms (Kurtzman & 
Fell 2006). Although symbioses between plant roots 
and  bacteria,  such  as  plants  with  nitrogen‐fixing 
Rhizobia  (Sprent  &  James  2007)  were  considered 
primitive  associations,  arbuscular mycorrhizal  fungi 
(AMF)  and  dark  septate  endophytes  (DSE)  are 
probably  the  most  widespread  and  dominant 
symbioses between fungi and plant roots (Baslam et 
al.  2012)  when  plants  are  well  established  in 
terrestrial  ecosystems.  The  establishment  of  these 
symbioses has been proposed to be a key event that 
allowed some primitive plants to colonize the harsh 
land  environment  for  the  first  time.  The  AM 
symbiosis  is  one  of  the most  fundamental  keys  to 
understanding  many  processes  in  plant  and  soil 
biology and ecology (Abbott & Lumley 2014).   
AMF are distributed widely  in farmland, forest, 
desert, saline‐sodic soil and greenhouse soils (Liu et 
al. 2014). AMF promote plant growth by  improving 
mineral  nutrition  and  water  status  of  plants, 
increase  plant  resistance  to  pathogens  and 
tolerance to the other biotic and abiotic stresses (Liu 
et al. 2012; Wu et al. 2012; Xie et al. 2014). 
Dark  septate endophytes  (DSE) are  a  group of 
endophytic fungi characterized by their morphology 
of  melanized  septate  hyphae  and  colonize  roots 
 
HU  Yu‐Jin  et  al  /Diversity  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate  endophytes  in  the  greenhouse  cucumber  roots  and  soil
 
 
 
菌物学报 
3
intracellularly  or  intercellularly  (Sieber  &  Grünig 
2006).  DSE  are  ubiquitous  in  various  stressful 
environmental  conditions,  interrelated  with  many 
plants ranging from the tropics to the arctic and are 
particularly common in habitats under stress such as 
alpine  environments.  DSE  fungi,  like  mycorrhizal 
fungi,  exhibit  a  very  broad  host  range  and  can 
colonize  nearly  600  plant  species  in  about  320 
genera  and  114  families  (Jumpponen  &  Trappe 
1998).  DSE  often  enhance  plant  growth  by 
improving  nutrient  uptake,  increasing  tolerance 
against  root  pathogens,  strengthening  ability  to 
withstand adverse environmental conditions (Wu et 
al. 2010).     
Plant roots encounter both AMF and DSE under 
natural conditions (Saravesi et al. 2014), and both of 
them can  infect plant  roots  to  form dual  symbioses 
(García et al. 2012; Liu et al. 2014). DSE can colonize 
mycorrhizal  plant  under  natural  conditions 
(Massenssini  et  al.  2014)  to  span  the  continuum 
from mildly  antagonistic  to mutualistic  interactions 
(Jumpponen  2001)  on  vegetation  under  natural 
conditions, especially on wild plants (Massenssini et 
al. 2014). However,  in comparison with wild plants, 
we know  little about  the  simultaneous colonization 
by AMF and DSE on crop roots. An understanding of 
the colonization of crop roots by both AMF and DSE 
and  their  species  diversity  will  provide  insight  for 
the function of AMF and DSE in agriculture system. 
Many  species  of  AMF  have  been  isolated  and 
identified  from  vegetable  crops  grown  in 
greenhouse  in north China and  in natural grassland 
(Jiao  et  al.  2011;  Kim  et  al.  2014).  During  our 
previous work,  fungal  structures  of  both  AMF  and 
DSE have been observed simultaneously  in one root 
of  cucumber grown  in greenhouse  soils  (Tian et al. 
2015). Soil is the base camp of microbial life, as well 
as microbial  resources.  The native  species diversity 
of  AMF  and DSE  in  soil  provides  resources  for  the 
root  colonization  of  the  fungi.  The  purpose  of  the 
present study was to determine the species diversity 
of AMF and DSE  in the root zone soil and the roots 
of cucumber grown in the greenhouse.     
1 MATERIALS AND METHODS 
1.1 Sampling sites and the sample treatment 
Three  greenhouses  with  cucumber 
monoculture for more than five years were selected 
in  Laiyang  (120°71′  E  and  36°99′  N),  Laixi 
(120°52′  E  and  36°93′  N)  and  Shouguang 
(120°26′ E and 36°45 N), the region of greenhouse 
cucumber  production  in  Shandong.  The  sampling 
was  conducted at  the different development  stages 
of  cucumber  plants  including  stages  of  seedling, 
flowering,  initial  fruit  setting  (50  days  after 
transplantation),  full  fruit  period  (70  days  after 
transplantation),  and  preharvest  period  (90  days 
after  transplantation)  (Wang  et  al.  2012)  in  the 
growing season of 2013. Five sampling plots  in each 
greenhouse were randomly selected, and five plants 
in  each  plot  were  collected  and  ca.  1  000g  soil 
around the sampling plant roots by borer in 0–30cm 
depth with roots were taken and placed  in a sealed 
plastic  bag.  Part  of  soil  was  used  to  isolate  AMF 
spores for species  identification. Root samples were 
separated  into  two  parts  except  for  the  sample 
collected  in  the  last  fruiting  stage  which  was 
separated  into  3  parts. One  part was  stored  under 
‐80℃  for  DNA  extraction,  the  other  part  of  the 
fresh roots was employed to isolate DSE. For precise 
identification  to  enrich  AMF  spores,  a  trap  culture 
trial  (Liu & Chen 2007) was  conducted  for  the  root 
 
