全 文 ：应 用 生 态 学 报 　2004 年 10 月 　第 15 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2004 ,15 (10)∶1958～1962
土壤真菌多样性及分子生态学研究进展 3
张　晶1 ,2 　张惠文1 3 3 　李新宇1 ,2 　张成刚1
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016 ;2 中国科学院研究生院 ,北京 100039)
【摘要】　真菌是土壤中一类重要的微生物 ,参与有机质分解 ,与植物共生为植物提供养分 ,同时病原真菌
也会引起粮食产量的降低. 土壤真菌多样性在维持生态系统的平衡和为人类提供大量未开发资源上起到
了独特而重要的作用. 本文从物种多样性、生境多样性、功能多样性角度阐述了土壤真菌多样性 ,并从农
田、林地、草地、极端环境与一些复杂环境土壤真菌多样性层面综述了土壤真菌多样性分子生态学研究进
展 ,同时论述了一些影响真菌多样性的因素 ,并对土壤真菌多样性研究的前景提出展望.
关键词 　土壤真菌多样性 　分子生物技术 　分子生态学
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 10 - 1958 - 05 　中图分类号 　S154. 36 　文献标识码 　A
Research advances in soil fungal diversity and molecular ecology. ZHAN G Jing1 ,2 , ZHAN G Huiwen1 , L I
Xinyu1 ,ZHAN G Chenggang1 (1 Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016 ,
China; 2 Graduate School of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100039 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,
2004 ,15 (10) :1958～1962.
Fungi are a kind of important soil microorganisms that participate in the decomposition of organic materials and
supply nutrients to the plant through symbiosis. But ,they can also reduce the output of food due to the existence
of pathogenic fungi. Soil fungal diversity plays a fundamentally unique role in maintaining the balance of ecosys2
tem and in supplying large amount of undeveloped resources for the people. In this paper ,soil fungal diversity was
expatiated from the viewpoints of species diversity ,habitant diversity and functional diversity ,and furthermore ,
the research advances in the molecular ecology of soil fungal diversity were reviewed from the aspects of the fun2
gal diversity of farmland ,woodland ,pasture ,extreme environment ,and other complex environments. The affect2
ing factors of soil fungal diversity were discussed ,and the development trend of the study on soil fungal diversity
was also approached.
Key words 　Soil fungal diversity , Molecular biotechnology , Molecular ecology.
3中国科学院知识创新工程前沿领域资助项目 ( SL YQ Y0402 ,
C12M GSCX2MS2O107) .3 3 通讯联系人.
2004 - 04 - 12 收稿 ,2004 - 06 - 25 接受.
1 　引 　　言
真菌是一类种类繁多、分布广泛的真核微生物. 真菌多
样性在维持生物圈生态平衡和为人类提供大量未开发的生
物资源方面起到了重要作用. 真菌构成了土壤的大部分微生
物生物量 ,具有分解有机质 ,为植物提供养分的功能 ,是生态
系统健康的指示物. 在农业中 ,真菌既降低粮食产量 ,又为控
制植物病虫害和其他真菌生物防治提供一条有效途径. 对根
际真菌结构和多样性的了解将有助于更好的了解真菌对病
原菌的抑制功能 [12 ] . 在林业中 ,丛枝真菌与植物相互共生作
用 ,为植物提供养份 ,使植物能耐受干旱或贫养的条件 ,同时
也提高了植物的多样性 [42 ] . 在草地生态系统中 ,分解者生物
量总体中 78 %～90 %是真菌[26 ] . 虽然真菌在陆地生态系统
中有很重要的作用 ,但是人们对自然界的真菌多样性了解还
很少. 受到全球气候变化、环境污染和人类活动等诸多因素
的影响 ,自然环境中真菌的种类和数量、分布都发生了显著
的变化. 真菌多样性研究越来越受到人们的重视.
