长江、黄河源头地区土壤中暗色丝孢菌物种多样性研究

论文摘要

土壤真菌是指以土壤作为活动场所完成全部或部分生活史的真菌,在土壤生态系统中发挥巨大作用,具有丰富的多样性。长江、黄河源头地区地处青藏高原腹地,自然环境极其严酷,主要表现在两个方面:一是高海拔,低气温,干旱;二是低植被,生态效能低。其特殊的地理条件蕴育了极其脆弱而低转化状态的高寒干旱的生态系统,特殊的生态环境蕴育了该地区特殊的土壤真菌物种多样性。本研究是我国土壤暗色丝孢真菌多样性研究的一部分,着重考察长江、黄河源头地区土壤中的暗色丝孢真菌及其生态分布特点,了解该地区土壤真菌种类,进一步丰富我国生物多样性方面的知识,为相关研究和真菌资源开发利用奠定基础。长期以来无性态真菌（Anamorphic Fungi）的分类主要以形态特征为根据,分类的依据主要包括:载孢体的类型（如载孢体菌丝状、孢梗束状、瘤座状、分生孢子器状等）、分生孢子的形态（包括单胞孢子、双胞孢子、多隔孢、砖格孢、线形孢、卷旋孢、星状孢）及分生孢子的形成方式与产孢梗（细胞）的延伸方式（如体生式、芽生式等）。本论文以自己分离到的34属暗色丝孢真菌为实材,在传统形态分类的基础上,进行ITS-rDNA序列分析,以丰富对无性态真菌分类信息的认识,探索此类真菌属、种级形态分类标准的分子依据。同时,对本实验室积累菌株较多的矛束霉属、毛束霉属和粘束孢属等三属真菌的代表性种,进行若干基因片段的分子生物学测定,为属的界定及属下种的划分,在形态分类的基础上寻求新的分子生物学分类标准。笔者等先后于2006-2007两年,从长江、黄河源头地区采集混合土壤样品200份,涉及的生境类型包括:森林、草原、农田、戈壁、沙漠、荒地、湿地、高山草甸等八类。采用稀释平板法、土壤平板法等分离培养,共获得700多个菌株。从中鉴定出暗色丝孢真菌35属,92种。其中,新种17个,新组合1个,中国新纪录种8个。所研究的属、种均作详细形态描述和分布地点、生境引证。对有关属、种级分类地位的变迁、范畴、分类标准等分类问题,主要是相似属、种之间的区别进行了简要讨论。一、暗色丝孢真菌物种多样性新种:球孢矛束霉Doratomyces globosae H.Q. Pan & T.Y. Zhang、到达漆斑霉土壤变种Myrothecium advena var. terrum H.Q. Pan & T.Y. Zhang、青海卷旋孢Cirrenalia qinghaiensis H.Q. Pan & T.Y. Zhang、大孢单格孢Monodictys macrosporum H.Q. Pan & T.Y. Zhang、黄河单格孢Monodictys huangheensis H.Q. Pan & T.Y. Zhang、多变粉枝孢Oidiodendron tshawytschae H.Q. Pan & T.Y. Zhang、矮小侧多格孢Pleurophragmium nanus H.Q. Pan & T.Y. Zhang、多变小鼻枝霉Rhinocladiella variabile H.Q. Pan & T.Y. Zhang、中华齿梗孢Scolecobasidium chinensis H.Q. Pan & T.Y. Zhang、光滑齿梗孢Scolecobasidium laevis H.Q. Pan & T.Y. Zhang、长孢齿梗孢Scolecobasidium longisporum H.Q. Pan & T.Y. Zhang、土生帚霉Scopulariopsis humicola H.Q. Pan & T.Y. Zhang、青霉状帚霉Scopulariopsis penicilli H.Q. Pan & T.Y. Zhang、刺突帚霉Scopulariopsis verruculosum H.Q. Pan & T.Y. Zhang、长孢葡萄穗霉Stachybotrys longisporum H.Q. Pan & T.Y. Zhang、小孢短梗蠕孢Trichocladium microsporium H.Q. Pan & T.Y. Zhang、戈壁维罗纳霉Veronaea gobica H.Q. Pan & T.Y. Zhang、圆孢维罗纳霉Veronaea latispora H.Q. Pan & T.Y. Zhang。未定名种（七个）:枝顶孢属Acremonium sp.、头梗霉属Cephaliophora sp.、枝孢属Cladosporium sp.、帚霉属Scopulariopsis sp.1,Scopulariopsis sp.2、轮枝孢属Verticillium sp.、沃德霉属Wardomyces sp.。