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Study on Molecular Identif ica tion and Genetic Rela tionships ofEctomycorrhiza l Stra ins of Su illus Gene

乳牛肝菌属分离株分子鉴定及其遗传关系的研究



全 文 :林业科学研究 2008, 21 (6) : 825~831
Forest Research
  文章编号 : 100121498 (2008) 0620825207
乳牛肝菌属分离株分子鉴定及其遗传关系的研究 3
冯锦霞 1 , 王敏杰 2 , 闫 伟 13 3
(1. 内蒙古农业大学林学院 ,内蒙古 呼和浩特 010018; 2. 中国林业科学研究院林业研究所 ,北京 100091)
摘要 :本文采用 ITS序列分析方法和 ITS2RFLP分子标记方法对内蒙古大青山地区分离获得的 27个乳牛肝菌属
(Suillus spp. )真菌菌株进行了分子鉴定和遗传关系研究。通过 ITS序列比对鉴定出 SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、
SP7、SP8、SP9、SF1、SF2、SF3、P. Lac21、P. Lac22、3′、3″、3#菌株属于褐环乳牛肝菌 (Su illus lu teus)。27株乳牛肝菌属真
菌分为 3个遗传类型 ,且每个遗传类型在分类上属于同一个种。樟 Ⅱ和 1"与其余菌株的遗传距离较大 ,其原因可
能是宿主和生境的影响。序列分析方法能够更准确地分析出遗传差异 ,但 ITS2RFLP方法更简单、实用 ,可以用于初
步的菌株鉴定。两种方法结合可以更有效和准确地鉴定外生菌根真菌和研究其遗传关系。
关键词 :外生菌根真菌 ;乳牛肝菌属 ; ITS;分子鉴定 ;遗传多样性 ; ITS2RFLP;序列分析
中图分类号 : TS201. 3     文献标识码 : A
收稿日期 : 2007204210
基金项目 : 国家自然科学基金 (30660150)
作者简介 : 冯锦霞 (1980—) ,女 ,内蒙古乌海人 ,硕士. E2mail: fengjinxia2000@163. com3 致谢 :本文得到中国林业科学研究院卢孟柱研究员的指导和支持 ,特致谢意.3 3 通讯作者 :闫伟 ,教授 ,主要从事林木菌根生物技术研究. E2mail: weiyan@ imau. edu. cn
Study on M olecular Iden tif ica tion and Genetic Rela tion sh ips of
Ectom ycorrh iza l Stra in s of Su illus Gene
FENG J in2xia1 , WANG M ing2jie2 , YAN W ei1
(1. College of Forestry, InnerMongolia Agricultural University, Hohhot 010019, InnerMongolia, China;
2. Research Institute of Forestry, CAF, Beijing 100091, China)
Abstract: The molecular identification and genetic diversity of 27 Su illus strains isolated from Inner Mongolia were
studied based on the sequencing analysis of ITS, the internal transcribed spacer region of the ribosomal RNA genes,
and ITS2RFLP for the first time. ITS sequences of 27 Su illus strains were subjected to a GenBank search and SP1,
SP2, SP3, SP4, SP5, SP6, SP7, SP8, SP9, SF1, SF2, SF3, P. Lac21, P. Lac22, 3′, 3″, 3# were belonged to Su illus lu teus
with 99% sim ilarity to DQ440568. 1 in GenBank. These S u illus strains were classified into 3 genotypes. The great
genetic distance of“zhang2”and 1″from others m ight be the results of the influence by its hosts and habitats.
A lthough sequence analysis of ITS was accurate, the ITS2RFLP was simp le and p ractical and m ight be useful to the
quick identification of ectomycorrhizal fungi. It was more effective and accurative for using these two techniques
combination.