2 　土壤真菌多样性
211 　物种多样性 通常真菌被描述为具有真核 ,能产生孢子、无叶绿素的有机体 ,以吸收方式获得营养 ,普遍以有性和无性两种方式进行繁殖 ,菌丝通常是由丝状、分枝的枝细胞构成 ,并典型地被细胞壁所包裹. 真正意义的真菌包括四大类群 ,壶菌门、接合菌门、子囊菌门、担子菌门. 已知的壶菌约 100 属 ,1 000种.最新研究估计全世界的真菌种类约有 150 万 ,但至今已被正式描述的只有 5 %～10 %[18～20 ] ,绝大多数是未知的. 其原因一方面在于对真菌分离培养技术的依赖 ,不能从少量材料中分离出目标生物 ,缺少对所有真菌群落生物都适应的培养基和培养条件 ;另一方面在于对真菌生活环境缺乏全面了解 ,不能准确地评价不同地域 (特别是热带雨林地区) 真菌群落的结构组成[19 ] .212 　生境多样性真菌广泛分布在各种各样的土壤环境中 , 包括农田[15 ,16 ,39 ] 、林 地[6 ,14 ,24 ,27 ] 、草 地[22 ,28 ,31 ,32 ,43 ] 、沼 泽 湿地[5 ,33 ] 、温泉热土[8 ] 、冻土层[25 ,37 ]等. 由于不同环境因子的影响 ,使土壤真菌在其生活环境中形成独特的群落种类、组
成和分布规律. 例如在林地中外生菌根真菌的种类、数量较
多 ,而在草地生态系统中丛枝菌根真菌的分布比较广泛. 在
一些极端环境 ,如南北极的冻土层中则分布着丰富的子囊菌
门生物 ,而在温泉热土中则与其他土壤例如林地的优势种类
几乎完全不同. 一些真菌的生活环境仍然没被完全的报道 ,
真菌能否像细菌一样生活在一些极端环境中 ? 这有待我们
进一步去发现新环境中新的种类 ,并探索其生理机制.
213 　功能多样性
真菌在土壤生态系统中发挥着多种多样的功能 ,包括降
解纤维素、半纤维素、木质素、胶质、还原氮、溶解磷、螯合金
属离子、产生青霉素等一些抗生素等. 然而在 Dobranic 和
Zak[10 ]1999 年提出 FungiLog 理论框架和方法学之前 ,土壤
真菌的功能多样性研究仅仅停留在对个别真菌种类和类群
功能的研究方面 ,缺乏系统性和理论性. Dobranic 和 Zak[10 ]
把生态系统的功能特征与微真菌体内代谢相联系 ,以真菌对
95 种碳源利用情况和一定反应温度下特定阶段的代谢速率
来研究真菌多样性. Sobek 和 Zak[40 ]利用修改的 FungiLog 法
研究 5 个随海拔高度提升的植被带和六个被干扰林业区真
菌群落 ,评价真菌功能多样性与土壤有机质的关系 ,进而提
出植被带碳源复杂性、输入的有机物质、同一系统碳源空间
和时间差异性是与土壤真菌功能多样性有潜在相关性的三
个重要因素.
功能基因多样性又使我们对真菌功能多样性有了更进
一步的理解 ,使我们认识到真菌生物功能的差异是通过功能
基因多样性来体现的. Lyons 等[33 ]通过从纯培养物和环境样
品中扩增漆酶基因序列 ,研究了美国东南部沼泽湿地中有木
质素降解潜在功能的子囊菌漆酶序列多样性. 独特的序列类
型显示出真菌群落中这一功能基因的高度序列多样性. 虽然
这方面的研究受到许多因素的限制 ,处于刚刚起步阶段 ,但
不失为我们未来发展的一个方向.
3 　土壤真菌多样性的分子生态学
311 　真菌多样性分子生态学的提出
随着真菌研究的不断深入 ,传统纯培养技术和显微镜观
察方法已经不能适应研究的需要. 例如球囊霉目担子菌和丛
枝内生菌很难或不可能在滤过平板上分离. 平板培养中大多
数菌落来源于真菌孢子 ,其对快生长、多产孢子的真菌种类
分离是有利的 ,因此菌落形成单元 (CFU) 的结果有误导性.
Hawksworth[17 ]提出自然界真菌种类到底有多少的疑问 ,指
出自然界中约有 150 万真菌种类 ,但仅有 017 %能被分离和
培养. 随着分子生态学方法的建立和不断改进 ,使我们对不
同环境 (土壤、水域、树木、空气、艺术品等)真菌群落组成、结
构、动态 (包括演替和波动) 方面的多样性有了更深入的了
解 ,标志真菌多样性分子生态学逐渐确立. 而土壤作为真菌
生活的主要环境成为研究的热点. 通过对不同土壤环境真菌
多样性及土壤中环境因子与真菌群落的相互作用研究 ,使我
们从生理、生态角度进一步了解土壤真菌群落.
312 　农田土壤真菌多样性
在农业生态系统中 ,良好发育的多样化的根际生物群落
在抑制病原真菌中发挥着重要作用 [12 ] . 植物不同发育阶段
中根形态和分泌物的改变以及季节变化等因素 ,使根际真菌
群落结构组成与非根际的截然不同 ,即存在一种根际选择效
应. Gomes 等[16 ]通过真菌 18S rDNA 序列扩增、克隆、测序及
D GGE带谱分析 ,研究热带地区玉米非根际与根际土壤真菌
群落动态变化 ,发现不同玉米品种之间根际真菌群落结构差
异不大 ;根际土壤真菌群落种类丰度较高 ,而且在玉米生长
40 天后 ,根际真菌群落组成发生转换 :幼苗期根际主要是子
囊菌门的格孢腔菌目 ,而成熟期根际为子囊菌门和担子菌门
多数成员. Smith[39 ]揭示了根际效应和取样时间对真菌多样
性影响的现象 ,其实验结果的系统进化树分析显示第 5 天与
第 10 天根际与非根际图谱的相似度分别为 60 %和 75 % ,两
者之间的相似度为 55 %. Girlanda 等[15 ]研究荧光假单胞菌
CHA02Rif 及其变种 CHA02Rif (pME3424) 作为生物控制单
元 ,对黄瓜根际土壤非靶向可培养真菌群落多样性的影响.
