菌根共生与植物入侵

合集下载

菌根共生与植物入侵

菌根共生与植物入侵

菌根共生与植物入侵菌根共生是指植物根系与真菌之间建立的一种互利共生关系。

在这种关系中,植物的根系与菌丝相连形成菌根,真菌向植物提供养分,而植物则为真菌提供光合产物。

这种共生关系对植物入侵过程起着重要的作用。

植物入侵是指外来植物入侵到原生物种分布区域,并对当地生态系统造成不利影响。

入侵植物能够在新环境中快速生长和繁殖,往往对本地植物和动物造成竞争压力,破坏生态平衡。

在植物入侵过程中,菌根共生对植物的适应性起到了关键的作用。

菌根能够增强植物的养分吸收能力,尤其是对于一些限制性营养元素,如磷、铵态氮等的吸收具有重要意义。

入侵植物通常能够形成更多、更长的菌根,从而能够更有效地获取养分将其转化为生物质,促进生长。

相比之下,本地植物与原生菌丝的共生关系往往较弱,无法获得足够的养分支持,导致生长受限。

菌根共生与植物入侵之间的关系还有一个重要的方面是耗氧性状。

菌根菌根真菌需要氧气进行呼吸作用,而部分植物入侵者能够改变土壤的氧化还原状态,提高土壤中的氧含量,从而提高菌根真菌的呼吸作用,促进其生长。

这就形成了一种正向反馈循环,入侵植物通过促进菌根真菌的生长,进一步提高了自身的养分吸收能力和生长速度。

菌根共生也可能对植物入侵产生负面影响。

部分研究表明,入侵植物与菌根真菌之间的共生关系在某些条件下可能会受到抑制。

一方面,高养分环境可能抑制植物与真菌的共生关系,因为植物能够通过直接吸收养分的方式满足其需求。

真菌也可能从入侵植物的根系中获得养分,并利用其竞争能力对入侵植物造成不利影响。

一些研究还表明,入侵植物与菌根真菌的共生关系可能在不同环境下表现出不同的反应,因此具体的机制还需要进一步的研究。

菌根共生对植物入侵具有重要影响。

它通过增强植物的养分吸收能力、提高菌根真菌的生长,促进了植物的快速生长和繁殖,增强了植物的适应性。

在特定环境下,菌根共生也可能受到抑制,对植物入侵产生负面影响。

在控制植物入侵过程中,需要充分考虑菌根共生与入侵植物之间的相互关系,以便更好地管理入侵物种并保护生态系统的稳定。

植物与菌根菌

植物与菌根菌
作者为首都师范大学生物系 )&&% 级硕士生
责任编辑:杨 斧
自 然 之 网
小球藻属 * !"#$%&##’ + 、弓形藻属 * ()"%$&*&%+’ + 、衣藻 属 * !"#’,-*$,$.’/ + ; 硅 藻 门 的 直 链 藻 属 * 0&#$/+1
%’ + 、针 杆藻 属 * (-.&*%’ + 、 小 环 藻 属 * !-)#$2&##’ + 、
套,又可侵入细胞内部。
叶 万 平
据估计,目前已知的种子植
植 物 菌 与 根 菌
