钾矿区优势类群蕨类植物内生真菌多样性及其功能活性研究

It is widely attracted using plants-microorganisms to enhance plant growth in environmental stress of mines, and to improve biological restoration efficiency. Plant endophytic fungi, a special kind of microorganisms mutualistically symbiosed with host plants, and its significance to host plants has became a hot issue. We are to select the dominant plants, ferns, in the potassium mine of Poyang lake basin, to adopt the classic isolation and cultivation and non-cultivated PCR-DGGE methods, to isolate, purify and identify the endophytic fungi, and to systematically analyze the community composition, species biodiversity and ecological distribution of the endophytic fungi. Potassium feldspar will be selected as the only potassium source, using fermented cultivation and chemical determination to study the functional activity of the dominant ferns in potassium mines on potassium-dissolution and decilication, and to screen fungal strains with great functional activity, and to ascertain the species variety and distribution characteristics of the endophytic fungi with potassium-dissolved and desilicated activity. Fungal inoculation and pot plantation experiment will be adopted to investigate the growth-promoting effects of edopyhtic fungi on host ferns, and to dicover the growth adaptation mechnisms of host plants enhanced by the endophytic fungi in the potassium mines. The study will enrich germplasm resources of plant endophytic fungi, also will offer theoretical bases for deeply investigating the mechnisms of endophytic fungi on mineral nutrition and stress physiology.

利用植物-微生物强化植物在矿区逆境中生长，提高矿区生物修复效率近年来倍受关注，而植物内生真菌作为一类与宿主植物形成互惠共生体的特殊微生物资源及对宿主作用是一个新的研究热点。本项目拟以鄱阳湖流域钾矿区优势类群蕨类植物为研究对象，采用经典的分离培养方法和非培养的PCR－DGGE方法，进行植物内生真菌的分离、纯化和鉴定，系统分析钾矿区蕨类植物内生真菌的群落组成、物种多样性及生态分布规律；以钾长石为唯一钾源，采用发酵培养和化学测定方法，研究钾矿区优势蕨类植物内生真菌解钾、脱硅的功能活性，筛选出功能活性较强的菌株，探明具有解钾、脱硅活性内生真菌的种类及分布特征；采用回接技术和盆栽试验，研究分析内生真菌对宿主促生作用的功能活性，最终揭示植物内生真菌强化宿主植物在钾矿区生长适应机制。研究结果不仅可丰富植物内生真菌种质资源，而且为深入探究内生真菌在植物矿质营养与逆境生理中的作用机理提供理论依据。

本项目采用经典的分离培养方法和分子生物学的方法，系统分析钾矿区蕨类植物内生真菌的群落组成、物种多样性及生态分布规律。1. 从同一钾矿区7种蕨类植物中共分离获得377 株内生真菌，隶属于隶属于Alternaria、Aspergillus、Cladosporium 和Verticillium等25 个分类单元，，同一个钾矿区不同蕨类植物内生真菌菌群之间存在明显差异；同一个钾矿区不同蕨类植物内生真菌菌群之间的相似性程度较低，相似性系数在0.189-0.587 之间；2.对不同钾矿区（龙南安基山、南京小龙山、黎川龙安）的海金沙内生真菌的物种多样性、群落组成以及生态分布规律进行分析，统计表明共分离获得477株内生真菌，鉴定为Alternaria、Colletotrichum、Fusarium、Peniccillium等75个分类单元，探明了不同钾矿区蕨类植物内生真菌定殖和物种丰度存在差异，各矿区内生真菌菌群之间的相似性低，形成内生真菌分布差异性与不同地理位置、气候因素、土壤理化性质和宿主植物组织的生理状况以及化学组成变化等密切相关。3.从分离获得的菌株中进行溶磷、解钾脱硅和产IAA等功能活性菌株筛选，筛选出70株高效溶磷活性菌株、43株解钾、脱硅活性的菌株、26株产IAA的菌株、7株兼有溶磷、解钾脱硅和产IAA等功能活性菌株；通过SEM与XRD观察真菌菌株浸出前后矿样的表面微观形态及矿物结构发生较大的变化。4.采用回接及盆栽试验研究具有高效溶磷、解钾脱硅和产IAA等功能活性菌株对植物的促生作用，通过测定形态学和生理指标发现，与对照相比内生真菌菌株都能不同程度地提高植物的株高、干质量、根冠比以及叶绿素含量；植物的叶片的气孔导度、蒸腾速率、细胞间CO2含量和光合作用效率均显著高于对照组，差异达到极显著水平（P<0.01）；同时测定植物茎叶的钾、磷含量，被菌株侵染植株的茎叶的磷、钾含量均显著高于对照，从而探明植物内生真菌对植物具有促生作用的功能活性，并能提高植物对营养元素的吸收，为深入探究内生真菌在植物矿质营养与逆境生理中的作用机理提供理论依据。