发现生长周期内并无真菌种类完全被抑制或者有某一种类
占优势 ,两个生长周期后各处理之间才有明显的差异. 虽然
组成和相对丰度有明显差异 ,但不同的处理对多样性指数无
影响.
农田土壤真菌群落多样性较丰富 ,有其独特的群落组成
和结构. Viaud[44 ]等通过内转录间隔区 ( ITS) 限制性片段长
度多态性 ( RFL P) 分析 ,发现农田环境样品中包括子囊、担
子、接合菌门和归属真菌界的卵菌门和根肿菌门真菌. Valin2
sky[41 ]在发展 rDNA 寡核苷酸探针过程中 ,用寡核苷酸指纹
图谱分析农田土壤真菌多样性. 通过分别用单一寡核苷酸探
针做一系列杂交实验 ,把 rDNA 基因克隆分成分类簇 ,分析
了 1536 个真菌 rDNA 克隆 ,结果表明 88 %属于子囊菌门 ,而
12 %属于担子菌门 ,没有鉴定出壶菌门和接合菌门真菌. 大
部分克隆与镰孢菌 Raciborskiomyces 进化枝相关 ,一小部分
克隆与链格菌、弹囊菌、毛壳菌、隐球菌和立枯丝核菌进化枝
类似. Slavikova[38 ]从来自四个不同的采样地的 60 个农田土
样品中分离出 111 种酵母 ,其中罗伦隐球酵母、麦芽糖念珠
菌、Metschnikow ia pulcherrim a 和赭色掷孢酵母占酵母属的
7814 %～8616 %. 而可培养技术显示的结果 ,农田土壤酵母
菌种类却比林地土壤低 10 倍. Jansa[21 ]通过直接从土壤中分
离孢子和从种植不同寄主植物的限制培养中分离孢子的方
法 ,确认的 17 种丛枝菌根真菌分别属于 :球囊霉属、巨孢囊
霉属、盾孢囊霉属、无柄囊霉属和内养囊霉属. 同时发现耕作
对一些种类的产孢有明显影响 ,非球囊霉属在未耕土壤中有
更高的丰度 ,耕作影响丛枝菌根真菌群落结构 ,但多样性未
受显著影响. 限制培养的丛枝菌根真菌群落受寄主植物的影
响更大.
313 　林地土壤真菌多样性
气候变化、树木种植与砍伐、火烧、动物和人类活动等次
生演替外在因子 ,在改变林地生态系统的环境条件的同时 ,
不同程度地影响着地下真菌群落的结构组成. 由于全球气候
变化影响 ,尤其是 CO2 浓度升高 ,造成温室气体效应 ,影响
959110 期 　　　　　　　　　　　　　张 　晶等 :土壤真菌多样性及分子生态学研究进展 　　　　　　　　　　　
着生物的各种活动 ,真菌群落多样性也随之不断变化.
Klamer[27 ]发现海岸橡树林土壤各部分 (包括林间、根际、根
表土)真菌群落对 CO2 处理的反应不同. 随着 CO2 处理浓度
的增加 ,林间和根表土壤真菌生物量增加 ,但真菌物种丰度
并不受 CO2 处理或不同土壤部分的影响. 林地扩展过程中 ,
土壤有机质增加 ,地下微生物多样性伴随界面生态系统与植
被类型的变化而变化. 林地扩展早期对土壤真菌群落几乎没
有影响 ,但是随着林地的进一步发展、成熟 ,真菌群落经历一
个长期的变化过程 [2 ] . 树木砍伐降低真菌的碳源输入 ,改变
了树木年龄和种类 ,引起灰烬养分释放、土壤有机物质燃烧
和 p H 值升高 ,由土壤生物和化学特性及真菌繁殖体的损失
和改变驱动土壤真菌群落种类组成改变 ,新的真菌群落更能
适应新的环境[23 ] . 火是陆地生态系统中最广泛和有潜在破
坏力的干扰因子 ,以对树木层和地表植被层的干扰为前提 ,
推动林地生态系统的长期演替 ,同时影响着地表土层和地下
真菌群落的多样性和分布. 高强度大火燃烧不仅破坏树木 ,
还影响了地表植被分布和腐殖酸条件 ,降低外生菌根真菌丰
度 ,种类组成趋于一致性改变 ,群落内某些种类被替代 [45 ] .