物中,外生菌根仅占不足 %&$ ,大部分属松科、桦木科、 壳斗科、龙脑香科、桃金娘科等 乔灌木树种。而 ’( 菌根 ( 是内 生菌根的常见种类)约占 "&$ , 大 约 有 )&& 科 、 %&&& 属 、 )! 万 种 植 物 都 可 形 成 ’( 菌根,其中大部分是草本植物。 此外,还有一些植物至今未发现 菌根,如莎草科、灯芯草科、十 字花科等少数几科植物 ( 弓明 钦)。 菌根与植物之间是互利共生
・!・
"#$ ,地茎增加了 #%$ 至 &%#$ ,须根 数增加了 ’&$ 至 (’#$ ,干质量增加了 &%%$ 以上。林智等 用 )* 菌根接种茶树,无论是地上部还是地下部都 明显高于未接种的茶树,其中又以接种 )* 菌同时 施磷矿粉的茶树干重最大。黄宝灵的实验证实了菌 根菌对巨尾桉高生长持续影响显著,菌根林的蓄积 量持续高于对照林,菌根的投入产 出比为: & 比 &&+ ," ,经济效益显著。 - ( . 增强宿主植物的抗逆性 许多研究表明:菌根化苗木可以提高宿主植物 的抗旱性、抗盐碱性、抗重金属毒害、抗非正常 /0 值和温湿度等的能力,从而提高了植物在不良 环境下的生存能力。菌根菌在土壤中有庞大的菌丝 体,可以增加根系的吸收面积,降低土壤与植物之 间的液流阻力, 促进根系对水分的吸收,而且菌 套还能防治根系内的水分丧失,从而改善宿主的水 分状况,这种作用在干旱条件下表现得尤为明显。 吕全等人的实验证明了外生菌根可以提高板栗苗木 的抗旱性能,菌根苗木与对照相比,提高苗木束缚 水 含 量 &(+ %!$ 至 #"+ ’1$ , 萎 蔫 系 数 降 低 (&+ 1#$ 至 #!+ %’$ , 在 干 旱 协 迫 下 , 叶 片 推 迟 (’—’2 小时出现萎蔫,重新复水后提前 ’+ !—(!+ ! 小时恢复正常。 菌根菌能提高宿主对污染土壤的抵抗力。陈有 键等人的实验证明了在土壤金属过量的情况下,菌 根菌可通过调节根际重金属形态从而调节土壤重金 属的生物有效性,提高了宿主对重金属污染的适应 性。 接种了彩色豆马勃的美 3456789 等的实验证明, 国五针松菌根化苗, 在低于室温 (+ ,: 的条件下越 冬, 有 !%$ 的苗木保存下来, 而对照组仅存活 (%$ 。 - 2 . 提高宿主植物的抗病性 菌根菌对某些植物病害有防治或减轻作用,已 为不少实验所证实。 菌根菌对病原菌具有抑制作用, 两者对峙培养后, 菌根菌变粗, 而病原菌受抑, 菌丝 死亡。 实验证明, 菌根菌能产生抗生素、 萜烯类、 酶等 代谢物而使病原菌死亡。 另外, 菌套、 哈氏网有机械 阻挡作用, 可以阻挡病原菌的入侵。 弓明钦等人的实 验表明, 外生菌根能减轻或防治桉树青枯病的危害。 已菌根化的桉树幼苗无论在轻病区或重病区造林, 均可降低发病率和病情指数, 减少青枯病的危害。 唐 明等利用几种外生菌根及 )* 菌根接种北京杨,证 明菌根感染程度与杨树溃疡病的发生呈显著的负相 关,其中,外生菌根的影响更大。胡正嘉等用 )* 菌根菌接种棉花,明显减轻了棉花枯萎病的发生,