Key words: ectomycorrhize; Su illus; ITS; genetic diversity; molecular identification; ITS2RFLP; sequencing analysis
  乳牛肝菌属 (Su illus M ich. ex Gray)属担子菌亚
门 (Basidiomycotina) ,层菌纲 (Hymenomycetes) ,伞菌
目 (Agaricales) ,牛肝菌科 (Boletaceae) [ 1 ]。乳牛肝
菌属真菌对针叶树种有很高的宿主专一性 ,是松属
( P inus L inn. )的优势外生菌根真菌 , 它的分布与松
属的天然分布相一致 [ 2 ]。
林  业  科  学  研  究 第 21卷
核糖体 RNA ( rDNA )基因包括 18S、ITS1、5. 8S、
ITS2和 28S基因及其非转录区 ( IGS)。其中 ITS1、
5. 8S rRNA基因和 ITS2常被合称为 ITS区 , ITS区是
中度保守区域 ,其保守性基本上表现为种内相对一
致 ,种间差异比较明显 [ 3 ]。自 ITS区特定分类单元
扩增的特异性引物相继被设计出来就在菌根研究中
得到广泛应用 [ 4 ]。
乳牛肝菌 (Suillus spp. )真菌的大量研究工作证
明核糖体 RNA可以用于推断乳牛肝菌属内不同种之
间的系统发育学关系 [ 5 - 8 ]。 ITS区的 RFLP图谱能准
确地区分开乳牛肝菌属内的不同种 [ 9 ]。目前 , ITS2
RFLP分子标记和 ITS区 DNA序列分析被广泛用于
外生菌根真菌分子鉴定 [ 10 - 11 ]、遗传关系 [ 12 - 13 ]、菌根
真菌多样性 [ 14 - 15 ]、真菌种群结构 [ 8, 16 ]以及菌根真菌
在苗圃和造林地上持久性 [ 17 ]等方面的研究。
在内蒙古大青山地区的大部分牛肝菌科 (Bole2
taceae)真菌主要以油松 ( P inus tabu laeform is Carr. )、
华北落叶松 (L arix principis2rupprech tii Mayr. )、白桦
( B etu la pla typhy lla Suk. )、云 杉 ( P icea aspera ta
Mast. )等为主要宿主植物。乳牛肝菌属真菌是大青
山地区油松和樟子松 ( P inus sy lvesris L. var. m ongol2
ica L itv. )的优势外生菌根真菌。内蒙古农业大学在
内蒙古大青山地区多年开展优良外生菌根菌种和菌
株的采集和筛选 ,已经从子实体和外生菌根上分离、
纯化得到大量菌株。因此对实验室现有菌种进行更
可靠的鉴定是菌根实验室开展应用研究亟待解决的
问题。本文采取 ITS区 DNA序列分析来鉴定乳牛
肝菌属真菌菌种并将从分子水平研究内蒙古大青山
地区乳牛肝菌属真菌的遗传关系 [ 18 - 19 ] ,旨在弄清此
地区乳牛肝菌属真菌的分类 ,有利于探索乳牛肝菌
与不同宿主植物间的共生机理 ,筛选对一定土壤和
环境状况适应性更强的优良外生菌根菌种 ,进而在
生态恢复区实施菌根生物应用技术 ,使其在提高宿
主抗性、成活率、生物量上发挥更大的有益效应 ,为
生态退化区植被的恢复与重建在理论和技术上提供
指导 [ 20 ]。
1 材料和方法
1. 1 D NA提取及 PCR扩增
菌株由内蒙古农业大学菌根实验室提供 (见表
1) ,经菌根形态和子实体鉴定 27株真菌应属于乳牛
肝菌属。
所有菌株采用 Pach培养基置 25 ℃下培养 10
d后 ,刮取其菌丝体 ,立刻放入研磨管用液氮研磨
成粉末状 ,提取总 DNA ,总 DNA经 RNA酶纯化后 ,
PCR 扩增 rDNA ITS区段 , 经 0. 8%琼脂糖凝胶在
1 ×TAE电泳缓冲液中电泳分析 ,方法参照参考文
献 [ 21 ]。用 B型小量 DNA 片段快速纯化回收试
剂盒 (北京博大泰克生物基因技术有限责任公司 )
纯化 PCR 扩增产物。使用通用引物 ITS12F 和
