文章信息
- 徐焰平, 黄薇, 王国红, 杨民和.
- Xu Yanping, Huang Wei, Wang Guohong, Yang Minhe
- 芒果球座菌在茶园的分布、传播和自然循环
- Distribution and Transmission of Endophytic Guignardia mangiferae Isolated from Tea Plant, Camellia sinensis
- 林业科学, 2009, 45(4): 65-71.
- Scientia Silvae Sinicae, 2009, 45(4): 65-71.
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文章历史
- 收稿日期:2008-06-28
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作者相关文章
内生真菌(endophyte, endophytic fungi)是指在其生活史中的某一段时期生活在健康植物组织内,对植物组织没有引起明显病害症状的真菌(Petrini,1991)。根据在自然条件下传播方式的不同,一般将植物内生真菌分为2类:一类是垂直传播的内生真菌,通过植物的种子传播,不产生孢子,以菌丝形态存在于植物组织内,对植物产生系统性感染,如牧草和草坪草的内生真菌(Clay,1988);另一类为水平传播的内生真菌,通过孢子传播,侵染源来自于植物生长季节空气中的孢子,对植物产生局部性感染,如大多数木本植物的内生真菌(Petrini,1991)。内生真菌不仅具有丰富的物种多样性,而且因其对植物病虫害的生防潜力、对农作物生产和生物制药的潜在贡献而受到广泛的关注(Arnold et al., 2003a)。由于植物内生真菌的隐蔽性,除对个别植物内生真菌的生活史了解相对较多外(Herre et al., 2007; Slippers et al., 2007),目前对大多数木本植物内生真菌的侵染源、季节循环和传播方式尚不清楚。
茶树(Camellia sinensis)是热带和亚热带地区广泛栽培的经济植物,健康茶树组织中内生真菌分布普遍,除花瓣外,在茶树不同组织中均能不同程度地分离到,特别是在叶片和枝条中,生活着丰富的内生真菌(谢丽华等,2006;Agusta et al., 2006; 卢东升等,2007;戴清良等,2008)。在福建茶区,茶树叶片组织中占优势的内生真菌属于球座菌属(Guignardia)、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)、炭疽菌属(Colletotrichum)的真菌(谢丽华等,2006;陈晖奇等,2006),与豫南茶区(卢东升等,2007)和印度尼西亚西爪哇茶区(Agusta et al., 2006)茶树中优势内生真菌的种群存在明显的差异。茶树内生真菌的分布受茶树品种、叶片生育期和茶叶化学成分的影响,随着叶片的成熟,内生真菌的数量逐渐增多(谢丽华等,2006)。根据形态学特征与分子生物学手段相结合,笔者将生活于茶树组织内的一种优势球座菌鉴定为芒果球座菌(Guignardia mangiferae)。该菌是热带和温带地区木本植物组织中常见的植物内生真菌,在多种植物中普遍分布(Meyer et al., 2001; Rodrigues et al., 2004; Rakotoniriana et al., 2008)。除少数情况外,芒果球座菌一般不引起植物的病害,但和球座菌属的其他病原菌如柑桔黑斑病菌(Guignardia citricarpa)混合发生,它们在菌落形态和生物学等许多方面非常相似,给病害鉴定和植物检疫造成困难(Meyer et al., 2001)。在我国茶树栽培区,茶云纹叶枯病是茶树的常发性病害,其致病菌为山茶球座菌(Guignardia camelliae)(陈雪芬,1996)。芒果球座菌是发生于福建、江西和浙江茶区茶树叶片中的优势内生真菌(谢丽华等,2006;陈晖奇等,2006)。茶树和柑桔(Citrus)均为我国的重要经常树种,栽培区域相近,探明芒果球座菌的发生、分布及与茶云纹叶枯病菌、柑桔黑斑病菌等病原菌的关系,对病害诊断、病原菌鉴定和病害防治,均有重要的指导作用。
本文报道芒果球座菌在茶树不同品种、不同组织和不同季节等分离的情况,了解其在茶园生态系统中的分布特征和变化规律;并通过对茶树种子、实生苗、扦插苗、枯枝落叶中芒果球座菌的分离及茶树生长季节空气中孢子的分析,探究芒果球座菌的季节循环和传播方式。