菌根真菌与植物根系统的共生关系

菌根真菌与植物根系统的共生关系

菌根真菌与植物根系统的共生关系在自然界中,有一种微生物可以与植物建立起共生关系,这种微生物就是菌根真菌。

菌根真菌可以与植物根系形成菌根,通过这种共生关系,菌根真菌为植物提供营养物质并保护植物免受病毒和其他微生物侵害。

菌根真菌与植物根系统的共生关系对植物生长和发育有着重要的作用。

一、菌根真菌与植物根系统的形成菌根真菌与植物根系统的形成是一个复杂的过程。

当植物根系生长到一定程度时,会释放出一种物质,这种物质可以吸引菌根真菌。

菌根真菌感应到这种物质后,会穿过植物根系表面,进入植物根系内部,与植物根系形成共生关系。

菌根真菌与植物根系的共生关系有两种形式:外生菌根和内生菌根。

外生菌根是指菌根真菌在植物根系表面形成的一种菌丝,可以增加植物根系的吸收面积,增加植物对养分的吸收能力。

内生菌根指菌根真菌形成的菌丝网络穿过植物根系,进入植物根系内部。

内生菌根在形态上与外生菌根不同,在共生过程中产生的物质也有所不同。

二、菌根真菌对植物的影响菌根真菌可以促进植物的生长和发育,提高植物的适应性和抗病能力。

菌根真菌可以为植物提供多种营养物质,例如磷、氮、钾等,这些养分对植物的生长和发育有着至关重要的作用。

菌根真菌可以增加植物根系的吸收面积,提高植物对养分的吸收效率。

此外,菌根真菌还可以促进植物的光合作用,增加植物的养分合成能力。

菌根真菌还可以保护植物免受病毒和其他微生物的侵害。

在共生过程中,菌根真菌会释放出一些抗生素和生长素等物质,这些物质可以抑制病毒和其他微生物的生长和繁殖,从而保护植物免受它们的伤害。

三、不同类型的菌根真菌目前已知的菌根真菌有两种:早期菌根真菌和晚期菌根真菌。

不同类型的菌根真菌对植物的影响也各不相同。

早期菌根真菌对植物的帮助主要表现在提供养分方面,能够促进植物的生长和发育。

比如,早期菌根真菌可以帮助草本植物建立更健康的根系,并且提高谷物作物的产量。

此外,早期菌根真菌还可以提高植物对环境的适应性,帮助植物生长在环境恶劣的条件下。

植物与根际微生物互作关系

植物与根际微生物互作关系

植物与根际微生物互作关系植物与根际微生物之间的互作关系是一种密切的生态相互作用。

根际微生物是指生活在植物根际土壤中的微生物群体,包括细菌、真菌、放线菌和古细菌等。

这些微生物能够对植物生长发育和健康状态产生重要影响,而植物也为这些微生物提供了生存环境和营养来源。

本文将探讨植物与根际微生物之间的互作关系,并介绍一些有关的研究成果。

1. 影响植物生长的根际微生物根际微生物通过多种途径影响植物的生长和发育。

首先,它们通过降解有机物质释放出有机酸、挥发性有机化合物等来促进植物的养分吸收。

其次,根际微生物能够合成植物需要的生长激素,如植物生长素和赤霉素,从而促进植物的生长。

此外,它们还能够产生抗生素来抵御病原微生物的入侵,保护植物的健康。

2. 植物对根际微生物的选择性识别植物能够通过化感作用和化学信号与根际微生物进行特异性互作。

化感作用是指植物根系对根际微生物的选择性释放化合物,吸引或排斥不同类型的微生物。

化学信号是植物根系释放的信号分子,用于与根际微生物进行信号通讯。

这种选择性识别机制使得植物能够与有益微生物形成共生关系,提高自身的抗病能力和营养吸收效率。

3. 植物与根际微生物的共生关系许多植物与根际微生物之间形成了共生关系,这种关系对两者都有益处。

例如,根瘤菌与豆科植物形成共生关系,通过根瘤菌能够固氮,为植物提供养分。

相反,植物则提供根瘤菌生存所需的营养物质。

此外,一些真菌与植物根系形成菌根共生,真菌通过其菌丝网络为植物提供额外的养分吸收面积,并帮助植物抵御土壤中的病原微生物。

4. 应用价值及研究前景深入研究植物与根际微生物之间的互作关系对于农业和环境保护具有重要意义。

例如,通过调控根际微生物的结构和功能,可以提高作物的产量和抗病能力,从而减少农业化学农药的使用。

此外,根际微生物对土壤生态系统的养分循环和有机物质降解具有重要影响,因此研究根际微生物生态学对于环境保护和可持续农业发展也具有重要意义。

综上所述,植物与根际微生物之间存在着密切的互作关系。

菌根共生与植物入侵

菌根共生与植物入侵