而 Jonsson[24 ]发现低强度野火燃烧后 ,外生菌根真菌依然保
持高度的连续性 ,群落丰度不受火的影响 ,但是群落分布的
均匀性降低 ,种类组成没有任何一致性变化 ,在不同地点有
相当大的频率差异. 这个结果说明新生种类是通过四周的孢
子散布而确定 ,但孢子散布对低强度林火的林地生态系统并
不重要. 同时指出外生菌根真菌群落组成并不能反映孢子果
的种类组成. Chen[6 ] 等在研究火对澳大利亚硬叶林地表
15cm 土层真菌群落的影响时 ,发现不同功能类群包括外生
菌根真菌、丛枝菌根真菌、其他土壤真菌对火反应不同. 火对
外生菌根真菌有负面影响 ,且具有地点特定性 ;而丛枝菌根
真菌丰度增加 ,其他土壤真菌序列仅稍有增加. 同时真菌群
落也受到时空分布 ,包括树生活史、寄主树木种类、土壤类
型、季节和降雨的影响 [32 ] ,甚至动物行为也对地下真菌群落
有一定影响. Getherine[14 ]发现三年内有动物活动地区土壤
丛枝菌根真菌孢子丰度、种类丰度和多样性均较没有动物活
动地区的高 ,真菌孢子群落结构也显著不同 ,与丛枝菌根真
菌共生的植株幼苗亦较高 ,说明陆地脊椎动物对丛枝菌根真
菌多样性有促进作用.
此外 ,真菌多样性也受到土壤垂直分布的影响. Dickie
等[9 ]的研究结果显示外生菌根真菌在松林四个不同土壤层
垂直分布有显著差异 ,基因簇分析显示外生菌根真菌在 6 个
基因簇中都存在 ,具有广泛的底物利用模式. 外生菌根真菌
群落多样性产生的空间分隔是林地土壤层差异的主要原因 ,
而这种分隔会随着季节和其他干扰因子的改变而改变.
314 　草地土壤真菌多样性
丛枝菌根真菌与草的共生现象一直吸引着研究者的关
注. Kowachuk[28 ]通过分析真菌 18S rDNA 扩增片段 PCR -
D GGE 带谱 ,研究真菌对海岸沙丘地区滨草根部的侵染作
用. 通过对切割的 D GGE条带测序 ,与分离的真菌序列进行
比较 ,来揭示未知的真菌多样性. 基于丛枝菌根真菌多样性
的分子数据 ,Vandenkoornhuyse[43 ]通过 T2RFL P 分析三种草
的根部真菌群落 ,发现丛枝菌根真菌与不同的草类宿主植物
之间存在优先选择关系 ;在土壤改善前提下 ,特定草种根部
的丛枝菌根真菌群落是稳定的 ,相反杀虫剂的使用会使根部
有较高的丛枝菌根真菌多样性 ,特别在紫羊茅根部. Low2
ell[31 ]发现半干旱草原耕作土壤真菌菌丝长度变短与氮素添
加无关 ,与耕作相关. 但是氮素的增加使耕作与未耕土壤真
菌群落多样化程度有显著差异 ,基因序列转化为更普通的氮
素摄取型真菌类群.
植物群落影响丛枝菌根真菌多样性. Johnson[22 ]通过不
同处理比较研究发现 ,微环境植物种类组成显著影响丛枝菌
根真菌多样性 ,新芽磷浓度与丛枝菌根真菌多样性正相关.
丛枝菌根真菌多样性分别在鹿角车前草、蓝莎草、羊茅根部
种类数量依次降低. 裸地和单培养莎草的高多样性反映出侵
染和繁殖体来源的差异.
Lugo 等[32 ]研究阿根廷中部自然山脉草原时 ,发现虽然
生物多样性、丰度、均匀度无变化 ,但是丛枝菌根真菌密度受
季节、寄主代谢途径强烈影响 ,而放牧一般不会导致生物多
样性、丰度、均匀度的改变.
315 　极端环境真菌多样性
在寒冷环境例如南北极冰原地区 ,生活着包括担子菌、
子囊菌、小型真菌 (地衣真菌除外) 等真菌类群. 其抗寒生理
机制主要是增加海藻糖、多羟基化合物、不饱和膜脂和分泌
抗寒蛋白和一些酶的活动 ;生态机制是在春夏季萌发孢子、
有隔膜菌丝产生黑色素等 [37 ] . Schadt 等[37 ]系统分析了苔原
带土壤真菌群落 ,发现了真菌高度多样性和构成新类群的三
个进化枝 ,其中子囊菌丰度极大 ,担子菌和接合菌种类较少.
