内生真菌感染对宿主和非宿主禾草菌根依赖性的影响

It is known that endophyte infection can improve competitive ability of host grasses such as tall fescue and perennial ryegrass. Endophytic fungi are widely distributed in native grasses. Unlike most agronomic grasses that are infected by a single endophyte species, native grasses usually harbor multiple endophyte species. Studies involving native grasses are relatively scarce and results range from mutualism to antagonism. We suggest that this variation is at least partly resulted from another kind of fungi, mycorrhizal fungi, which is also an important component of the grassland. Achnatherum sibiricum is a perennial, sparse bunch grass and a constant companion species native to the east-central Inner Mongolia Steppe. In the previous study, we found that A. sibiricum is highly infected by endophytes. Particularly, A. sibiricum harbors both asexual Neotyphodium and their Epichloë sexual ancestors, which can be transmitted vertically or horizontally. In this study, A. sibiricum infected by Neotyphodium sibiricum and Epichloë gansuense, separately, are adopted. This research is to study the effect of endophyte infection on the abundance and community composition of mycorrhizal fungi in the host grass, non-host grasses and in the soil. The purpose of this research is to discuss the direct effect of endophyte infection on mycorrhizal responses of the host grass and the indirect effect of endophyte infection on mycorrhizal responses of the non-host grasses. Our object is not only to study the contribution of endophyte in endophyte-grass-mycorrhiza interaction, but also to provide some basic insights into the development and succession of the endophyte associated grassland.

内生真菌增强宿主植物竞争力已在人工禾草中得到证实。内生真菌在天然禾草中也广泛存在，且有比人工禾草中更高的种类多样性，但内生真菌对天然禾草的影响存在明显的不确定性。我们推测：内生真菌-天然禾草的相互作用除与内生真菌的种类有关外，也与草地生态系统中普遍存在的菌根真菌密切相关。羽茅是内蒙古中东部草原常见的伴生种，也是有性和无性型内生真菌的天然宿主，本研究采用感染有性和无性型内生真菌的羽茅为材料，分别从种群和群落水平研究内生真菌对宿主、非宿主植物及其所在生境菌根真菌的分布和多样性影响，通过比较内生真菌对宿主和非宿主菌根依赖性影响的差异探讨内生真菌对宿主植物菌根依赖性的直接影响，以及内生真菌因改变非宿主植物的菌根依赖性而对宿主植物优势度产生的间接影响。本研究不仅有助于阐明内生真菌在决定内生真菌-禾草-菌根真菌3者关系方面所起的关键作用，而且有助于预测内生真菌感染植物所在群落的发展和演替方向。

在草地生态系统中，感染内生真菌的禾草往往同时感染丛枝菌根真菌 (AMF)，二者均依靠宿主植物获取生长所需养分，但目前研究集中在内生真菌或AMF单独感染对宿主植物的影响上。本项目以具高内生真菌感染率的羽茅（Achnatherum sibiricum）和中等感染率的羊草(Leymus chinensis)为内生真菌禾草宿主，探讨内生真菌因改变宿主和非宿主植物的菌根依赖性而对宿主植物优势度产生的影响，四年来我们按照预定计划开展研究，在以下6个方面取得了显著进展：①在自然生境中，内生真菌感染显著提高了宿主植物的AMF侵染率、增加了宿主根际土壤的AMF生物量和AMF多样性；对于非宿主植物，内生真菌只改变了其根际土壤的AMF群落组成。②当内生真菌和AMF同时感染宿主时，内生真菌和AMF之间的相互作用及其对宿主生长的影响皆因AMF种类的不同而不同，从抑制、中性到促进均有出现。宿主地上生物量与内生真菌浓度和AMF浓度均呈正相关关系，只是内生真菌的贡献更大。③内生真菌感染显著增加了宿主羊草的抗旱性，而AMF的接种降低了内生真菌的这一作用，AMF接种通过增强不感染内生真菌（EF）植株的抗旱性和不影响感染内生真菌（EI）植株的抗旱性，从而减少了二者在抗旱性方面的差异。④在对宿主植物生长的影响方面，内生真菌和对宿主有利的AMF之间无交互作用，而与对宿主不利的AMF之间具有交互作用，且与养分有关，即在氮磷供给充足时，内生真菌感染缓解了AMF对宿主生长的不利影响。⑤内生真菌感染显著提高了宿主植物的竞争力，AMF对宿主竞争力的影响依赖于AMF种类，内生真菌和有益AMF对宿主的竞争力起到协同促进作用；对于不利AMF，内生真菌感染降低了其对宿主的不利影响。⑥在不接种AMF时，与EF枯落物相比，添加EI枯落物对大针茅生长不利；在接种有益AMF后， EI与EF枯落物的添加对大针茅生长无显著差异；在接种不利AMF后，与EF枯落物相比，EI枯落物抑制了大针茅的生长，但当EI枯落物化感物质浸出后，其对大针茅的影响与EF枯落物无显著差异，表明EI枯落物对大针茅菌根生长响应的降低与化感作用有关。