菌根共生与植物入侵菌根共生是指植物根部与真菌形成的一种共生关系,这种关系有益于植物的生长和生存。

菌根共生可以分为外生菌根和内生菌根两种类型。

外生菌根是指真菌菌丝与植物根部表面形成的一种共生结构,这种结构可以增加植物对土壤中营养物质的吸收能力,并且可以帮助植物对抗病原体和有害物质。

内生菌根是指真菌菌丝侵入植物根部内部组织形成的一种共生结构,这种结构可以提高植物的抗旱能力和耐盐性。

菌根共生对植物的生长和生存有着极为重要的作用。

植物入侵往往会对当地的生态系统产生不利影响。

外来植物可能会与当地植物竞争资源,导致当地植物的数量减少甚至灭绝。

外来植物还可能会改变当地的生态系统结构和功能,影响当地的水文循环、土壤肥力和动植物多样性,最终对生态系统的稳定性造成威胁。

如何有效管理植物入侵成为了一个日益紧迫的问题。

菌根共生与植物入侵之间存在着密切的关系。

一方面,菌根共生可能会影响植物入侵的过程。

研究表明,一些入侵植物可能会失去与土壤中菌根真菌的共生能力,这可能会限制它们在入侵过程中对土壤中营养物质的吸收能力,从而减缓其入侵速度。

植物入侵也可能会对菌根共生产生影响。

一些研究表明,一些外来植物可能会改变当地土壤中菌根真菌的种类和数量,从而影响当地植物的营养和生长。

菌根共生与植物入侵之间的关系值得我们进一步探讨。

面对植物入侵的挑战,利用菌根共生来管理植物入侵问题已经成为了一种备受关注的方法。

一方面,可以利用外生菌根来增加当地植物对入侵植物的竞争能力。

外生菌根可以帮助植物提高对土壤中营养物质的吸收能力,同时也可以增加植物对抗病原体的能力,从而提高植物的竞争力。

可以利用内生菌根来提高当地植物的抗旱能力和耐盐性。

这对于当地植物来说,可以帮助它们在植物入侵的过程中更好地适应当地的生态环境,从而减轻入侵的压力。

除了在植物入侵过程中利用菌根共生来管理问题外,也可以在植物入侵的防治过程中利用菌根共生来进行生物防治。

一些研究表明,一些土壤中的菌根真菌可能可以对入侵植物产生拮抗作用,从而减缓入侵植物对当地植物的危害。

菌根的名词解释植物学

菌根的名词解释植物学

菌根的名词解释植物学菌根是植物学上一个重要的名词,它指的是植物根系与真菌共生形成的一种复合体。

菌根对植物的生长发育和生态系统的稳定起着重要的作用。

一、菌根的类型菌根按照植物与真菌的共生程度可以分为两种类型:外生菌根和内生菌根。

1. 外生菌根外生菌根是植物根系与真菌菌丝建立起结构上的共生,但不侵入植物根的内部。

这种菌根多见于乔木、灌木及部分草本植物。

外生菌根能增大植物根系表面积,提高植物的养分吸收速率,尤其对矿质养分吸收非常有效。

2. 内生菌根内生菌根是植物根系与真菌菌丝进入植物根的内部形成的一种共生结构。

内生菌根进一步分为两种类型:外围内生菌根和内生菌根。

(1)外围内生菌根外围内生菌根是指真菌菌丝紧贴植物根形成一层菌鞘,菌鞘与植物根系不相连。

这种菌根多见于禾本科植物。

菌鞘能增加植物根系的吸收面积,促进植物的养分吸收。

(2)内生菌根内生菌根是指真菌菌丝穿透植物根壁形成菌丝鞭毛与植物细胞形成共生结构。

这种菌根多见于杂草和一些庭园植物中。

内生菌根能与植物根系建立更为密切的关系,促进营养物质的传递和植物的生长。

二、菌根的形成过程菌根的形成主要经历三个阶段:诱导期、发展期和稳定期。

1. 诱导期诱导期是指真菌通过分泌化合物激活植物根系细胞,使其分泌出锁定真菌的化合物,并吸引真菌菌丝向植物根迁移。

这个过程中,真菌会通过根毛进入植物根,形成付于根尖的菌丝。

2. 发展期发展期是指真菌在植物根内形成复杂的菌丛,并把菌丝穿透到植物细胞内。

在这个过程中,真菌与植物根形成了密切的结合,彼此之间通过特殊的结构连接。

3. 稳定期稳定期是指真菌与植物根系共生形成的菌根进一步加强,形成稳定的共生结构。

这个时期中,真菌与植物互利共生,真菌为植物提供养分和水分,而植物为真菌提供有机物质。

三、菌根的生态功能菌根在生态系统中起着重要的作用,主要体现在以下几个方面:1. 促进养分吸收菌根能增大植物根系表面积和吸收器官体积,提高植物对养分的吸收能力。

菌根共生与植物入侵

菌根共生与植物入侵

