西北草原紫花针茅（Stipa purpurea）内生真菌的菌群结构及生态功能研究

Stipa purpurea, as a dominant species of alpine meadows, is one of the main high quality forages in northwest grasslands of China. Stipa purpurea has higher levels of nutrients, and with strong resistance to cold and drought. The endophytic fungal community of Stipa purpurea played an important role in their adaption the cold alpine and barren environment. In this project, we attempt to outline the species composition and phylogenetic relationship of fungal endophytes associations on a morphological, physiological and molecular level with traditional culture-dependent and culture-independent method of high-throughput sequencing. The community structure and species diversity of endophytic fungi associated with Stipa purpurea will be explored in macroecology level by using diversity parameter estimation and bioinformatics software analyses. Then, with the methods of biological activity tests and living inoculation, we attempt to determine the potential ecological functions of endophytes in physiological and biochemical levels. The species composition, diversity, potential ecological functions and interaction with the host of endophytes associated with Stipa purpurea will be explored by systematically studying the endophytic fungal community. The implementation of this project would be significant to the exploitation and protection measures of the beneficial microbial resource, and also provide a theoretical basis for the conservation and reasonable development and utilization of these natural grasslands.

紫花针茅（Stipa purpurea）作为高寒草原的优势物种，营养成分含量较高，具有耐寒耐旱的特性，是西北草原的主要优良牧草。紫花针茅内生真菌对紫花针茅适应高寒贫瘠环境具有非常重要的作用。本项目以紫花针茅为研究对象，采用分离培养法结合高通量测序的分子方法，从形态和分子水平研究紫花针茅根部和叶片组织内生真菌种群组成和重要类群系统发育关系；通过多样性参数估算、生物信息学软件分析，从宏观生态学水平探明紫花针茅内生真菌的群落结构和多样性；用活性测试和活体接种等方法，从生理生化水平揭示部分内生真菌菌株的潜在生态功能。通过对紫花针茅内生真菌的系统研究，探明紫花针茅内生真菌的种群组成、多样性、潜在的生态功能及与宿主的相互作用，为以紫花针茅为优势牧草的草原保育和合理开发利用提供科学依据，对于有益微生物资源的利用、开发及保护具有重要意义。

紫花针茅（Stipa purpurea）作为高寒草原的优势物种，营养成分含量较高，具有耐寒耐旱的特性，是西北草原的主要优良牧草。紫花针茅内生真菌对紫花针茅适应高寒贫瘠环境具有非常重要的作用。本项目从甘肃、青海和西藏三个地区采集紫花针茅样品进行研究。首先，检测了紫花针茅根际土壤理化性质和土壤酶活性，三个采样地的根际土壤呈中性偏碱，土壤的营养现随海拔的升高而降低，甘肃采样地营养元素含量最高，西藏的最低。土壤多酚氧化酶、过氧化物酶和脱氢酶随海拔上升而下降，土壤磷酸酶和脲酶的活性随海拔升高呈现先升高后降低的变化，蔗糖酶呈现先下降后升高的海拔变化。其次，采用分离培养法，从根际土壤、根部和叶片组织中，共分离得到463株真菌，根部分离到的真菌株数最多，叶部最少。可培养真菌随采样地的变化为：西藏﹥甘肃﹥青海。同时，采用高通量测序法从宏观角度研究紫花针茅真菌多样性，发现西藏分布的紫花针茅真菌多样性和丰富度相对偏低，甘肃的最高。其中，甘肃紫花针茅根际土壤真菌多样性最丰富，而西藏的叶部多样性最低，Shannon指数分别为4.91和1.57。进一步的NMDS分析发现：虽然采样地区不同，但是同一部位的紫花针茅真菌群落结构相似，根部和叶部样品分布相对分散，表明不同采样地内生真菌群落组成存在差异；而根际土壤样品分布集中，表明根际土壤真菌群落结构受采样地区的影响较小。再次，采用功能基因检测方法，明确了紫花针茅根际和体内真菌中具备PKS、NRPS、ACC脱氨酶功能基因的菌株，在此基础上，通过生理生化方法，筛选出具备产生IAA、解磷、产铁载体、以及拮抗5种植物病原菌的功能真菌，揭示了根际和体内真菌的潜在生态功能。最后，在建立紫花针茅愈伤组织和再生植株培养体系的基础上，构建了植物-微生物共培养模式，筛选出了对紫花针茅生长具有促进作用的真菌菌株。本项目的顺利实施，为以紫花针茅为优势牧草的草原保育和合理开发利用提供科学依据，对于有益微生物资源的利用、开发及保护具有重要意义。