    ISSN1672‐6472    CN11‐5180/Q    Mycosystema    February 22, 2017    Vol. 36    No. 2 
     
   
http://journals‐myco.im.ac.cn 

and  soil  samples  of  the  last  fruiting  stage.  The 
trapping plants, clover (Trifolium subterraneum) and 
tobacco  (Nicotiana  tabacum),  were  planted  in  the 
pots  that contain  the  soil  sample or  the autoclaved 
soil  inoculated  with  the  root  sample  that  was  cut 
into 0.3–0.5cm  length  segments. The  root  zone  soil 
samples  collected  in  the  last  stage  were  also 
enriched in trap culture to isolate AMF.   
1.2 Species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi 
After  two month cultivation, AMF  spores were 
extracted  from  the  trap culture soils by wet sieving 
(20–400μm  mesh)  and  decanting,  followed  by 
sucrose  density  centrifugation  (Liu  &  Chen  2007). 
AMF  species  identification  was  based  on  spore 
morphology,  original  descriptions  of  species,  and 
detailed  descriptions  provided  by  the  International 
Collection  of  Vesicular  and  Arbuscular Mycorrhizal 
Fungi  (http://invam.caf.wvu.edu)  and  Polish 
Agricultural University Professor  Janusz Blaszkowski 
(http://www.zor.zut.edu.pl/ Glomeromycota/).   
Spore  density  in  the  root  zone  soil  of  the 
greenhouse was expressed as the number of spores 
in 100g  air‐dried  soil,  and  species  richness was  the 
number  of  AMF  taxa  detected,  Shannon‐Weiner 
index  was  calculated  according  to  the  following 
formula: 
H´=-∑(Pi)ln(Pi) 
Where Pi= ni/N, ni represents the number of spores 
for  an  individual  species,  and  N  represents  total 
number of spores. 
1.3 Isolation of dark septate endophytes 
Roots of  the  cucumber plants were washed  in 
running  tap water  and  surface‐sterilized  with  75% 
ethanol for 5min, and then 10% sodium hypochlorite 
for  another  5min.  The  surface‐sterilized  roots were 
cut into small pieces (ca. 5mm) and placed on 90mm 
Petri dishes  containing potato dextrose agar  (PDA). 
Three to  five root segments were placed onto each 
PDA plate and  incubated  in  the dark  for about 30d 
at  24℃.  The  plates  were  daily  observed  and  the 
dark  mycelium  growing  from  the  root  segments 
were  transferred  onto  new  PDA  plates  for 
purification.   
1.4  Molecular  identification  of  arbuscular 
mycorrhizal fungi and dark septate endophytes 
1.4.1 DNA extraction: Approximately 20mg of  each 
root  sample  collected  from greenhouse and 2‐ DSE 
culture  after  incubation  for  two weeks were  used 
for  AMF  and DSE DNA  extraction  respectively.  The 
root  samples were  cut  into  1‐2mm  fragments  and 
ground  in  liquid  nitrogen.  The  total  DNA  was 
extracted using the E.Z.N.A.® Plant DNA Miniprep kit 
(Omega Bio‐Tek,  Inc., Norcross, GA, USA) according 
to the manufacturer’s protocol, while DSE DNA was 
extracted by the CTAB method  (Grünig et al. 2002). 
Each  DNA  sample  was  finally  dissolved  in  100μL 
elution  buffer  and  stored  at  ‐20℃   until  further 
assay. 
1.4.2  Nested  PCR  and  DGGE  analysis:  (1):  DSE   
Primers  ITS1  (5‐TCCGTAGGTGAACCTGCGC‐3)  and 
ITS4  (5‐TCCTCCGCTTATTGATATGC‐3)  were 
employed  to  amplify  DSE  fungal  rDNA  internal 
transcribed  spacer  (ITS).  The  PCR  reactions  were 
performed in a S1000 Thermal Cycler (Bio‐Rad, USA) 
and  50μL  reaction  volume  containing  2μL  genomic 
DNA,  2μL  of  each  primer  (10mmol/L,  5μL  10×  PCR 
buffer,  7μL  25mmol/L Mg2+,  2μL  2.5mmol/L  dNTP, 
1μL  5U/μL  Taq  DNA  polymerase,  and  29μL  ddH2O 
was  applied.  The  conditions  included  an  initial 
denaturation  at  94℃   for  3min,  followed  by  35 
cycles at 94℃  for 1min, 55℃  for 45s, and 72℃  for 
2min,  and  a  final  extension  at  72℃  for  8min.  PCR 
 
HU  Yu‐Jin  et  al  /Diversity  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate  endophytes  in  the  greenhouse  cucumber  roots  and  soil
 
 
 