菌根共生与植物入侵菌根共生是指植物根系与菌根菌共生,互利共存的一种生态关系。

菌根菌通过与植物根系形成紧密联系,从而促进植物的吸收营养、增强抗逆性和抗病虫害能力。

在自然界中,菌根共生关系对植物生长发育起着重要的作用。

随着全球化和气候变化的影响,一些外来的植物物种就变得越来越具有侵略性,对当地生态环境造成了严重的破坏。

菌根共生与植物入侵之间存在着一定的关联,本文将就菌根共生对植物入侵的影响进行探讨。

菌根共生对植物入侵的影响主要体现在以下几个方面:1. 营养利用效率:菌根共生可以改善植物的营养利用效率,提高其对养分的吸收能力。

而那些入侵植物往往具有较强的生长能力和竞争能力,部分原因就是因为它们能更有效地利用土壤中的养分。

具有菌根共生的植物通过与菌根菌建立共生关系,能够更有效地吸收水分和矿质养分,提高养分利用效率,从而减少入侵植物的生长空间和竞争力。

2. 土壤质量改善:菌根菌可以改善土壤结构,增加其通气性和保水性,促进土壤有机质的降解和形成,从而提高土壤的肥力。

而对于一些入侵植物来说,它们通常会占据土壤资源,导致土壤质量下降,这会对土壤生物多样性和生态系统稳定性造成不利影响。

而菌根共生的植物则能够通过与菌根菌共生,改善土壤环境,降低土壤中入侵植物的扩散速度,减少入侵的影响。

3. 生态系统稳定性:菌根共生对于维持生态系统的稳定性是至关重要的。

菌根共生可以增加植物的抗逆性和抗病虫害能力,提高植物对环境变化的适应性,从而维持生态系统的稳定性。

而那些入侵植物则通常会破坏当地生态系统的平衡,对当地的植物和动物资源造成威胁。

菌根共生植物可以通过提高生态系统的稳定性,抑制入侵植物的扩散和危害。

在实际生态系统中,菌根共生与植物入侵之间的关系并不是简单的单向影响,而是相互作用的结果。

不仅入侵植物会对菌根共生造成影响,菌根共生也会对入侵植物的扩散和生长产生影响。

针对菌根共生与植物入侵之间的关系,研究者们已经进行了大量的实验研究和野外观测,并取得了一些有意义的发现。

植物与共生菌根真菌相互作用与植物养分吸收调控研究

植物与共生菌根真菌相互作用与植物养分吸收调控研究

植物与共生菌根真菌相互作用与植物养分吸收调控研究植物与共生菌根真菌之间的相互作用广泛存在于自然界中,这种共生关系对于植物的养分吸收调控起到重要的作用。

共生菌根真菌可以为植物提供养分,并通过与植物根系相互作用,实现养分的交换与共享。

本文将探讨植物与共生菌根真菌之间的相互作用以及这种相互作用对植物养分吸收的调控。

一、植物与共生菌根真菌的相互作用共生菌根真菌与植物根系形成共生结构,主要有两种类型:外生菌根和内生菌根。

外生菌根真菌主要附着在植物根系表面,形成菌丝网络,与植物根系形成共生关系。

内生菌根真菌则直接侵入植物根系内部组织,与植物细胞形成共生关系。

共生菌根真菌通过菌丝网络与植物根系进行物质交换。

真菌通过菌丝从土壤中吸收水分和无机养分,并将这些养分传输到植物根系中,供植物吸收利用。

植物则通过光合作用产生的有机物质,将一部分提供给共生菌根真菌作为能量来源。

这种相互作用使植物能够更有效地吸收土壤中的养分,提高了植物的生长和抗逆能力。

二、共生菌根真菌对植物养分吸收的调控1. 共生菌根真菌增强植物对养分的吸收能力共生菌根真菌可以增强植物对磷、氮、铁等养分的吸收能力。

菌根菌丝网络可以扩大植物根系的吸收面积,增加养分的吸收面积和速率。

此外,共生菌根真菌还分泌酸性物质,使土壤中的磷、氮等养分溶解,更易被植物吸收利用。

2. 共生菌根真菌促进植物养分的转运与分配共生菌根真菌参与植物养分的转运与分配过程。

真菌通过菌丝网络将吸收的养分传递给植物根系,同时参与植物体内养分的分配过程。

共生菌根真菌可以使植物根系中的营养物质得到更为均匀的分布,提高养分利用效率。

3. 共生菌根真菌通过激活植物养分吸收相关基因共生菌根真菌通过激活植物养分吸收相关基因,调控植物养分吸收的过程。

研究发现,共生菌根真菌能够通过激活植物根系中的激素合成和信号传导途径,促进植物对养分的吸收和转运。

此外,共生菌根真菌还可以通过耐盐、耐寒等抗逆相关基因的激活,提高植物的生长和抗逆能力。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