ITS42B ,由北京奥科生物技术有限责任公司合成 ,
其序列为 :
ITS12F: 5′2CTTGGTCATTTTAGAGGAAGTAA23′
ITS42B: 5′2CAGGAGACTTGTACACGGTCCAG23′
表 1 菌株名称及基本情况
编号 分离菌株代号 采样地 宿主 分离组织 分离年份
129 SP1~SP9 呼和浩特郊区苗圃地 2年生油松幼苗 菌根 2002
10212 SF1~SF3 大青山油松人工林 20年生油松 子实体 2002
13 96牛 大青山油松人工林 20年生油松 子实体 1996
14 99牛 大青山油松人工林 20年生油松 子实体 1999
15 00牛 大青山油松人工林 20年生油松 子实体 2000
16 Suillus2 大青山 20年生油松 菌根 2002
17 P. Lac21 大青山 20年生油松 菌根 2002
18 P. Lac22 大青山 20年生油松 菌根 2002
19 樟Ⅱ 大青山 樟子松大树 菌根 2002
20 3′ 大青山 20年生油松 菌根 2002
21 1″ 大青山混交林 20年生油松 菌根 2002
22 3″ 大青山 20年生油松 菌根 2002
23 3# 大青山 20年生油松 菌根 2002
24 6# PinusⅠ 大青山 20年生油松 菌根 2002
25 6# PinusⅡ 大青山 20年生油松 菌根 2002
26 6# PinusⅣ 大青山 20年生油松 菌根 2002
27 6# PinusⅤ 大青山 20年生油松 菌根 2002
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第 6期 冯锦霞等 :乳牛肝菌属分离株分子鉴定及其遗传关系的研究
1. 2 PCR扩增产物的克隆及测序
采用 pMD18 2T V ecto r质粒 ( TaKaRa公司 )为
克隆载体与 ITS 区进行连接 , 采用大肠杆菌
( Escherich ia coli (M igula) Castellan i et Chalm ers)
感受态细胞 DH5α (北京天为时代科技有限公司 )
进行转化 ,经 PCR法检测确认载体中插入 ITS片
段的长度大小。每个菌株测两个不同克隆的序
列来确定准确序列。由北京奥科生物技术有限
责任公司进行测序。
1. 3  ITS区段的序列比对及遗传多样性分析
将所得测序结果输入 GenB ank,运用 BLA ST
进行序列比对 ,序列相似系数在 99 %以上在分类
上被确定为同一种 [ 9 , 11 ] 。使用 DNA star软件中
C lusta lW 方法进行多重序列比对分析 ,得到菌株
之间的遗传距离和序列相似系数。在 GenB ank
中选取与乳牛肝菌属真菌亲缘关系相近的一些
代表菌株 ,同时以属外成员空柄小牛肝菌 (B oleti2
nus cavipes ( Opat. ) Kalchbr. )为外群 ,根据 DNA 2
MAN5. 2. 10软件的多重序列排列比对分析 (M ul2 tip le Sequence A lignm ent)程序中 Kim ura模型构建系统进化树 ( Phylogenetic trees) ,通过自举检验法(从 1 000个重复实验分析中计算出自举检验值( bootstrap values) )来评价每个菌株之间的系统发育关系。1. 4 rD NA ITS区的酶切纯化 PCR扩增产物 3μL分别用 HaeⅢ、A lu I、H infⅠ (0. 5μL)于 37 ℃酶切 2 h,用 3%的琼脂糖凝胶在 0. 5 ×TBE电泳缓冲液中电泳分离 , UV凝胶成像系统扫描并记录扩增产物在琼脂糖凝胶上的酶切片段。每个 PCR扩增产物至少被一种酶消化 2次 ,来确定酶切图谱和片段大小。2 结果与分析2. 1 PCR扩增产物的检测与分析27株乳牛肝菌 rDNA ITS区经 PCR 反应扩增 ,扩增产物用凝胶电泳检测得到大小约 900 bp的特异性条带 ,阴性对照中无任何扩增条带 (见图 1 ) 。