菌物学报 
5
products were analyzed with 1.2% (W/V) agarose gel 
electrophoresis  (130V,  20min)  and  stained  with 
ethidium bromide, and bands were visualized under 
UV  light. Expected bands were excised and purified 
with  E.Z.N.A.H  Gel  extraction  kit  (Omega  Bio‐Tek, 
Inc., Norcross, GA, USA). PCR amplification products 
were sequenced by Shanghai Biotechnology Co., Ltd. 
All  DNA  sequences  were  edited  and  compared  to 
the  available  sequences  from  the  National  Center 
for Biotechnology Information (NCBI) using the basic 
local alignment search tool (BLAST). 
(2)  AMF:  The  DNA  sample  extracted  from  the 
root was subjected to a first PCR amplification using 
primers  GeoA2  and  Geo11  to  amplify  an 
approximately 1.8kb fragment of the 18S rRNA gene 
(Schwarzott  &  Schüβler  2001).  The  first‐round 
products  were  diluted  to  1/100  and  used  as 
templates  in  the  second‐round  PCR,  using  primers 
AM1  (Helgason et al. 1998) and NS31‐GC  (Simon et 
al.  1992).  The  second‐round  primers  produced  an 
approximately  550bp  fragment.  The products were 
diluted  to  1/100  to  be  used  as  templates  in  the 
third‐round  PCR,  using  primers  NS31‐GC  and  Glo1 
(Cornejo et al. 2004). The third‐round PCR produced 
a  DNA  fragment  of  about  250bp.  All  PCR 
amplifications were performed  in a  final  volume of 
25μL mixture  containing 2.5μL 10× PCR buffer, 1μL 
2.5mmol/L  dNTP  mix,  0.5μL  of  each  primer 
(10mmol/L), 0.1μL 5U/μL Taq DNA polymerase, 1μL 
genomic  DNA  and  19.4μL  ddH2O.  PCR  was 
conducted  as  follows:  for  the  first  round, 94℃  for 
4min;  30×  (94℃,  1min;  54℃,  1min;  72℃,  2min); 
72℃,  7min;  for  the  second  round,  94℃  for  2min; 
30× (94℃, 45s; 65℃, 1min; 72℃, 45s); 72℃, 7min; 
for the third round, 94℃  for 4min; 30×  (94℃, 45s; 
55℃,  1min;  72℃,  45s);  72℃,  7min.  PCR  products 
were  analyzed  by  1.2%  (W/V)  agarose  gel 
electrophoresis  (130V, 20min)  and  stored  at  −20℃ 
for subsequent analysis. 
(3)  DGGE  analysis:  The  PCR‐DGGE  was 
performed  with  a  D‐Code  Universal  Mutation 
Detection System (Bio‐Rad, Hercules, CA, USA). Gels 
contained  8%  (W/V)  polyacrylamide  (37.5:1 
acrylamide/  bis‐acrylamide)  and  1×TAE  (Tris/acetic 
acid/EDTA)  buffer.  The  used  linear  gradient  was 
from  20%  to  55%  denaturant,  where  100% 
denaturing  acrylamide  was  defined  as  containing 
7mol/L  urea  and  40%  (V/V)  formamide. 
Electrophoresis was  conducted  for  10min  at  120V, 
after which  the  voltage was  lowered  to 80V  for an 
additional  12h  in  1×  TAE  buffer  at  a  constant 
temperature  of  60℃ .  Gels  were  stained  with 
ethidium  bromide  and  visualized  under  ultraviolet 
light  using  a  Gel  Doc  XR  documentation  system 
(Bio‐Rad,  Hercules,  CA,  USA),  and  the  intensity  of 
bands  was  analyzed  by  Quantity  One  software 
(Bio‐Rad,  Hercules,  CA,  USA).  The  analysis  of  AMF 
diversity  indices was performed based on  the band 
number, position, and intensity in the DGGE profiles. 
(4)  Phylogenetic  analysis:  For  the  construction 
of the phylogenetic tree of DSE, sequence alignment 
was  carried  out  using  ClustalW,  and  phylogenetic 
analyses were conducted with MEGA 5.0 (Tamura et 
al.  2011)  using  the  neighbor‐joining  method  with 
the  Kimura  two‐parameter  distance  measure. 
Confidence  values  were  estimated  from  bootstrap 
analysis of 1 000 replicates. 
For AMF identification, single dominating bands 
were  excised  from  the DGGE  gel  (Kowalchuk  et  al. 
2002;  Jiao  et  al.  2011),  the  purified  PCR  products 
were cloned by ligation with pGEM‐T Easy vector (de 
Souza  et  al. 2004). All DNA  sequences were  edited 
 
    ISSN1672‐6472    CN11‐5180/Q    Mycosystema    February 22, 2017    Vol. 36    No. 2 
     