中国新纪录种（八个）:花菱草顶孢Acroconidiella eschscholtziae （Harkn.） M.B. Ellis、棉絮状葡萄孢Botrytis byssoidea Walker、膨梗粘鞭霉Gliomastix inflate （C.H. Dickinson） W. Gams,、树状齿梗孢Scolecobasidium dendroides Pirozynski & Hodges、冬眠帚霉Scopulariopsis hibernica A. Mangan、喜粪维罗纳霉Veronaea coprophila （Subram. & Lodha） M.B. Ellis、异形沃德霉Wardomyces anomalus Brooks & Hansf.、土生沃德霉Wardomyces humicola Hennebert & G.L. Barron。其余为国内已知种。所有研究过的分离物标本（干制培养物）与活菌种均保存在山东农业大学植物病理学标本室（HSAUP）。在分类研究的基础上,以物种丰富度、种群优势度、Shannon-Wiener多样性指数、群落均匀度、生态位宽度及生态位重叠指数等为衡量指标,对黄河源头地区土壤中的暗色丝孢真菌物种多样性及其与生态类型间的相互关系进行了初步分析。研究发现,暗色丝孢真菌在不同生态类型中的数量和分布特征差异明显。不同生态类型中的优势物种（属级）不同,物种多样性与植被密切相关。植被丰富的森林、草原生境中,暗色丝孢真菌物种多样性明显高于植被稀疏的戈壁、沙漠。相对于我国土壤暗色丝孢真菌多样性考察研究中对低海拔地区的研究结果,长江、黄河源头地区的土壤暗色丝孢真菌物种数量显著较少,蠕形分生孢子真菌等大孢子无性态真菌种类较少,而小孢子物种相对较多。二、分离方法的改进暗色丝孢真菌人工培养常用的培养基有PDA,PCA,CMA,TWA+W等;培养条件一般为25℃,12h光照/12h黑暗,培养1-3周（培养时间根据不同的属、种产孢及孢子成熟所需时间的长短而定）。笔者根据土壤样品采集地点的高海拔、低气温特点,适当降低了培养温度,把培养温度调整到18℃,并根据每个样品土壤类型,在培养基中适当加入了原产地土壤浸出液,从而大大提高了分离效果。此外,机械损伤、适当的低温刺激等处理,有利于促进暗色丝孢真菌的产孢。三、基于5.8S rDNA-ITS序列的属级分类检索表分析通过5.8S rDNA-ITS序列分析,用Neighboring-joining方法对论文中涉及的32属构建系统发育树。除若干对相似属,如:矛束霉属与毛束霉属、粘鞭霉属与枝顶孢属、侧多格孢属与维罗纳霉属、顶孢属与弯孢属序列相似性为98%-100%外,其余各属均能在较明确遗传距离处完全分开。说明5.8S rDNA-ITS序列分析对土壤暗色丝孢真菌属级分类很有价值。特别是5.8S rDNA-ITS序列能够较好的反映出无性态真菌形态分类中,芽生式产孢这一属级分类标准,而对体生式产孢的特性,则未能明确地反映。全壁芽生式和内壁芽生式在系统发育树中明确划分,产孢方式为全壁芽生式的沃德霉属、矛束霉属、毛束霉属等聚为一支。同时系统发育树也能够很好的区分内壁芽生瓶梗式和内壁芽生孔生式的真菌。但也存在少数例外,产孢方式为全壁芽生和内壁芽生的个别属在聚类系统树中序列相似性较高,需要进一步的实验来求得合理的解释。四、对矛束霉属Doratomyces、毛束霉属Trichurus、粘束孢属Graphium代表性种,进行5.8S rDNA-ITS序列分析和mt-SSU基因序列分析,用Neighboring-joining方法构建聚类系统树的结果表明,粘鞭霉属Graphium能与其他两供试属明确区分,而矛束霉属Doratomyces和毛束霉属Trichurus供试菌株之间的5.8S rDNA-ITS序列相似性及mt-SSU基因序列相似性均达到97%-100%,两个片段序列在矛束霉属Doratomyces和毛束霉属Trichurus中具有高度保守性,不仅不能在属级水平上分开,在形态上差异显著的种间也不能进行区分。这一结果支持将矛束霉属和毛束霉属合并的观点。粘鞭霉属各供试菌株之间,通过5.8S rDNA-ITS序列比对构建系统发育树,可以划分为3个进化支,明确划分出拜迪粘束孢Graphium dubautiae,其他种间的界线不明显。在据mt-SSU基因序列构建的聚类系统树上,Graphium属内8个供试菌株被划分为4个进化支,进化支之间序列相似性仅为63%-94%,而同分支内各菌株之间序列相似性均为100%。分析结果与5.8S rDNA-ITS序列分析结果稍有差异,这可能与5.8S rDNA-ITS序列同mt-SSU基因序列进化速率不一致相关。由于5.8S rDNA-ITS序列和mt-SSU基因序列在三属内的高度保守性,由其构建的系统发育树未能将供试的属、种进行有效区分,预示仅通过这两个基因片段对矛束霉属、毛束霉属和粘束孢属及以下分类单位进行区分是不充分的,需要借助多基因分析手段才能真正明确供试属、种正确的分类地位。