真菌群落在冬春季节是交迭的 ,而春夏季节是几乎完全转换
的 ,夏季为真菌新类群进化分枝 Ⅰ,冬季为真菌新类群进化
分枝 Ⅱ. 群落组成并不是随着土壤湿度、温度和碳源利用而
随机转换 ,说明不同真菌具有不同的功能 ,土壤微生物在快
速环境变化中也是动态变化的 ,单一时间、静态研究会低估
微生物多样性. 后退冰河前沿的无植被区土壤真菌群落的新
生层真菌多样性大于古生层 ,存在着包括子囊菌门、担子菌
门、壶菌门在内的真菌类群 ,古生层冰碛只分布丝状子囊菌
和伞菌类 ,活体营养型真菌仅在新生层发现. 这可能是由于
新生层中有休眠的孢子库 ,而古生层主要包括活跃的活体营
养型和腐生真菌 [25 ] .
Cullings 等[8 ]在对美国怀俄明州黄石公园热泉附近土壤
中与小木杆松相关的外生菌根真菌进行研究中 ,比较了热土
和与其临近的林地土壤地上和地下真菌子实体多样性 ,发现
热土中外生菌根真菌在侵染能力和种类丰度上有显著的降
低.热土中优势种类较少且稀有种类更少 ,而林地土壤中优
势和稀有种类较多. Dermocybe phoenecius 和丝盖伞属是热土
中优势种 ,而在林地土壤中少见. 除了丝盖伞属 ,热土和林地
土壤无种类重叠. p H 值、土壤温度和土壤化学因素相互作用
共同影响着外生菌根真菌群落的结构.
316 　其他复杂环境土壤真菌多样性
0691　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
污染土壤真菌群落的动态变化引起我们对其环境风险
的重视. 真菌在不同环境因子的胁迫下 ,群落组成和结构发
生了一些变化 ,以不断适应环境的改变. Elsas[11 ] 根据真菌
18S rDNA 的 D GGE 图谱分析真菌群落在含硫芴的汽油土
壤中的动态变化. 发现随着作用时间延长 ,汽油处理土样中
占主导地位的真菌条带逐渐清晰 ,但是条带数目减少 ,说明
汽油处理对真菌具有进化性选择作用 ,主要真菌类群是丛赤
壳属和镰孢属.
Cousins[7 ]等研究了大城市 4 个不同土地利用类型 (城市
居住区、城市非居住区、农业区和沙漠区)土壤丛枝菌根真菌
种类丰度、组成、孢子密度和多样性参数 ,发现现代农业区真
菌孢子密度降低 ,而传统农业区真菌种类丰度减少. 整个种
类组成受植被影响 ,组成相似度在土著植物或开发土壤中最
高 ,在外生菌根植物根际和未耕土壤中相似度最低. Glom us
microggregatum 在城市区丰富 ,而 Glom us eburneum 在沙漠
区和农业区较多. Ranjard[34 ]等用自动核糖体 RNA 基因间隔
区分析 (ARISA)研究不同地理起源、植被覆盖、具有物理化
学差异的土壤真菌群落 ,发现不同地点土壤真菌图谱条带的
数量、亮度及群落优势结构截然不同. 拉姆托热带地区土壤
真菌 ARISA 图谱主要条带在 550 bp ,而其他地区在 400～
800 bp 之间 ,没有超过 850 bp 的片段. Buchan[5 ]等通过 ITS
区 T2RFL P 图谱分析了盐沼湿地子囊菌群落腐生真菌腐生
早期和晚期群落组成 ,指出其具有重要的空间同种性 ,并且
鉴定出形态上模糊的两个优势子囊菌亚类群.
4 　影响土壤真菌多样性的因素
411 　土壤不同取样量的影响
土壤基质微生物的高度多样性和分布异质性 ,可能导致
小规模样品对微生物丰度总量评价偏面性 ;如不同研究采取
不同土样量来研究土壤真菌多样性 ,没有一个统一的指标 ,
便不能了解其中的影响有多少. Ranjard[35 ]等发现 ,DNA 提
取产量与土样量正相关 ,说明样品量影响着 DNA 回收. 同时
指出土样至少为 1 克时 ,才能提供准确有力的指纹图谱 ,比
较全面地反映土壤真菌群落特征. Klamer [27 ]也遇到类似的
问题 ,他推测图谱的低重复性是由于土样过少 (0125 g) 可能
掩盖 CO2 浓度升高带来的群落变化.