   
http://journals‐myco.im.ac.cn 

and compared to the available sequences of NCBI by 
using  BLAST.  The  neighbor‐joining  tree  was 
constructed  using  Tamura‐Nei  nucleotide 
substitution  model  (in  MEGA  5.0)(Tamura  et  al. 
2011).   
1.5 Statistical analysis 
The data of species richness, spore density and 
Shannon‐Weiner  index  were  analyzed  by  one‐way 
analysis  of  variance  (ANOVA)  using  SPSS  16.0 
software (SPSS Inc., Chicago, IL). Banding patterns of 
the  DGGE  profiles  were  processed  using  Quantity 
One  software  (Bio‐Rad,  USA).  All  DNA  sequences 
were  edited  and  compared  to  the  available 
sequences from NCBI using BLAST. 
2 RESULTS 
2.1  Species  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  in 
cucumber roots and the root zone soil 
There  were  only  Funneliformis  mosseae, 
Glomus  indicum and Gigaspora margarita  identified 
according to morphological characteristics of spores 
isolated  from  the  trap  culture  that was  inoculated 
with  the  surface  sterilized  root  segments  of  the 
cucumber  plants  collected  in  the  fruiting  stage, 
while  20  species  were  identified  from  the  trap 
culture  with  native  root  zone  soil  of  cucumber 
plants. This result indicated that the soils have more 
AMF taxa and only a few AMF species can infect the 
cucumber  roots.  Among  them,  eight  species  in 
Glomus,  three  in  Scutellospora,  each  two  in 
Ambispora  and  Rhizophagus,  each  one  in 
Acaulospora,  Claroideoglomus,  Funneliformis, 
Gigaspora  and  Sclerocystis.  Glomus  widely 
distributed at all three sampling sites. Scutellospora 
was  detected  in  the  samples  collected  at  Laiyang 
and  Laixi,  Acaulospora  and  Claroideoglomus  in 
Shouguang,  and  Gigaspora  was  only  detected  in 
Laixi (Table 1).     
Both morphological method and DGGE analysis 
resulted  in  the  similar  trends of  the AFM diversity, 
e.g. the diversity was the highest at the  full  fruiting 
stage, moderate at the first fruiting stage and less at 
the  flowering stage. The species  richness and spore 
density were higher in Laiyang than that in Laixi and 
Shouguang (Table 2, 3; Fig. 1).   
 
Table  1  Species of  arbuscular mycorrhizal  fungi  isolated  in 
root zone soil from three sites in Shandong, China 
AMF species  Laiyang Laixi Shouguang
Acaulospora laevis    ‐  ‐  + 
Ambispora callosa  +  +  ‐ 
A.leptotichum  +  +  + 
Claroideoglomus 
etunicatum 
‐  ‐  + 
Funneliformis mosseae  +  +  + 
Gigaspora margarita  ‐  +  ‐ 
Glomus aggregatum  ‐  +  + 
G. claroideum  ‐  +  ‐ 
G. convolutum  +  ‐  ‐ 
G. indicum  +  +  + 
G. melanosporum  +  +  ‐ 
G. microcarpum      ‐  ‐  + 
G. pansihalos  +  +  ‐ 
G. reticulatum  +  +  + 
Rhizophagus clarus  +  +  ‐ 
R. fasciculatus  +  +  + 
Sclerocystis clavispora  +  ‐  + 
Scutellospora 
dipurpurescens 
+  ‐  ‐ 
S. nigra  +  +  ‐ 
S. reticulata  +  ‐  ‐ 
Note:  “+”,  the  isolate was  obtained;  “‐”,  the  isolate was  not 
 
HU  Yu‐Jin  et  al  /Diversity  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate  endophytes  in  the  greenhouse  cucumber  roots  and  soil
 
 
 
菌物学报 
7
obtained.   
Table  2  Species  richness  and  biodiversity  of  arbuscular mycorrhizal  fungi  in  root  zone  soil  of  cucumber  plants  at  various 
growth stages 
Developmental stage of   
cucumber plants 
Species 
richness 
Spore density 
(Numbers/100g soil) 
Shannon‐Weiner  index 
(H) 
Seedling stage  1.2±0.8e  8.2±2.9d  1.08bc 
Flowering stage  3.0±0.6cd  21.9±14.5c  1.04c 
Initial fruiting stage  4.1±0.6c  79.3±55.8b  1.15b 
Full fruiting stage  7.8±1.0b  147.5±74.6a  1.34a 
Last fruiting stage  10.1±0.4a  134.2±54.1a  1.27ab 
Note: Different lowercase letters represent significant difference at P<0.05. 
 
Table 3 Species  richness,  spore density and biodiversity of arbuscular mycorrhizal  fungi  in  cucumber  root  zone  soil of  the 
greenhouse located in three sites 
Sites  Species richness  Spore density (Numbers/100g soil)  Shannon‐Weiner index (H) 
Laixi  6.3±0.5b  118.3±5.8b  1.55a 
Laiyang  7.9±0.4a  147.1±41.8a  1.49a 
Shouguang  6.0±0.7b  100.7±8.6b  1.05b 
Note: Different lowercase letters represent significant difference at P<0.05. 
 
A total of 7 bands from the amplified 18S rDNA 
fragments of AMF  in  cucumber  roots were excised, 
cloned,  and  sequenced.  The  results  of  BLAST 
showed that all the sequences had high similarity to 
the  sequences  from  members  of  Glomeromycota. 
Based  on  the  closest  BLAST  matches  and 
phylogenetic  analysis  (Fig.  1),  it  was  obvious  that 
Glomus  was  the  predominant  AMF  genus  in  the 
cucumber  roots.  In  Fig.  1,  bands  3,  4,  5,  6  and  7 
were corresponding to Scutellospora dipurpurescens, 
Glomus  mosseae,  G.  fasciculatum,  G.  indicum  and 
Gigaspora margarita  respectively. Other  sequences 
were identified as uncultured Archaeospora (Fig. 2).   
Total  20  species  of  AMF were  identified  with 
trap culture of  the native cucumber  root zone soils 
by  their  morphological  approaches,  indicated  the 
richness  of  AMF  in  the  soils.  Compared  with  3 
species  identified  with  the  trap  culture  inoculated 
with  cucumber  roots,  7  species  of  AMF  were 
detected  by  DGGE,  indicated  the  molecular 
approach  is more  sensitive  than  the morphological 
method.   
Ⅰ    Ⅱ      Ⅲ    Ⅳ                      Ⅴ    Ⅵ      Ⅶ    Ⅷ 
2.2  Species  of  dark  septate  endophytes  in  the 
cucumber roots 
Melanized  septate  hyphae  were  observed  in 
the root cortex. A total of six isolates F2‐1‐3, F2‐1‐7, 
F2‐2‐2,  F2‐2‐5,  F2‐2‐9  and  F2‐3‐10  of  DSE  were 
isolated  from the sample  roots of cucumber plants. 
The  colony  of  F2‐1‐3 was  villous,  cottony,  shaggy, 
gray  green,  deep  color  edge,  with  forming  a 
ring‐shaped  fold.  The  colony  of  F2‐1‐7  was  dark 
gray‐green,  velvet‐like,  compact,  intermediate 
projections, neat edge, while F2‐2‐2 was  light gray, 
 
