新疆地区微生物资源doc.docx

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新疆地区微生物资源

摘要：

本文概述了新疆微生物资源研究现状，同时指出了新疆菌根资源研究目前存在的问题，新疆生态环境复杂多样，开展VA菌根真菌多样性研究具有独特的优势，尤其是菌根真菌种类、生态分布和菌根真菌与植被恢复重建的关系等研究，将对新疆农林业的可持续发展具有重要的意义。

同时，针对新疆的地理、生态环境和植被等特点，未来的菌根研究应着重向以下几个方向发展：

VA菌根真菌资源的收集和保藏工作；极端环境中VA菌根真菌多样性的研究，这些环境中的VA菌根真菌很可能具有独特的生物学特性，有较高的应用价值；利用分子生物学技术，在分子水平上研究VA菌根真菌的生物多样性，尤其是遗传多样性。

结合其它的生物技术，研究VA菌根真菌的功能多样性，尤其是脆弱生态系统生物修复中的作用。

关键词：

微生物；研究现状；新疆

前言

菌根是真菌与植物根系共生形成的一种联合体。

真菌从植物体内获取必需的碳水化合物及其他营养元素,而植物从真菌菌体得到所需要的营养及水分等,从而形成一种共生体。

泡囊-丛枝菌根（Vesicular-Arbuscularmycorrhiza，VA）真菌在自然界分布最广。

VA菌根是一种生态适应性强、具有广泛侵染性的内生菌根，可发生在各种生态环境中。

目前已知世界上大约90%以上的有花植物以及苔藓、蕨类等植物都能形成VA菌根真菌，与植物在进化过程中形成复杂而密切的互惠共生关系，它不仅能够促进宿主对土壤中矿质元素的吸收和利用[1-6]，促进植物生长，调节宿主体内代谢活动，增强植物的抗旱、抗盐碱、抗极端温度、pH值、抗重金属毒害的能力，增强植物在逆境中的生存能力，而且对植物的地理分布、生态系统中植物的组成和演替以及被破坏生态系统的恢复重建都有十分重要的作用[7-9]。

新疆有着面积巨大的沙漠、戈壁和荒漠，分布着为数众多的植被种类，受地中海暖湿气流的影响，域内气候温和，降水量充沛，植被丰茂，景观多样，生态系统类型独特，物种与遗传资源丰富，使之成为中亚山地生物多样性最富集的地区之一，也是中国生物多样性的关键地区，以其独特而鲜明的生物多样性特点和跨国界分布的特殊性而被国际广泛关注，开发和利用这些植被的菌根真菌资源，对于在这些地区进行植被重建和恢复有着巨大的意义。

由于新疆特殊的地理位置和“三山夹两盆”的特殊地貌,形成了新疆特有的干旱、高温、盐碱、低温等丰富多样的自然生态环境,适应于这些自然生态环境,微生物在长期的进化过程中形成了丰富多样的微生物类群,具有巨大的研究和开发价值。

但截至目前为止，在新疆所发现的菌根真菌，都是在食用菌资源调查研究的过程中发现的，是新疆食用菌的一部分，它们既可以形成食用的子实体，又可以与宿主植物形成外生菌根，现已发现的这类菌根真菌至少27种,比较有代表性的如松乳菇、多汁乳菇、花盖红菇、大白菇等，全部为森林菌根真菌。

1新疆的微生物资源

1.1新疆的菌根真菌资源

新疆菌根真菌资源主要分布在新疆北部的昌吉、阿勒泰、伊宁、库尔勒、乌鲁木齐五个地区；菌根是一些真菌与植物根以互惠关系建立起来的共生体,可分为两大类,即外生菌根和内生菌根。

外生菌根主要见于森林树木,内生菌根主要见于草、林木和各种作物中。

陆地上97%以上的绿色植物具有菌根,而且菌根真菌与其寄主之间存在种属专一性,即使没有专一性的VA菌根真菌在与不同寄主共生时也存在较为明显的亲和力差异[20]。

目前的研究认为,菌根共生体的形成增强了双方对环境的适应能力,使它们能够占据原来不能占据的生境（生态位）,真菌为植物体的生长提供矿质和水,植物为真菌的生长提供有机营养。