412 　引物设计
把分子生物学技术应用于真菌群落研究的主要挑战之
一是设计合适的 PCR 引物 ,以减少来自非真菌源相似靶
DNA 的共扩增. 已有引物分别针对真菌核糖体小亚基 (18S
rDNA) [3 ,39 ] 和内转录间隔区 ( ITS) [13 ] 设计扩增环境样品
DNA. 为了探讨其特异性和广泛性 ,Anderson[1 ]比较了不同
的引物扩增真菌 DNA 的能力 ,评价了不同引物扩增的偏见
性. Lord[29 ]则更倾向于 T2RFL P 分析时 ,使用针对 ITS 区设
计的引物. Smith[39 ]也指出由于设计过程中的一些问题 ,引
物扩增具有一定的偏爱性 ,多扩增子囊菌门和担子菌门 ,而
且不能区分联系密切的种类. 并且由于数据库中真菌 18S
rDNA 序列数据不完整 ,造成一些土壤中常见真菌 (例如镰
孢菌)却不能检测到. 解决的方案 :一是利用 28S rDNA 序列
设计引物 ,二是结合其他的方法来研究真菌的多样性.
413 　土壤理化性质及真菌生理特征
土壤是真菌生长繁殖的天然基质 ,一方面真菌多样性受
到土壤质地、土壤温湿度、土壤酸碱度、土壤中矿物质和有机
物质含量等多因素影响 ,另一方面土壤真菌多样性研究也受
到土壤理化性质的制约. 土壤质地是重要影响因子之一 ,研
究显示沙土和泥沙土真菌 DNA 产量与样品量正相关 ,而黏
土真菌 DNA 产量与样品量无相关性 [35 ] . 一般通过外加抗坏
血酸钠盐、聚乙烯吡咯烷酮 ( PVP)和十六烷基三甲基溴化胺
(CTAB)去除土壤中的腐殖酸成分 ,提高 DNA 提取的质量
与数量 ,从而使 PCR 反应顺利进行 [21 ] .
真菌 DNA 分布的不均衡性也是影响土壤真菌多样性研
究的重要因素之一. Borneman[4 ]在研究中发现进行微生物序
列分析时真菌序列很少 ,却不能用使用杀真菌试剂来解释.
他分析是由于土壤中真菌菌丝体中 DNA 量少 ,导致即使每
克土中有 205 m 真菌菌丝体 ,但可提取的真菌 DNA 量比细
菌 DNA 量少 10 倍之多.
5 　展 　　望
目前 ,土壤真菌多样性的分子生态学研究取得了一定的
进展 ,但其对微生物生态学研究者依然是一个挑战 ,需要我
们进一步去探索. 在真菌多样性未来研究中 ,一方面我们需
要在学科交叉的基础上 (例如与土壤学和环境污染相联系)
研究不同土壤环境中真菌种类、数量及分布情况及其变化 ;
不断拓展研究的地域范围 ,尽可能在一些极端环境中发现新
的真菌种类 ,丰富多样性研究的内容. 另一方面 ,针对具有不
同生物学功能基因序列的差异性 ,研究土壤真菌功能基因多
样性 ,深化我们对真菌多样性的理解. 同时与土壤质量评价
和土壤生态系统可持续发展潜力研究相结合 ,探索土壤质量
退化与土壤真菌之间是否存在内在的因果联系 ? 土壤中真
菌种类减少与数量急剧增加的生态学意义和潜在的生态风
险 ,也将成为我们未来工作的重要部分.
从研究方法学角度 ,通过进一步强化生物信息学知识 ,
针对真菌核糖体数据库已有序列 ,设计高特异性引物 ,以更
准确地获取真菌群落结构、数量的全面信息 ;并且利用一些
传统纯培养方法、显微镜观察和生物化学方法 (麦角固醇和
磷脂酸甲酯)做真菌生物量指标 ,尽可能通过结果的相互补
充来减少某种方法的偏差性. 发展新的分子生物方法 ,来更
精确地获取自然真菌群落的信息.