    ISSN1672‐6472    CN11‐5180/Q    Mycosystema    February 22, 2017    Vol. 36    No. 2 
     
   
http://journals‐myco.im.ac.cn 

with  fuzzy  edge.  A  dark  green  and  unclear  edge 
colony with  relatively  thin mycelia  attached  to  the   
 
 
 
Fig. 1 DGGE pattern of nested‐PCR amplified 18S  rDNA  fragments of arbuscular mycorrhizal  fungi  in  the cucumber  roots. The 
linear gradient used was from 30% to 60% denaturant. The bands labeled 1–7 were selected and excised from the DGGE gels and 
used for cloning and sequencing.  Ⅰ: In full fruiting stage at Laiyang;  Ⅱ: In full fruiting stage at Laixi;  Ⅲ: In full fruiting stage at 
Shouguang;  Ⅳ: In seedling stage at Laiyang;  Ⅴ: In flowering stage at Laiyang;  Ⅵ: In initial fruiting stage at Laiyang;  Ⅶ: In full 
fruiting stage at Laiyang;  Ⅷ: In last fruiting stage at Laiyang. 
 
 
 
 
HU  Yu‐Jin  et  al  /Diversity  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate  endophytes  in  the  greenhouse  cucumber  roots  and  soil
 
 
 
菌物学报 
9
Fig. 2 Neighbor‐joining phylogenetic tree inferred from partial 18S rDNA sequences of all identified arbuscular mycorrhizal fungi 
in the cucumber roots. 
 
surface of the culture medium was observed on the 
PDA culture of F2‐2‐5. A cotton wool, grayish white, 
gradually become gray, with deep color on the back 
was showed during the culture of F2‐2‐9. The isolate 
F2‐3‐10 produced dark colony on PDA plates and the 
hyphae were dark, septate, about 3–8µm wide, very 
dense,  with  clear  edge  and  protruding  from  the 
surface of the medium  (Fig. 3A), being  identified as 
Phoma leveillei by using molecular techniques (Lü et 
al.  2010),  based  on  the  result  of  the  phylogenetic 
analysis. 
All of the six isolates of DSE were isolated from 
the  sample  roots  of  cucumber  plants  in  the  last 
fruiting  stage  of  cucumber  plants.  Phoma  leveillei 
was  the dominant  species  of DSE  since  it  could be 
isolated  in  all  of  the  growth  stages  of  cucumber 
plants.  F2‐2‐5  was  appeared  in  the  initial  fruiting 
stage, while the others were only isolated in the last 
fruiting stage.   
Different numbers of DSE isolates were found in 
various  cultivation  region  of  cucumber.  The  isolates 
F2‐1‐3,  F2‐2‐5,  and  F2‐3‐10  of  DSE were  isolated  in 
Laiyang,  F2‐1‐7,  and  F2‐2‐2  isolated  in  Shouguang, 
and only one isolate F2‐2‐9 was found in Laixi.   
 
 
 
 
Fig. 3 Two‐week‐old colony of the dark septate endophyte isolate on PDA. A: Front view; B: Reverse side.   
 
 
 
 
Fig. 4 Neighbor‐joining phylogenetic tree based on ITS1‐5.8S‐ITS2 sequences of dark septate endophytes in the cucumber roots. 
 
    ISSN1672‐6472    CN11‐5180/Q    Mycosystema    February 22, 2017    Vol. 36    No. 2 
     
   
http://journals‐myco.im.ac.cn 
10 
The Kimura two‐parameter model was used for pairwise distance measurement. Numbers on branches were values generated 
from 1 000 bootstrap replicates. Bootstrap values of 50% were shown above branch nodes. 
 