M为 100 bp Marker , 1~27为菌株编号
图 1 27株乳牛肝菌属真菌 ITS区段 PCR产物凝胶电泳图
2. 2 测序结果和 BLAST序列比对结果分析
(1) SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9、
SF1、SF2、SF3、3′、3″、P. Lac21、P. Lac22和 3#与数据
库中褐环乳牛肝菌 (Su illus lu teus (L. ex Fr. ) Gray)
分离株 DQ440568. 1全长 802 bp同源性高达 99%
(800 /802) ,证明这些菌株在分类上属于褐环乳牛
肝菌。
(2) 96牛和 99牛全长 873 bp; 00牛、Su illus2、6#
P inusⅠ、6# P inusⅡ、6# PinusⅣ、6# P inusⅤ全长 874 bp
与数据库中褐粘盖牛肝菌 ( Su illus collin itus Fr. )分
离株 AY935515. 1全长 835 bp同源性为 97% ( 811 /
835) ;与点柄乳牛肝菌 ( Su illus granu la tus (L. :
Fr. ) O. Kuntce ) AJ272410. 1 全长 691 同源性为
98% (681 /692)。
(3)樟 Ⅱ、1″全长 870 bp与数据库中褐环乳牛
肝菌分离株 DQ367918. 1全长 1062同源性为 97%
(811 /835) ;与数据库中厚环乳牛肝菌 (Su illus grevil2
lei ( Kl. ) Sing. )分离株 M91616. 1全长 653同源性
为 97% (591 /597) 。
2. 3 序列相似性和聚类分析结果
根据序列中碱基差异 27株乳牛肝菌属真菌聚
为三个遗传类型 (见图 2) : SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、
SP6、SP7、SP8、SP9、SF1、SF2、SF3、P. Lac21、P. Lac22、
3′、3″、3#为第一类 , 96牛、99牛、00牛、S u illus 2、6#
P inusⅠ、6# P inusⅡ、6# P inusⅣ、6# PinusⅤ为第二类 ,
樟 Ⅱ、1″为第三类。
根据序列相似系数 (见表 2)大于 99% ,判断菌
种在分类上属于同一种 ,序列比对结果表明 , SP1、
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林  业  科  学  研  究 第 21卷
  注 : 1: P. Lac21, 2: P. Lac22, 3: 1″, 4:樟 Ⅱ, 5: 3′, 6: 3″, 7: 3# , 8: 6# P inusⅠ, 9: 6# PinusⅡ, 10: 6# PinusⅣ, 11: 6# P inusⅤ, 12~20: SP1~SP9, 21~23: SF1~SF3, 24:
96牛 , 25: 99牛 , 26: 00牛 , 27: Suillus2。
SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9、SF1、SF2、
SF3、P. Lac21、P. Lac22、3′、3″、3#菌株在分类上属于
同一种 (序列相似系数 99. 78% ) , 96牛、99牛、00
牛、Su illus2、6# P inusⅠ、6# P inusⅡ、6# P inusⅣ、6# P inus
Ⅴ菌株在分类上属于同一种 (序列相似系数
99. 79% ) ,樟 Ⅱ、1″菌株在分类上属于同一种 (序列
相似系数为 99. 66% ) ,三个遗传类型中的菌株之间
没有多态性。其中 , P. Lac22, SP4, SP5, SP7, SP8, 3#
序列相似系数高达 100% , 00牛和 6# PinusⅠ序列相
似系数高达 100%。
2. 4 系统发育分析结果
由进化树 (见图 3)可以看出 27株乳牛肝菌属