参考文献
1 　Anderson IC ,Campbell CD ,Prosser J I. 2003. Potential bias of fun2
gal 18S and internal transcribed spacer polymerase chain reaction
primers for estimating fungal biodiversity in soil. Envi ron Microbi2
ol ,5 :36～47
2 　Anderson IC ,Campbell CD , Prosser J I. 2003. Diversity of fungi in
organic soils under a moorland2Scots pine ( Pinus sylvest ris L . ) gra2
dient . Envi ron Microbiol ,5 :1121～1132
3 　Borneman J ,Hartin RJ . 2000. PCR primers that amplify fungal rD2
169110 期 　　　　　　　　　　　　　张 　晶等 :土壤真菌多样性及分子生态学研究进展 　　　　　　　　　　　
NA genes from environmental samples. A ppl Envi ron Microbiol ,
66 :4356～4360
4 　Borneman J ,Skroch PW ,Sullivan KMO , et al . 1996. Molecular mi2
crobial diversity of an agricultural soil in Wisconsin. A ppl Envi ron
Microbiol ,62 :1935～1943
5 　Buchan A ,Newell SY ,Moreta J I , et al . 2002. Analysis of internal
transcribed spacer ( ITS) regions of rRNA genes in fungal communi2
ties in a southeastern U. S. salt marsh. Microb Ecol ,43 :329～340
6 　Chen DM , Cairney J WG. 2002. Investigation of the influence of
prescribed burning on ITS profiles of ectomycorrhizal and other soil
fungi at three Australian sclerophyll forest sites. Mycol Res ,106 :
532～540
7 　Cousins J R , Hope D , Gries C , et al . 2003. Preliminary assessment
of arbuscular mycorrhizal fungal diversity and community structure
in an urban ecosystem. Mycorrhiza ,13 :319～326
8 　Cullings K , Makhija S. 2001. Ectomycorrhizal fungal associates of
Pinus contorta in soils associated with a hot spring in Norris geyser
basin , Yellowstone National Park ,Wyoming. A ppl Envi ron Micro2
biol ,67 :5538～5543
9 　Dickie IA ,Xu B , Koide RT. 2002. Vertical niche differentiation of
ectomycorrhizal hyphae in soil as shown by T2RFL P analysis. New
Phytol ,156 :527～535
10 　Dobranic J K ,Zak J C. 1999. A microtiter plate procedure for evalu2
ating fungal functional diversity. Mycologia ,91 :756～765
11 　van Elsas JD ,Duarte GF , Keijzer2Wolters A , et al . 2000. Analysis
of the dynamics of fungal communities in soil via fungal2species
PCR of soil DNA followed by denaturing gradient gel electrophore2
sis. J Microbiol Meth ,43 :133～151
12 　van Elsas JD , Garbeva P , Salles J . 2002. Effects of agronomical
measures on the microbial diversity of soils as related to the sup2
pression of soil of soil2borne plant pathogens. Biodegradation ,13 :
29～40
13 　Gardes M ,Bruns TD. 1993. ITS primers with enhanced specificity
for basidiomycetes : application to the identification of mycorrhiza
and rusts. Mol Ecol ,48 :455～483
14 　Getherine CA ,Wolf J E , Theimer TC. 2002. Terrestrial vertebrates
promotes arbuscular mycorrhizal fungal diversity and inoculum po2
tential in a rain forest soil. Ecol Let ,5 :540～548
15 　Girlanda M , Perotto S , Moenne2Loccoz Y , et al . 2001. Impact of
biocontrol Pseudomonas f l uorescens CHA0 and a genetically modi2
fied derivative an the diversity of culturable fungi in the cucumber
rhizosphere. A ppl Envi ron Microbiol ,67 :1851～1864
16 　Gomes NCM ,Fagbola O ,Costa R , et al . 2003. Dynamics of fungal
communities in bulk and maize rhizosphere soil in the tropics. A ppl
Envi ron Microbiol ,69 :3758～3766
17 　Hawksworth DL . 1991. The fungal dimension of biodiversity :mag2
nitude ,significance ,and conservation. Mycol Res ,95 :641～655
18 　Hawksworth DL . 2001. The magnitude of fungal diversity : The 1. 5
million species estimate revisited. Mycol Res ,105 :1422～1432
19 Hawksworth DL , Rossman AY. 1997. Where are all the undescribed
fungi ? Phytopathology ,87 :888～891
20 　Jackson C ,Harper J ,Willoughby D , et al . 1997. A simple ,efficient
method for the separation of humic substances and DNA from envi2
ronmental samples. A ppl Envi ron Microbiol ,63 :4993～4995
21 　Jansa J ,Mozafar A ,Anken T , et al . 2002. Diversity and structure
of AMF communities as affected by tillage in a temperate soil. Myc2
orrhiza ,12 :225～234
22 　Johnson D ,Vandenkoornhuyse PJ ,Leake J R ,et al . 2004. Plant commu2
nities affect arbuscular mycorrhizal fungal diversity and community com2
position in grassland microcosms. New Phytol ,161 :503～515
23 　Jones MD ,Durall DM ,Cairney WG. 2003. Ectomycorrhizal fungal
communities in young forest stands regenerating after clearcut log2