菌根共生与植物入侵作者:黄大明尚嘉琛李淑芬 Anne Pringle来源:《中国科技纵横》2019年第08期摘要:我们对植物入侵能力的影响因素还没有深刻的了解,这涉及到许多机制,不同机制的相对重要性取决于具体的入侵条件。

本文讨论菌根共生这一因素。

这些共生关系是在大多数陆地生态系统中植物和土壤真菌普遍存在的相互关系。

研究植物入侵中菌根共生的概念框架,最重要的几方面包括:(a)菌根状态;(b)入侵植物的生长反应;(c)植物结合不同种真菌的能力;(d)植物作为当地真菌的宿主的能力与反馈动态;(e)真菌生物地理学与分布;(f)真菌的引入与传播;(g)产生新菌根的生态影响。

这些因素对植物入侵具有重要影响,因此菌根共生在植物入侵的研究中应受到更多关注。

关键词:丛枝菌根;保护生物学;外生菌根;真菌中图分类号:S451 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)08-0009-070 引言全世界范围内有许多植物被引入新的栖息地,其中一些植物在新的栖息环境中长势茂盛,甚至超出了引进时的预期[55]。

植物在新的栖息地中疯长被定义为入侵。

一些入侵植物可能会影响当地群落、威胁濒危物种生存[108,32],或对生态系统状态产生影响[79]。

当一种入侵植物成为人们的关注目标时,人们便开始设计管理办法以控制其生长。

然而,为了设计有效的管理方法,理解入侵过程涉及的机制十分重要。

关于植物入侵的大量文献表明,单一机制无法解释入侵过程。

一种植物的入侵能力受到其生态位、竞争能力、繁殖潜力以及这些特性在新栖息地中的演化影响[53,14]。

物种的入侵能力同样还受到新栖息地的影响,包括各种新的生物相互作用[65]。

食草动物和致病菌是研究这些新生物相互作用的重点,并形成了天敌释放假说的基础[66,97]。

然而鲜有工作关注共生作用改变成功侵入的潜在可能但见Richardson等[84]与Mitchell等[65]的综述)。

尽管如此,共生关系仍是形成物种生态学的核心力量[38],而且共生关系至少应与寄生关系在外来物种中同样常见[90]。

因此,一个物种的引入可导致其它物种的随后侵入[58]。

与真菌形成共生菌根可能有利于植物繁衍。

理解共生菌根是否以及如何影响植物入侵,对入侵植物的生态学管理以及当地栖息地的保护十分关键。

本文关注大多数植物中常见的菌根共生关系,并讨论这一共生关系如何影响植物的入侵。

菌根是植物的根和真菌组成的共生体。

这种关系历史悠久,有化石记录的共生关系可以追溯到460万年前[81]。

世界上幾乎95%的植物科有菌根,尽管大部分物种的菌根状态未得到具体的研究证明,但80%鉴定过的陆生植物有菌根[92,98,105]。

可参与形成共生体的真菌种类繁多,涵盖了所有真菌的4个门。

共生菌根通常被分为丛枝菌根(AM)和外生菌根(EM),其种类由真菌种类和植物的根的结构共同决定[92]。

在丛枝菌根和外生菌根之外,还有浆果莓类菌根、水晶兰类菌根、杜鹃花类菌根和兰类菌根等等。

菌根通常被认为是一种共生关系,植物和真菌进行物质交换,植物用光合作用得到的碳交换从土壤中获得的氮和磷。

菌根带来的其他好处,例如抗病虫害[15]和抗旱能力[3],也被归结于互利共生。

与其它共生关系一样,共生成员所得到的好处与具体的共生体状态相关,实际上在某些情况下已成为寄生关系[45,47]。

将植物和真菌形成共生菌根影响植物入侵过程归纳为以下七个方面:(1)入侵植物的菌根状态。

它是否形成了菌根?一些植物不能形成根菌共生体,而且许多入侵植物不与根菌共生。

(2)入侵植物的生长反应。