 
3 DISCUSSION 
AMF  diversities  have  been  extensively 
investigated,  and  about  73%,  20%,  and  7%  of  the 
research  reports  on  AMF  community  in  roots,  soil, 
and  coexistent  in  roots  and  soil  respectively  were 
published  from  2002  to  2013 
(http://link.springer.com/). Quite  intreseting DSE was 
newly  found  commonly  occurring  on  plant  roots 
colonized with AMF(Li & Guan 2007; Tian et al. 2015). 
DSEs  were  present  in  all  mycorrhizal  and 
non‐mycorrhizal  plant  species  investigated 
(Gucwa‐Przepióra  et  al.  2016).  In  the  present 
investigation  we  observed  that  both  AMF  and  DSE 
could  colonise  cucumber  roots,  even  the  same  root 
segment. Moreover,  in  the  same  site, AMF  diversity 
within  roots  of  cucumber  plants  in  various  growth 
stages was different. The species diversity of AMF and 
DSE  increased  along  with  the  development  of 
cucumber. This may be due  to  the  influences of  the 
interactions  between  AMF  or  DSE  colonization  and 
the  development  of  plants  in  various  growth  stages 
on  root  mycorrhizal  colonization  and  extension.  It 
needs  further  study.    On  the other hand, how  they 
can  infect  the  same  roots  and  the  interactions 
between them are also in need of investigation. 
The relative abundance of AMF  in field soil and 
roots  determined  by  either  morphological  or 
molecular  approaches  can  be  different.  Molecular 
analysis could not detect the presence of Glomus  in 
the  case  that  the  fungus  was  observed  in  roots 
examined  under  the  microscope  (Shi  et  al.  2012). 
Robinson‐Boyer  et  al.  (2009)  concluded  that  there 
were limitations in use of nested PCR amplicons and 
cloning  approach  for  quantifying  the  relative 
abundance  of  AMF  in  roots,  but  Shi  et  al.  (2012) 
proposed  that  there  were  several  sources  of 
variability  in  quantification  of  AMF  within  roots 
using both molecular and morphological methods. In 
addition  to  the molecular  detection, morphological 
identification  of  spores  isolated  from  the  trap 
culture using only the cucumber root segment as the 
inoculum could also distinguish some AMF colonized 
in the roots. Our results provide substantial evidence   
of AMF community  in  root zone soil and within  the 
roots of cucumber plants grown  in greenhouse soil, 
and  the  results  can  be  proved  by  molecular  and 
morphological  identification.  In our  investigation of 
the root samples from Laiyang, Laixi and Shouguang, 
uncultured Archaeospora, Gigaspora margarita, and 
G.  fasciculatum  were  also  examined,  however, 
distribution  differences  of  the  species  require  of 
further research.   
The diversity of AMF  in root zone soil might be 
greater  than  that  in  roots. We detected  20  species 
from  the  soil  samples,  while  only  seven  species 
could  be  detected  from  the  roots  using molecular 
identification,  and  just  three  species were  isolated 
from  the  trap  culture  inoculated  with  surface 
sterilized  cucumber  root  segments  as  inocula.  Not 
all  species  of  AMF  can  colonise  any  plant  roots 
although AMF have chemotaxic abilities that enable 
hyphal growth  toward  the  roots of a potential host 
plant (McGonigle & Miller 1999). For example, Cai et 
al.  (2008)  isolated  four  AMF  from  the  rhizospheric 
soil  and  soil  samples  of  Phellodendron  amurense, 
but  only  three  AMF  were  detected  from  the  root 
samples  by  nested‐PCR.  Experimental  results 
 
HU  Yu‐Jin  et  al  /Diversity  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate  endophytes  in  the  greenhouse  cucumber  roots  and  soil
 
 
 