菌根的形成还与植物抗逆性的建立密切相关,这些抗逆性包括对干旱、盐碱、高温、低温、病害、瘠薄等的抗性[20-23]。

据美国科学家研究证实[22],根的形成对沙漠植物的生存具有至关重要的意义,未形成菌根的沙漠植物在沙漠中很难长期存活。

菌根的形成使得沙漠植物能够在极度贫瘠和干旱的沙漠中生存。

在不远的将来,人类有可能通过菌根技术使得沙漠和戈壁变成绿洲。

新疆有着面积巨大的沙漠、戈壁和荒漠,分布着为数众多的植被种类,开发和利用这些植被的菌根真菌资源,对于在这些地区进行植被重建和恢复有着巨大的意义。

但截止目前,在新疆所发现的菌根真菌,都是在食用蕈菌资源调查研究的过程中发现的,是新疆食用蕈菌资源的一部分,它们既可以形成可食用的子实体,又可以与寄主植物形成外生菌根,现已发现的这类菌根真菌至少27种,比较有代表性的如松乳菇、多汁乳菇、花盖红菇、大白菇等,全部为森林菌根,生态环境优越[1],但对它们作为菌根真菌的系统研究尚未见有报道。

另外,新疆农科院核生所的冯固等较为系统地研究了人工接种的VA菌根真菌对新疆棉花、玉米等作物的矿质吸收和耐盐性的影响,虽然他们所用的菌根真菌并非新疆土著真菌,但对了解新疆菌根真菌可能的潜在作用仍具有一定的参考价值[20-24]。

1.2新疆大型真菌资源

大型真菌,即俗称的蘑菇,术语上称之为蕈菌,其突出特点是具有颜色各异、形态多样的子实体。

许多蕈菌的子实体营养丰富,味道鲜美,是传统的美味食品,谓之“山珍”,而更为重要的是许多蕈菌中所含的多糖类物质及其它一些生物活性物质已被证实可抑制肿瘤细胞的恶性增生,作为佐剂可增强人体的免疫功能,提高抗病能力,这方面比较典型的如原产新疆青河、木垒等地的阿魏菇和原产阿勒泰地区的灵芝,已有相应的保健产品上市[2-3]。

此外非食用蕈菌资源的研究和利用也日益受到重视,它们当中有很多具有潜在的药用价值。

蕈菌一般生长在含有机质丰富的草原、森林土壤或树干上,新疆有着广阔的草原和大片森林,蕈菌资源十分丰富,目前已分离鉴定328个种,隶属于41科,85属,分属于担子菌和子囊菌两个大类,其中担子菌种类占优势。

按生态习性可将它们大致分为4类,即土生菌、粪生菌、木生菌和菌根菌。

上述328种蕈菌中,食用的195种,药用的97种,食药两用菌47种,其中圆孢蘑菇、阿魏菇、红褐蜜环菌、双色杯伞、银白口蘑等为新疆地区所特有[4-7]。

1.3新疆豆科植物根瘤菌资源

根瘤菌和豆科植物的共生固氮作用是自然界最重要的生物固氮形式之一。

生物固氮把大气中不能被植物利用的氮转变成可被植物吸收利用的氮,对于增加土壤肥力,减少化肥施用,节约能源和推动环保有重要意义。

由于根瘤菌与其寄主之间存在一定的种属专一性,因而弄清楚新疆不同豆科植物的根瘤菌种类及结瘤固氮特性对于合理开发和利用根瘤菌资源具有重大意义。

在新疆科技人员的努力下,这方面的研究工作已取得了重要进展。

①从新疆不同生态条件下生长的31属109种豆科植物根瘤中分离获得373株根瘤菌,其中88株是从以前未曾报道过结瘤情况的39种豆科植物根瘤中分离获得的。

它们与豆科寄主植物共生结瘤,95%以上为有效根瘤。

不同植物的根瘤固氮活性差异较大,黄芪属根瘤具有很高的固氮活性,其最大值可达当地同等条件下大豆根瘤固氮活性的42倍。

20属37种豆科植物根瘤中97%有吸氢活性。

根瘤固氮活性、吸氢活性均与寄主植物生长发育期有相关性[8]。

②研究发现新疆干旱地区土著根瘤菌对盐碱、酸性、高温、低温等不良环境具有很强的抗性。

研究发现[9-10],47%的菌株可以在含0.68moL/LNaCl的YMA培养基上生长,32%的菌株可以在含0.86～1.03moL/LNaCl的YMA培养基上生长;49%的菌株可以在pH为4的YMA培养基上生长,85%的菌株可以在pH为10的YMA培养基上生长;43%的菌株可以在43℃条件下生长,55%的菌株在60℃处理10min后仍然能正常生长。

③新疆土著根瘤菌除具备一般根瘤菌鉴定特征外,还具有一些特殊的生理生化反应。

如在上述供试菌株中,41%的菌株能耐500Iu的链霉素,26%的菌株能耐1000Iu的链霉素;50%的菌株可利用柠檬酸盐;68%的菌株可液化明胶;36%的菌株可水解酪蛋白。