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中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1 土壤真菌的研究概况

1.1 土壤真菌的涵义

1.2 土壤真菌的主要分类群

2 土壤真菌的生物学和生态学

2.1 土壤真菌的生物学

2.2 土壤真菌的生态学

2.2.1 影响土壤真菌的因子

2.2.2 土壤真菌在生态系统中的作用

2.3.3 土壤真菌的演替及消长规律

3 土壤真菌的多样性

3.1 物种的多样性

3.2 生存环境的多样性

4 土壤真菌的研究方法

4.1 分离方法

4.2 培养基

5 土壤真菌的计数方法

5.1 直接计数法

5.2 间接计数法

6 土壤真菌的提取

7 土壤真菌的纯化

8 真菌分类技术在土壤真菌研究中的应用和发展

8.1 传统分类方法

8.2 现代分类技术在土壤真菌研究中的应用

8.2.1 次生代谢产物分析

8.2.2 可溶性蛋白凝胶电泳

8.2.3 分子系统学在真菌分类学中的应用

8.2.4 胞壁组分分析

9 本研究的意义

第二章长江、黄河源头地区土壤中的暗色丝孢真菌物种多样性

1 材料与方法

1.1 材料来源

1.2 培养基

1.3 实验方法

1.3.1 土壤样品的采集

1.3.2 土壤暗色丝孢真菌的分离

1.3.3 土壤暗色丝孢真菌的培养鉴定

2 结果与分析

2.1 束梗孢目（Stilbellales）—分生孢子梗聚生形成孢梗束

2.1.1 矛束霉属

2.1.1.1 柱形矛束霉

2.1.1.2 球孢矛束霉

2.1.1.3 小孢矛束霉

2.1.1.4 第九矛束霉

2.1.1.5 紫棕矛束霉

2.1.1.6 螺旋矛束霉

2.1.1.7 矛束霉

2.1.2 黑棘瓶孢霉属

2.1.2.1 黑棘瓶孢霉

2.1.3 毛束霉属

2.1.3.1 螺旋毛束霉

2.2 瘤座孢目（Tuberculariales）—分生孢子梗着生在分生孢子座上

2.2.1 附球霉属

2.2.1.1 附球霉

2.2.2 漆斑霉属

2.2.2.1 到达漆斑霉

2.2.2.2 到达漆斑霉土壤变种

2.2.2.3 卡米卡里漆斑霉

2.2.2.4 黄绿漆斑霉

2.2.2.5 印度漆斑霉

2.2.2.6 露湿漆斑霉

2.2.2.7 疣孢漆斑霉

2.3 丝孢目（Hyphomycetales）—分生孢子梗散生

2.3.1 枝顶孢属

2.3.1.1 未定名种

2.3.2 顶孢属

2.3.2.1 花菱草顶孢

2.3.3 链格孢属

2.3.3.1 链格孢

2.3.4 节菱孢属

2.3.4.1 芦竹节菱孢

2.3.4.2 褐节菱孢

2.3.5 平脐蠕孢属

2.3.5.1 麦根腐平脐蠕孢

2.3.6 葡萄孢属

2.3.6.1 棉絮状葡萄孢

2.3.7 头梗霉属

2.3.7.1 未定名种1 Cephaliophora sp. 1

2.3.8 金孢属

2.3.8.1 毡状金孢

2.3.9 卷旋孢属

2.3.9.1 青海卷旋孢

2.3.10 枝孢属

2.3.10.1 斑替枝孢

2.3.10.2 枝状枝孢

2.3.10.3 多主枝孢

2.3.10.4 未定名种1

2.3.11 弯孢属

2.3.11.1 棒弯孢

2.3.12 疣瓶孢属

2.3.12.1 疣瓶孢

2.3.13 埃里格孢属

2.3.13.1 黄芪埃里格孢

2.3.14 粘鞭霉属

2.3.14.1 禾谷粘鞭霉

2.3.14.2 膨梗粘鞭霉

2.3.14.3 粘鞭霉

2.3.14.4 粘鞭霉菲林变种

2.3.14.5 芭蕉生粘鞭霉

2.3.15 腐质霉属

2.3.15.1 棕黑腐质霉

2.3.15.2 灰色腐质霉

2.3.16 单格孢属