菌物学报 
11
indicate  that  there  are  some  selectivities  in  the 
symbiotic  relationship  between  plants  and  AMF. 
Further more, the growth and development stage of 
plants,  and  the  cultivation  regions  may  also 
influence  the  species distribution and diversities of 
both  AMF  and  DSE(  see  table  2,  table3,  and 
paragraph  2.2).  Thus,  grasping  at  optimum 
opportunity for  isolation of more species of AMF or 
DSE is important and this is in need of future study. 
As  in  the  other  surveys  on  wild  plants 
(Reininger  &  Sieber  2012;  Yan  et  al.  2014),  we 
observed and isolated DSE such as Phoma leveillei in 
cucumber roots with or without colonization of AMF. 
This indicates that the root of crops cultivated under 
greenhouse  conditions  could  also  be  colonised  by 
DSE. However, the number of DSE species isolated in 
roots  of  plants  grown  in  greenhouse  might  be 
relatively  less than that  in wild plants. DSE diversity 
in  both  plant  roots  and  greenhouse  soil,  and  the 
specificity  or  the  mutual  selectivity  between  DSE 
and  plants  need  further  study  specially when  both 
AMF and DSE simultaneously colonise plant roots. 
[REFERENCES] 
Abbott  LK,  Lumley  S,  2014. Assessing  economic  benefits  of 
arbuscular mycorrhizal  fungi  as a potential  indicator of 
soil health.  In: Solaiman ZM, Abbott LK, Varma A  (eds.) 
Mycorrhizal  Fungi:  Use  in  Sustainable  Agriculture  and 
Land Restoration. Springer, Berlin Heidelberg. 17‐31   
Baslam M, Erice G, Goicoechea N, 2012. Impact of arbuscular 
mycorrhizal  fungi  (AMF)  and  atmospheric  CO2 
concentration  on  the  biomass  production  and 
partitioning  in  the  forage  legume  alfalfa.  Symbiosis, 
58(1‐3): 171‐181 
Cai BY,  Jie WG, Ge  JP, Yan XF, 2008. Molecular detection of 
the  arbuscular mycorrhizal  fungi  in  the  rhizosphere  of 
Phellodendron amurense. Mycosystema, 27(6): 884‐893 
(in Chinese) 
Cornejo  P,  Azcón‐Aguilar  C,  Barea  JM,  Ferrol  N,  2004. 
Temporal  temperature  gradient  gel  electrophoresis 
(TTGE)  as  a  tool  for  the  characterization  of  arbuscular 
mycorrhizal  fungi.  FEMS  Microbiology  Letters,  241(2): 
265‐270 
de Souza FA, Kowalchuk GA, Leeflang P, van Veen JA, Smit E, 
2004.  PCR‐denaturing  gradient  gel  electrophoresis 
profiling  of  inter‐  and  intraspecies  18S  rRNA  gene 
sequence  heterogeneity  is  an  accurate  and  sensitive 
method  to  assess  species  diversity  of  arbuscular 
mycorrhizal  fungi  of  the  genus Gigaspora.  Applied  and 
Environmental Microbiology, 70(3): 1413‐1424 
García  I,  Mendoza  R,  Pomar  MC,  2012.  Arbuscular 
mycorrhizal  symbiosis  and  dark  septate  endophytes 
under  contrasting  grazing  modes  in  the  Magellanic 
steppe  of  Tierra  del  Fuego.  Agriculture  Ecosystems  & 
Environment, 155: 194‐201 
Grünig  CR,  Sieber  TN,  Rogers  SO,  Holdenrieder  O,  2002. 
Genetic  variability  among  strains  of  Phialocephala 
fortinii  and  phylogenetic  analysis  of  the  genus 
Phialocephala based on rDNA ITS sequence comparisons. 
Canadian Journal of Botany, 80(12): 1239‐1249 
Gucwa‐Przepióra E, Chmura D, Sokołowska K, 2016. AM and 
DSE colonization of invasive plants in urban habitat: a 
study of Upper Silesia (southern Poland). Journal of 
Plant Research, 129(4): 603‐614 
Helgason  T,  Daniell  TJ,  Husband  R,  Fitter  AH,  Young  JPW, 
1998.  Ploughing  up  the  wood‐wide  web.  Nature, 
394(6692): 431 
Jiao H, Chen YL, Lin XG, Liu RJ, 2011. Diversity of arbuscular 
mycorrhizal  fungi  in  greenhouse  soils  continuously 
planted  to  watermelon  in  North  China.  Mycorrhiza, 
21(8): 681‐688   
Jumpponen  A,  2001.  Dark  septate  endophytes‐are  they 
mycorrhizal. Mycorrhiza, 11(4): 207‐211 
Jumpponen A, Trappe JM, 1998. Dark septate endophytes: a 
review  of  facultative  biotrophic  root‐colonizing  fungi. 
New Phytologist, 140(2): 295‐310 
Kim  YC, Gao  C,  Zheng  Y,  Yang W,  Chen  L, He  XH, Wan  SQ, 
Guo  LD,  2014.  Different  responses  of  arbuscular 
 
    ISSN1672‐6472    CN11‐5180/Q    Mycosystema    February 22, 2017    Vol. 36    No. 2 
     