④已研究开发了新疆根瘤菌资源的应用技术,生产开发了多种类型的根瘤菌菌肥和种子包衣剂,产生了一定的经济和社会效益[11]。

1.4新疆陆生固氮蓝藻资源

蓝藻,又称蓝细菌,属原核生物,是细菌家族的成员,因其具有与植物相似的光合系统,因而又被称为蓝藻。

蓝藻在自然界中的分布极广,河流、湖泊、海水等水域中较为常见,多数能固氮。

固氮蓝藻是地球上年固氮量仅次于根瘤菌的固氮生物。

蓝藻对恶劣环境表现出极强的适应性,在各种逆境中能够生存与发展,由于它们能同时进行光合作用和固氮作用,因而在地球生态脆弱带的物质与能量循环中扮演着极为重要的角色。

新疆陆生蓝藻资源种类和数量都较丰富,从沙丘、半戈壁、荒漠、山丘至草原、森林以至冰川附近的石砾土上均有各种蓝藻生存。

目前已经研究的陆生固氮蓝藻主要有五种[12-13],即普通念珠藻（Nostoccommune）、发状念珠藻（Nostocflagelliforme）、具鞘微鞘藻（Nicrocoleusvaginatus）、眼点伪枝藻（Scytonemaocellatum）和密味裂须藻（Schizothrixmellea）。

根据土壤类型、降雨量、气温及植被类型等划分成五个陆生固氮蓝藻分布生态区:

蒿类荒漠区;固定、半固定垅状沙丘区;草原带区;高山、亚高山草甸草原区;针叶森林带区。

固氮蓝藻的光合作用和固氮作用,能有效增加土壤有机质和氮化物数量,促进土壤微生物的生长和土壤酶活性的增加,降低土壤含盐量,提高土壤保水能力[13-14]。

1.5新疆的地衣资源

地衣是由真菌和某些藻类（蓝藻和绿藻）共生形成的一类特殊的生物。

地衣体中的真菌和藻类是一种互惠共生的关系。

真菌包围藻类细胞,并决定地衣体的形态,它们从外界环境中吸取水分和无机盐,供给藻类;而藻类进行光合作用,为真菌提供有机营养。

地衣体中真菌约占90%左右。

地衣分布很广,在裸露的岩石表面、树皮、地表均有生长,在高山带、冻土带以及南极和北极也有大量分布。

地衣为自然界中的“先锋生物”或称“拓荒者”,可加速岩石风化和土壤形成,一些地衣种类还可固氮,这些都为苔藓及其它植物的生存打下初步的基础。

除此之外,地衣还具有广泛的利用价值。

新疆地域辽阔,自然生态环境多种多样,地衣资源十分丰富,其中许多种类在医药、生物试剂、香料、食品及饮料工业等领域具有重要的潜在利用价值。

新疆地衣资源研究成果丰富,主要成果概述如下:

①采集标本6000多个,采集地点40个,包括阿尔泰山、天山、昆仑山等山脉,经过处理鉴定初步定名地衣种类269种,265种隶属于8目,30科,85属;另外半知菌类4属,4种[15]。

②哈纳斯国家级自然保护区拥有地衣103种,隶属于20科,40属,其中大型地衣61种,2个亚种,6变型,隶属于14科,28属,其中1属为半知地衣,5种为中国新记录,23种为新疆新分布。

该地区地衣物种形成了6种群落,地衣对基物形成专一性,其基物包括树皮、藓丛、藓土、草地、石面、地面、土层、石浮土等[16-17]。

③托木尔峰国家级自然保护区拥有地衣120种,隶属于21科,49属,其中有11个变种和4个变型本地区地衣物种随着海拔的升高而表现出明显的垂直分布层次,山体南坡和北坡也有明显的差异[18-19]。

1.6新疆非豆科植物共生固氮菌资源

由于与人类关系密切的经济植物绝大多数都是非豆科植物,因而非豆科植物的共生固氮研究具有特别重要的意义。

能够与非豆科植物形成共生固氮关系的微生物主要是放线菌目中的弗兰克氏菌。

弗兰克氏菌可与非豆科植物形成放线菌根瘤,结瘤植物多为木本双子叶植物,如新疆的沙棘等,固氮作用由根瘤来完成。

与豆科植物根瘤菌一样,弗兰克氏菌与其寄主之间也存在一定的种属专一性。

目前,新疆非豆科植物共生固氮的研究还是一片空白,大量基础性工作有待众多学者研究。

当前亟需开展的研究工作包括:

①新疆非豆科植物共生固氮植物种类调查;②新疆非豆科植物共生固氮菌的分离、纯化与鉴定;③新疆非豆科植物共生固氮菌的结瘤固氮特性研究;④非豆科植物共生固氮菌应