真菌分为 3个进化枝 ,自举检验值均为 100% ,所有
乳牛肝菌属真菌与属外空柄小牛肝菌亲缘关系较远
(自举检验值为 100% )。27株乳牛肝菌属真菌与
S u illus lakei亲缘关系较远 (自举检验值为 99% )。
樟 Ⅱ、1″与其余菌株亲缘关系较远 (自举检验值为
图 2 27株乳牛肝菌属真菌同源聚类图
100% )。樟 Ⅱ、1″与 褐 环 乳 牛 肝 菌 分 离 株
DQ367918. 1和厚环乳牛肝菌各菌株聚在一起 ,成为
一簇 (自举检验值为 100% )。其余菌株和点柄乳牛
肝菌聚在一起 ,成为一簇 (自举检验值为 100% )。
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第 6期 冯锦霞等 :乳牛肝菌属分离株分子鉴定及其遗传关系的研究
SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9、SF1、
SF2、SF3、P. Lac21、P. Lac22、3′、3″、3#与褐环乳牛肝
菌各菌株处在同一分枝。96牛、99牛、00牛、Su il2
lus2、6# PinusⅠ、6# P inusⅡ、6# P inus Ⅳ、6# P inusⅤ与
褐粘盖牛肝菌亲缘较近 (自举检验值为 99% )。
2. 5  ITS2RFL P图谱结果与分析
根据序列选取 Hae Ⅲ、A lu I、H inf Ⅰ三种限制
性内切酶 ,得到 27株乳牛肝菌属真菌每种酶的酶切
图谱 (见图 4、5、6) ,图谱将 27株乳牛肝菌属真菌分
为二个不同的类群 (见表 3) ,樟 Ⅱ, 1″为第一类群 ,
其余 25个菌株为第二类群。
表 3 酶切图谱类型 bp
限制性内
切酶类型
图谱类型
Ⅰ (樟Ⅱ, 1″) Ⅱ (其余 25株 )
Hae Ⅲ (图 4) 750, 110, 50 500, 250, 110, 50
A lu I(图 5) 800, 100 700, 120, 50
H inf Ⅰ (图 6) 350, 250, 150, 100 250, 150, 100, 50
注 : 3 为 GenBank基因核酸数据库中登录菌株
图 3 27株乳牛肝菌属真菌系统发育图
M1: DL2000 MarkerM2: 100 bp Marker 1~27:菌种编号
图 4 Hae Ⅲ酶切凝胶电泳图谱
M1: DL2000 MarkerM2: 100 bp Marker 1~27:菌种编号
图 5 A lu Ⅰ酶切凝胶电泳图谱
3 结论与讨论
本文首次对内蒙古大青山地区乳牛肝菌属真菌
进行分子鉴定和遗传关系研究。通过 ITS序列比对
鉴定 SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9、
SF1、SF2、SF3、P. Lac21、P. Lac22、3′、3″、3#菌株属于
褐环乳牛肝菌 ,其余菌株还有待于进一步鉴定。
ITS RFLP图谱将 27株乳牛肝菌属真菌分为 2
个不同的类群 ,序列分析结果和酶切图谱基本吻合 ,
而且酶切图谱与前人研究所得的酶切图谱基本一
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M1: DL2000 MarkerM2: 100 bp Marker 1~27:菌种编号
图 6 H inf Ⅰ酶切凝胶电泳图谱
致 [ 22 ]。根据序列差距 27株乳牛肝菌属真菌分为三
个遗传类型 ,系统发育进化树将 27株乳牛肝菌属真
菌分为 3个进化枝 , 3 个进化枝与 3个遗传类型
相同。
根据序列相似系数大于 99% ,判断第一遗传类
型的 17个菌株 ( SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、
SP8、SP9、SF1、SF2、SF3、P. Lac21、P. Lac22、3′、3″、3# )
在分类上属于同一种 (序列相似系数 99. 78% ) ,第
二遗传类型的 8个菌株 ( 96牛、99牛、00牛、Su il2