   
http://journals‐myco.im.ac.cn 
12 
mycorrhizal  fungal  community  to  day‐time  and 
night‐time  warming  in  a  semiarid  steppe.  Chinese 
Science Bulletin, 59(35): 5080‐5089 
Kowalchuk G A, De Souza FA, Van Veen JA, 2002. Community 
analysis of arbuscular mycorrhizal  fungi associated with 
Ammophila  arenaria  in  Dutch  coastal  sand  dunes. 
Molecular Ecology, 11(3): 571‐581 
Kurtzman  CP,  Fell  JW,  2006.  Yeast  systematics  and 
phylogeny‐implications  of  molecular  identification 
methods for studies in ecology. In: Péter G, Rosa C (eds.) 
Biodiversity and Ecophysiology of Teasts. Springer, Berlin 
Heidelberg. 11‐30   
Li  AR,  Guan  KY,  2007.  Mycorrhizal  and  dark  septate 
endophytic  fungi of Pedicularis  species  from northwest 
of Yunnan Province, China. Mycorrhiza, 17(2): 103‐109 
Li Y, Chen YL, Li M, Lin XG, Liu RJ, 2012. Effects of arbuscular 
mycorrhizal  fungi  communities  on  soil  quality  and  the 
growth  of  cucumber  seedlings  in  a  greenhouse  soil  of 
continuously  planting  cucumber.  Pedosphere,  22(1): 
79‐87 
Liu RJ, Chen YL, 2007. Mycorrhizology. Science Press, Beijing. 
1‐13 (in Chinese)   
Liu  RJ,  Dai  M,  Wu  X,  Liu  XZ,  2012.  Suppression  of  the 
root‐knot  nematode  [Meloidogyne  incognita  (Kofoid  & 
White)  Chitwood]  on  tomato  by  dual  inoculation  with 
arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  plant 
growth‐promoting  rhizobacteria.  Mycorrhiza,  22(4): 
289‐296 
Liu RJ,  Tian M,  Liu N,  Li Q,  2014. Advances  in  the  study of 
dual symbionts formed on plant roots. Journal of Fungal 
Research, 12(1): 1‐6 (in Chinese) 
Lü YL, Zhang FS, Chen J, Cui JL, Xing YM, Li XD, Guo SX, 2010. 
Diversity  and  antimicrobial  activity  of  endophytic  fungi 
associated with  the  alpine plant  Saussurea  involucrata. 
Biological and Pharmaceutical Bulletin, 33(8): 1300‐1306 
Massenssini AM, Bonduki VHA, Tótola MR, Ferreira FA, Costa 
MD,  2014.  Arbuscular  mycorrhizal  associations  and 
occurrence  of  dark  septate  endophytes  in  the  roots  of 
Brazilian weed plants. Mycorrhiza, 24(2): 153‐159 
McGonigle  TP,  Miller  MH,  1999.  Winter  survival  of 
extraradical hyphae and spores of arbuscular mycorrhizal 
fungi in the field. Applied Soil Ecology, 12(1): 41‐50 
Reininger  V,  Sieber  TN,  2012. Mycorrhiza  reduces  adverse 
effects of dark  septate endophytes  (DSE) on growth of 
conifers. PLoS One, 7(8): e42865 
Robinson‐Boyer  L,  Grzyb  I,  Jeffries  P,  2009.  Shifting  the 
balance  from  qualitative  to  quantitative  analysis  of 
arbuscular mycorrhizal communities in field soils. Fungal 
Ecology, 2(1): 1‐9 
Saravesi  K,  Ruotsalainen  AL,  Cahill  JF,  2014.  Contrasting 
impacts of defoliation on root colonization by arbuscular 
mycorrhizal  and  dark  septate  endophytic  fungi  of 
Medicago sativa. Mycorrhiza, 24(4): 239‐245 
Schwarzott  D,  Schüβler  A,  2001.  A  simple  and  reliable 
method  for  SSU  rRNA  gene  DNA  extraction, 
amplification, and cloning from single AM fungal spores. 
Mycorrhiza, 10(4): 203‐207 
Shi P, Abbott  LK, Banning NC, Zhao B, 2012. Comparison of 
morphological  and molecular  genetic  quantification  of 
relative  abundance  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi 
within roots. Mycorrhiza, 22(7): 501‐513   
Sieber  TN,  Grünig  CR,  2006.  Biodiversity  of  fungal 
root‐endophyte  communities  and  populations,  in 
particular of  the dark  septate endophyte Phialocephala 
fortinii  s.  l.  In:  Schulz  BJE,  Boyle  CJC,  Sieber  TN  (eds.) 
Microbial Root Endophytes: Soil Biology. Springer, Berlin 
Heidelberg. 107‐132 
Simon L, Lalonde M, Bruns TD, 1992. Specific amplification of 
18S  fungal  ribosomal  genes  from  vesicular‐arbuscular 
endomycorrhizal  fungi  colonizing  roots.  Applied  and 
Environmental Microbiology, 58(1): 291‐295 
Sprent  JI,  James  EK,  2007.  Legume  evolution:  where  do 
nodules and mycorrhizas fit in. Plant Physiology, 144(2): 
575‐581 
Tamura K, Peterson D, Peterson N, Stecher G, Nei M, Kumar 
S,  2011.  MEGA5:  molecular  evolutionary  genetics 
analysis  using  maximum  likelihood,  evolutionary 
distance, and maximum parsimony methods. Molecular 
Biology and Evolution, 28(10): 2731‐2739 
Tian  M,  Li  M,  Liu  RJ,  2015.  Colonization  features  of 
 
HU  Yu‐Jin  et  al  /Diversity  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate  endophytes  in  the  greenhouse  cucumber  roots  and  soil
 
 
 
菌物学报 
13
arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark  septate 
endophytic  fungi  in  roots  of  cucumber  plants  in 
protected  cultivation. Mycosystema,  34(3):  402‐409  (in 
Chinese) 
Wang CX,  Li XL,  Song  FQ, Wang GQ,  Li BQ, 2012. Effects of 
arbuscular  mycorrhizal  fungi  on  fusarium  wilt  and 
disease  resistance‐related  enzyme  activity  in  cucumber 
seedling  root. Chinese  Journal of Eco‐Agriculture, 20(1): 
53‐57 (in Chinese) 
Wu LQ, LÜ YL, Meng ZX, Chen J, Guo SX, 2010. The promoting 
role of an isolate of dark‐septate fungus on its host plant 
Saussurea  involucrata  Kar.  et  Kir.  Mycorrhiza,  20(2): 
127‐135 
Wu  QS,  Zou  YN,  Liu  CY,  Lu  T,  2012.  Interacted  effect  of 
arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  polyamines  on  root 
system  architecture  of  citrus  seedlings.  Journal  of 
Integrative Agriculture, 11(10): 1675‐1681 
Xie XG, Weng BS, Cai BP, Dong YR, Yan CL, 2014. Effects of 
arbuscular  mycorrhizal  inoculation  and  phosphorus 
supply  on  the  growth  and  nutrient  uptake  of  Kandelia 
obovata (Sheue, Liu & Yong) seedlings in autoclaved soil. 
Applied Soil Ecology, 75: 162‐171 
Yan  J,  He  XL,  Zhang  YJ,  Xu  W,  Zhang  J,  Zhao  LL,  2014. 
Colonization  of  arbuscular  mycorrhizal  fungi  and  dark 
septate  endophytes  in  roots  of  desert  Salix 
psammophila.  Chinese  Journal  of  Plant  Ecology,  38(9): 
949‐958 (in Chinese) 
(本文责编:韩丽)