如果植物不能正常形成菌根,那么植物与真菌的共生体是否是必须的,植物是否需要真菌才能发芽和生长?或者说这种共生是否是兼容的?如果是兼容的,共生的植物与本土植物物种相比是否更不容易被感染(疾病)?哪种环境最适宜?(3)入侵植物结合不同种真菌的能力。

植物是否需要与特定的真菌形成菌根共生?或者它是否能与种类多样的不同真菌形成结合体?如果植物需要在新的栖息环境中与当地没有的真菌种类共生,则菌根共生将成为入侵的约束条件。

(4)入侵过程中植物对共生真菌的帮助与在植物入侵中的反馈动态。

入侵植物是否是所有真菌或特定真菌的优良宿主?植物和真菌之间相互作用的质量,包括真菌对植物宿主的响应与植物对共生真菌感染的响应,决定了植物-真菌的反馈动态,这能够极大地影响植物入侵的动态过程。

(5)真菌生物地理学与分布。

如果每种菌根真菌在地球上均匀分布,那么菌根共生体将不再是植物入侵的约束条件。

当然真菌有其分布范围,而且更详尽的真菌的生物地理学认识,对于研究具体情况下需要特定种类真菌的入侵物种十分重要。

菌根真菌的分布也与之相关,因为真菌可以独立于引入的植物物种进入新的栖息地。

(6)菌根真菌的引入。

最近的研究关注了人类活动导致的菌根真菌的传播;人们在很多情况下将植物完整的根系统与植株一起移植,因此菌根共生体也被打包移植。

当菌根真菌随被引入的植物一起被移植到新的栖息环境时,植物更容易存活和传播。

被移植到新栖息环境的真菌通常是否是独立于被引入的植物而存活的问题仍悬而未决。

(7)产生新菌根的生态学影响。

新真菌的到来与新的植物与真菌的结合是否会影响当地群落及其功能?在讨论这些问题之前,我们提供了一个植物入侵中关于菌根的概念框架。

尽管这个框架被用做关于菌根约束植物入侵的讨论,但框架的部分内容也可以用来理解任何共生体对任何物种入侵的约束。

1 研究植物入侵中菌根作用的概念框架在这一框架中植物根据三个标准分类:(a)是否需要菌根真菌以发芽和生长,专性或兼性;(b)需要特定的真菌或能与多种真菌结合,特定的或多样化的;(c)是与菌根真菌一并被移植还是可以独立移植,菌根结合体是否可以移植(图1)。

每个标准可以结合起来从而对一种植物给出具体的预测,如例1,非菌根或兼性菌根植物(无论该种植物与真菌形成菌根是特定或多样化的,菌根结合体是否可以移植)可以成功入侵(图1)。

根据概念框架的预测,共生条件不会阻碍非菌根或兼性生物的入侵。

相反,在例2中,专性、形成特定菌根共生体的植物除非与完整的菌根共生体一并移植(例3),否则不能在新的栖息地上生长或传播。

专性需要菌根结合的植物如果能与不同种类的真菌结合(例4)或许可以与当地的真菌形成菌根从而成功入侵。

最后,在例5中,专性、可以和不同真菌形成菌根的植物与完整的菌根一并移植,很容易成为成功的入侵物种。

根据以上标准可得出以下3个假说:(1)入侵植物常为非菌根植物或兼性共生体。

(2)专性依赖菌根共生体的入侵植物,很可能所需菌根真菌的种类多样,并与当地的真菌形成共生体。

Richardson等[84]已讨论了与此相关的实验工作;通常的入侵植物对传粉者或其他微生物共生者的需求是泛化的,可以与多样化的共生体结合。

Rejmanek[82]也做出了这一预测。

(3)专性依赖特定真菌的入侵植物很可能与其完整共生体一并移植,或传播到了合适的共生者已经存在或提前引入的栖息地。

这一框架以及相应举例证明了共生关系和有机体入侵的基本要点:有机体不依赖于共生关系或为兼性共生者有利于有机体入侵,而有机体依赖于专性共生时将阻碍有机体入侵。

该物种可形成的共生体多样并与当地生物群互利共生时(这种情况下共生可能促进入侵),或物种与原有共生体一并移植,或移植到已有共生体的地区时,可以减小专性共生对入侵过程的影响。