lus2、6# P inusⅠ、6# PinusⅡ、6# P inusⅣ、6# P inusⅤ)在
分类上属于同一种 (序列相似系数 99. 79% ) ,第三
遗传类型 (樟 Ⅱ、1″)在分类上属于同一种 (序列相似
系数为 99. 66% )。
分离于大青山油松大树菌根的 3#、P. Lac22菌
株和分离于苗圃地 2年生油松幼苗菌根的 SP4,
SP5, SP7, SP8菌株的序列相似系数高达 100% ,分离
于大青山油松林子实体的 00牛菌株和分离于大青
山油松大树菌根的 6# PinusⅠ菌株相似系数高达
100% ,表明 ITS区段 DNA序列分析可用于监测外
生菌根菌剂真菌在野外接种试验和研究菌根菌的菌
种更替与可持续性。
以油松为宿主的菌株亲缘关系较近 ,宿主为樟
子松的樟 Ⅱ和采样地为混交林的 1″与其余菌株遗传
距离较大 ,其原因可能是宿主和生境的影响 ,表明外
生菌根真菌多样性可能随着宿主和生境的不同而发
生变化。
由于 ITS基因序列较短 ,酶切位点较少 ,反映的
信息量较少 ,而序列分析方法可针对 DNA序列的每
一个碱基 ,能够准确地检测出单个碱基的区别 ,并且
测得的 DNA序列还可与数据库比对 ,不仅能进行分
子鉴定 ,还可对菌根真菌类群的遗传多样性和系统
发育进行研究 ,但 ITS2RFLP方法更简单、实用 ,可以
用于初步的菌株鉴定 ,所以两种方法是相辅相成、互
为补充的。
综上所述 ,在菌根技术的应用研究中可以用这
两种方法进行菌根菌种的示踪试验 ,在分子水平上
证明菌根真菌接种后在林地的竞争性和持久性 ,为
菌根应用技术提供更可靠的理论依据。
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《中国木本植物病原总汇》正式出版
《中国木本植物病原总汇 》由徐梅卿、何平勋主编 ,东北林业大学出版社出版。该书编写历时十载 ,数易
其稿 ,已于 2008年 10月正式出版。
《中国木本植物病原总汇 》共收录了 1975~2005年的木本植物病原物 5 440个分类单位 ,其中根肿菌 2
个 ,卵菌 41个 ,真菌 4 655个 ,细菌 49个 ,难培养原核生物 56个 ,病毒 56个 ,线虫 328个 ,螨类 132个 ,寄生植
物、藻类 121个。寄主植物 4 595个分类单位。全书共分五篇。第一篇 ,木本植物真核生物病原物。第二篇 ,
木本植物原核生物及其他病原物。本篇完整地列出了各病原物分类单位、真菌不同发育阶段和同种异名的
拉丁文名称和中文名 ;病害类型、寄生部位 ;病原新种形态特征 ,新病害症状 ;寄主植物拉丁文名称和中文名 ,
以及地理分布。第三篇 ,木本植物病原物分类地位。第四篇 ,参考文献 1 234条。第五篇 ,索引 4套 ,包括寄
主植物中文名、病原物中文名、寄主植物 —病原物拉丁文名称和病原物拉丁文名称。
《中国木本植物病原总汇 》是我国迄今为止唯一的一部病原学、木本植物病理学相结合的大型工具书 ,是
30年来科研成果的全面总结 ,学术价值较高 ,具有较强的综合性、系统性、新颖性、科学性和实用性 ,可供有关
专家、学者、科研人员、农林大专院校师生、植物检疫部门 ,有关植物保护、果树园艺、园林绿化等生产管理及
技术推广部门的科技人员参考和应用。
该书共 1724页 , 16开本 (精装 ) ,书号 : ISBN978 - 7 - 81076 - 148 - 2,定价 : 360元。
联系人 :徐梅卿  中国林科院林业所  北京市海淀区香山路  100091
电话 : 010 - 62889680, 13810934299 (徐启聪 ) , xumq@ caf. ac. cn
姜俊清  东北林业大学出版社  哈尔滨市香坊区和兴路 26号  150040
电话 : 0451 - 89701363, 15945191363, 89033986@163. com
(林讯 )
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