2.3.16.1 多变单格孢

2.3.16.2 大孢单格孢

2.3.16.3 黄河单格孢

2.3.17 粉枝孢属

2.3.17.1 平截粉枝孢

2.3.17.2 多变粉枝孢

2.3.18 瓶霉属

2.3.18.1 灰色瓶霉

2.3.18.2 帚状瓶霉

2.3.18.3 蜜色瓶霉

2.3.19 侧多格孢属

2.3.19.1 尖侧多格孢

2.3.19.2 矮小侧多格孢

2.3.20 小鼻枝霉属

2.3.20.1 暗黄绿小鼻枝霉

2.3.20.2 多变小鼻枝霉

2.3.21 齿梗孢属

2.3.21.1 中华齿梗孢

2.3.21.2 隘缩齿梗孢

2.3.21.3 树状齿梗孢

2.3.21.4 腐殖齿梗孢

2.3.21.5 光滑齿梗孢

2.3.21.6 长孢齿梗孢

2.3.21.7 多变齿梗孢

2.3.21.8 刺突齿梗孢

2.3.22 帚霉属

2.3.22.1 布鲁姆帚霉

2.3.22.2 冬眠帚霉

2.3.22.3 土生帚霉

2.3.22.4 青霉状帚霉

2.3.22.5 刺突帚霉

2.3.22.6 未定名种1

2.3.22.7 未定名种2

2.3.23 节格孢属

2.3.23.1 节格孢

2.3.24 葡萄穗霉属

2.3.24.1 稍短葡萄穗霉

2.3.24.2 葡萄穗霉

2.3.24.3 柱孢葡萄穗霉

2.3.24.4 二色葡萄穗霉

2.3.24.5 长孢葡萄穗霉

2.3.24.6 小孢葡萄穗霉

2.3.24.7 云南葡萄穗霉

2.3.25 色串孢属

2.3.25.1 色串孢

2.3.26 短梗蠕孢属

2.3.26.1 小孢短梗蠕孢

2.3.26.2 暗色短梗蠕孢

2.3.27 细基格孢属

2.3.27.1 黑细基格孢

2.3.27.2 细基格孢

2.3.27.3 瘤突细基格孢

2.3.28 维罗纳霉属

2.3.28.1 细尖维罗纳霉

2.3.28.2 嗜粪维罗纳霉

2.3.28.3 戈壁维罗纳霉

2.3.28.4 圆孢维罗纳霉

2.3.28.5 芭蕉维罗纳霉

2.3.29 轮枝孢属

2.3.29.1 未定名种1 Verticillium sp. 1

2.3.30 沃德霉属

2.3.30.1 沃德霉

2.3.30.2 膨梗沃德霉

2.3.30.3 土生沃德霉

2.3.30.4 未定名种1 Wardomyces sp. 1 图92

3 黄河源头地区土壤暗色丝孢菌群落多样性及生态位分析

3.1 材料与方法

3.1.1 研究地概况

3.1.2 土壤样品选择及数量统计

3.1.3 数据分析

3.2 结果与分析

3.2.1 物种组成及优势度分析

3.2.2 群落多样性分析

3.2.3 生态位宽度分析

3.2.4 生态位重叠分析

4 总结和讨论

4.1 总结

4.2 讨论

第三章基于ITS 序列的属级检索表分析

1 材料与方法

1.1 供试菌株

1.2 菌体培养

1.3 DNA 的提取

1.4 PCR 扩增

1.5 PCR 产物检测

1.6 PCR 产物回收

1.7 连接转化

1.8 序列测定

2 结果与分析

2.1 PCR 扩增结果

2.2 各属基于ITS 序列的分类检索表分析

3 讨论

第四章矛束霉属、毛束霉属、粘束孢属代表性种分子系统学研究

1 材料与方法

1.1 供试菌株

1.2 菌体培养

1.3 DNA 的提取

1.4 PCR 扩增

1.5 PCR 产物检测

1.6 PCR 产物回收

1.7 连接转化

1.8 序列测定

2 结果与分析

2.1 PCR 扩增结果

2.2 矛束霉属、毛束霉属、粘束孢属代表性菌株的系统发育分析

3 讨论

全文总结

参考文献

致谢

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