预测引入物种是否会造成生物入侵是重要的思想[30,50,56]。

根据这一框架,共生关系对入侵过程的影响可通过生物的兼性、多样化或可转移的共生关系来预测。

本文接下来利用这一框架探讨以上7个主要方面:(1)入侵植物的菌根状态。

有限的数据表明,如框架所预测的,许多入侵植物不需与菌根真菌共生,或利用多样化策略、在环境情况允许时形成菌根,或与不同种类的菌根真菌形成菌根(例如丛枝菌根和外生菌根)。

为证明这一结论,我们利用NatureServe[72,73]数据库得到了82种在“美国入侵物种影响排名”(I-Rank)中列为“主要”的维管植物列表。

列表中包括82个物种,每个物种的菌根状态根据Wang和Qiu[105]的工作来核对。

不出意外,大多数入侵物种的菌根状态仍是未知的。

只有33个物种的数据可查到,其中15种与丛枝菌根真菌结合,18种为非菌根植物、兼性菌根植物或可与多样化的真菌形成菌根共生体。

为了解更具有入侵性的植物与不具有入侵性的植物在菌根状态上是否有区别,我对74种I-Rank列为“非主要”的外来物种做了同样的分析。

不幸的是其中61种植物在Wang和Qiu[105]的工作中没有相应信息,只有13个物种的数据可查到,其中7种与丛枝菌根真菌结合,其余6种为非菌根的或采用混合策略。

尽管数据表明入侵效果小的植物比入侵效果大的植物更可能为专性菌根植物(45%的高风险入侵植物形成专性菌根,在低风险入侵植物中比例为53%),但没有足够的数据证明这一趋势。

鉴定植物的菌根状态十分简单,由于菌根真菌能够影响植物入侵过程[104],因此收集入侵植物的菌根结合体数据将会成为大有裨益的研究方向。

我们也发现有证据表明本地植物种比外来植物种结合菌根真菌的比例更高。

我们找到加州的外来植物种与加州的本地植物种的列表[40]。

与本地植物相比(图2),加州的归化植物来自常不与菌根真菌结合的科的比例更高[28,74,96,105]。

在美国西部的本地植物群中也有类似情况(J.D. Bever,未出版)。

在已知的同一科中的菌根状态多样化之外[64,105],这一现象也表明较低的菌根真菌依赖是归化植物成功引入的重要因素之一。

然而,这一现象并不适用于英国,与本地植物相比,归化植物来自通常与丛枝菌根真菌共生的科的比例更高[26]。

这一差异表明菌根状态在不同地区对植物入侵起到了不同的作用,这一主题我们将在后续部分讨论。

(2)入侵植物的生长反应。

植物与菌根真菌共生的反应差异很大。

某些情况下植物需要与真菌共生才能生长、繁殖,在离开真菌的条件下不能存活。

根据之前的讨论,这些植物是专性共生的。

例如许多兰科植物离开合适的真菌甚至无法发育到幼苗期;它们的种子很小,没有充足的碳源储备以供自身生长[92]。

许多外生菌根树木在野外也表现为专性依赖于特定的菌根真菌。

尽管外生菌根的树苗在理想的实验室条件下能够不依赖菌根良好生长,但在野外其存活率和长势在合适的真菌存在下得以显著提高[62]。

然而,大多数植物,尤其是形成丛枝菌根的植物是兼性共生的。

它们的确在野外一定会形成菌根共生体,但其生长和繁殖不依赖于菌根。

即便无菌根的接种条件下,植物也能生長。

然而,它们对接种菌根有生长反应[43]。

观察到微小的刺激反应并不罕见,例如加入菌根真菌使植物生物量增加了5-20%。

许多情况下促生长效应更显著,当然也可能产生抑制效应。

相关文档
最新文档