ging. New Phytol ,157 :399～422
24 　Jonsson L ,Dahlberg A , Nilsson MC , et al . 1999. Ectomycorrhizal
fungal communities in late2successional Swedish boreal forests ,and
their composition following widefire. Mol Ecol ,8 :205～215
25 　J umpponen A. 2003. Soil fungal community assembly in a primary
successional glacier forefront ecosystem as inferred from rDNA se2
quence analysis. New Phytol ,58 :569～578
26 　Kjoller A ,Struwe S. 1982. Microfungi in ecosystems : Fungal occur2
rence and activity in litter and soil. Oikos ,39 :389～422
27 　Klamer M , Roberts MS ,Levine L H , et al . 2002. Influence of ele2
vated CO2 on the fungal community in a coastal scrub oak forest soil
investigated with terminal2restriction fragment length polymor2
phism analysis. A ppl Envi ron Microbiol ,68 :4370～4376
28 　Kowalchuk GA , Gerards S , Woldendorp J W. 1997. Detection and
characterization of fungal infections of A m mophila arenaria (Mar2
ram grass) roots by denaturing gradient gel electrophoresis of specif2
ically amplified 18S rDNA. A ppl Envi ron Microbiol , 63 : 3858～
3865
29 　Lord NS , Kaplan CW ,Shank P , et al . 2002. Assessment of fungal
diversity using terminal restriction fragment ( TRF) pattern analy2
sis :comparison of 18S and ITS ribosomal regions. FEMS Microbiol
Ecol ,42 :327～337
30 　Lovelock CE , Andersen K, Morton JB. 2003. Arbuscular mycorrhizal
communities in tropical forests are affected by host tree species and envi2
ronment . Oecologia ,135 :268～279
31 　Lowell JL , Klein DA. 2001. Comparative single2strand conformation
polymorphism ( SSCP) and microscopy2based analysis of nitrogen
cultivation interactive effects on the fungal community of semiarid
steppe soil. FEMS Microbiol Ecol ,36 :85～92
32 　Lugo MA ,Cabello MN. 2002. Native arbuscular mycorrhizal fungi
(AMF) from mountain grassland ( Córdoba , Argentina) I. Seasonal
variation of fungal spore diversity. Mycologia ,94 :579～586
33 　Lyons J I ,Newell SY,Buchan A , et al . 2003. Diversity of ascomycete
laccase gene sequences in southeastern US salt marsh. Microbiol Ecol ,
45 (3) :270～281
34 　Ranjard L ,Poly F ,Lata J C , et al . 2001. Characterization of bacteri2
al and fungal soil communities by automated ribosomal intergenic
spacer analysis fingerprints :biological and methodogical variability.
A ppl Envi ron Microbiol ,67 :4479～4487
35 　Ranjard L ,Lejon DP ,Mougel C , et al . 2003. Sampling strategy in
molecular ecology : Influence of soil sample size on DNA fingerprint2
ing analysis of fungal and bacteria communities. Envi ron Microbi2
ol ,5 :1111～1120
36 　Robinson CH. 2001. Cold adaptation in Arctic and Antarctic fungi.
New Phytol ,151 :341～353
37 　Schadt CW ,Martin AP ,Lipson DA , et al . 2003. Seasonal dynamics
of previously unknown fungal lineages in tundra soil. Science ,301 :
1359～1361
38 　Slavikova E ,Vadkertiova R. 2003. The diversity of yeasts in the a2
gricultural soil. J Basic Microbiol ,43 :430～436
39 　Smith E ,Leeflang P , Glandorf B , et al . 1999. Analysis of fungal di2
versity in the wheat rhizosphere by sequencing of cloned PCR2am2
plified genes encoding 18S rRNA and temperature gradient gel elec2
trophoresis. A ppl Envi ron Microbiol ,65 :2614～2621
40 　Sobek EA ,Zak J C. 2003. The soil fungiLog procedure :Method and
analytical approaches toward understanding fungal functional diver2
sity. Mycologia ,95 :590～602
41 　Valinsky L ,Vedova GD ,Jiang T , et al . 2002. Oligonucleotide fin2
gerprinting of rRNA genes for analysis of fungal community compo2
sition. A ppl Envi ron Microbiol ,68 :5999～6004
42 　Vandenkoornhuyse P ,Baldauf SL ,Leyval C , et al . 2002. Extensive
fungal diversity in plant roots. Science ,295 :2051
43 　Vandenkoornhuyse P ,Ridgway KP ,Watson IJ , et al . 2003. Co2ex2
isting grass species have distinctive arbuscular mycorrhizal commu2
nities. Mol Ecol ,12 :3085
44 　Viaud M ,Pasquier A ,Brygoo Y. 2000. Diversity of soil fungi stud2
ied by PCR2RFL P of ITS. Mycol Res ,104 :1027～1032
45 　Visser S. 1995. Ectomycorrhizal fungal succession in jack pine stands
following wildfire. New Phytol ,129 :389～401
作者简介 　张 　晶 ,女 ,1979 年生 ,在读博士. 主要从事微生
物分子生态学方面的研究. E2mail :zhangjing79847984 @hot2
mail. com
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