1 材料与方法 1.1 试验材料用于芒果球座菌分离的山茶属植物包括茶树、油茶(Camellia oleifera)和山茶(C. japonica)。用于不同品种茶树叶片中芒果球座菌调查的茶树品种有铁观音、毛蟹、肉桂、福鼎大白茶和黄棪等。茶树种子购自福建省农业科学院茶叶研究所安溪分所(福建省安溪县),品种为铁观音。茶树实生苗采自福建农林大学园艺学院实验茶园(福州金山),或由本实验室培育铁观音种子发芽而来;茶树扦插苗品种为铁观音。
茶树叶片分成幼叶(芽下面的第1和第2个叶片,尚未完全展开)、成熟叶(当年新生并已生理成熟的叶片,已完全展开,叶色嫩绿,角质化不明显)、老叶(前一季节长出的叶片,叶色暗绿,角质化明显)、黄化叶(已黄化,但挂在树枝上尚未脱落的茶树叶片)、落叶(脱落至地面、已转为褐色的叶片)和枯叶(已开始腐烂、枯白色叶片)。除有具体说明外,其他茶树材料的品种均为铁观音。
油茶叶片和茶树扦插苗于2005年6—9月采自福建省安溪县官桥镇草坂村茶园,山茶叶片采自福建师范大学仓山校区校园内。其他研究材料均采自福建农林大学园艺学院实验茶园。
1.2 试验方法 1.2.1 内生真菌的分离样品采集后,在24 h内用于内生真菌的分离。挑选表面光滑健康的茶叶样品经清水洗干净后,用解剖剪剪成大小为5 mm×5 mm方形组织块,用75%酒精漂洗1 min之后用3%次氯酸钠(活性氯)溶液浸泡3~5 min(幼叶、成熟叶、老叶分别浸泡3,4,5 min),再用无菌水冲洗3~4次,晾干后将组织块移接到添加链霉素(50 mg·L-1)的PDA固体培养基,置于28 ℃温箱培养4~15天(谢丽华等,2006;陈晖奇等,2006)。
1.2.2 内生球座菌在不同山茶属植物叶片中的分布选择茶树、油茶和山茶3种不同的山茶属植物。在茶园(品种为铁观音)选择种植面积约为100 m×100 m的范围作为取样点;油茶种植面积约为250 m×90 m;山茶为校园绿化植物,沿林荫道分布,约250 m;茶树和油茶按4角加中心点共5点取样,山茶花按每隔50 m为一取样点,共5点取样。每一取样点选2株植物,随机取10片成熟叶片,共50片叶片。叶片采回实验室后用于内生真菌的分离,分离方法同上。
1.2.3 内生球座菌在不同茶树品种分布的差异选择毛蟹、肉桂、福鼎大白茶、铁观音和黄棪等5个茶树品种,分别于2007年5月9日、8月8日、10月6日和2008年1月23日等4次取样,用于内生球座菌的分离。叶片的取样、内生真菌分离方法同上。取以上4次分离率的平均值,分析内生球座菌在不同茶树品种中的分布情况。
1.2.4 内生球座菌在茶树不同组织中的分布分别采集铁观音的芽、叶、枝条、主茎、根、花、花托、种子、种托和种皮等组织(表 1)。用无菌解剖刀将叶片和花分别切成约5 mm×5 mm大小的组织块;芽、枝条、根分别切成约5 mm长度的组织块;每个花托、种托和种皮切成两半;组织表面消毒处理及内生真菌分离方法同上。
从每一取样点随机取铁观音叶芽、幼叶、成熟叶、老叶各10片, 每处理各50个叶片, 从每一叶片中随机切取4个约5 mm×5 mm大小的组织块, 叶芽则视大小不同, 分别切成约5 mm长度的组织块, 表面消毒和分离方法同前, 放入培养基中恒温培养, 统计分离结果。
1.2.6 内生球座菌在茶园中分布的季节变化在茶树品种铁观音中,于2005年4月至2006年4月,每月下旬采用5点取样,按1.2.2的方法进行取样,内生真菌的分离方法同前所述。计算芒果球座菌的分离率,取每月幼叶、成熟叶和老叶中分离率的平均值,分析芒果球座菌分布的季节变化规律。
1.2.7 落叶中内生球座菌的检测采集铁观音黄化叶、落叶和枯叶,每一类叶片各30片,分装于干净的网袋中,带回实验室后清水冲洗干净,自然晾干,经表面消毒后按方法1.2.1进行内生真菌的分离。
1.2.8 茶园空气中真菌孢子捕捉分别在2006年3月28日、4月16日和2008年4月5日,选择晴朗有微风的天气,将添加链霉素的PDA固体培养基平板分成2部分,其中3皿放在茶树树冠之上,另3皿放在树下离地面10 cm处,打开皿盖以让空气中的孢子进入培养皿,放置30 min后盖上皿盖、封口,培养皿置于28 ℃温箱培养4~15天,观察真菌生长情况。将所获得的真菌按其在PDA上生长形态,取菌落边沿菌丝进一步纯化后,保存和鉴定。
1.2.9 种子、实生苗和扦插苗中内生球座菌的分离从茶树植株上,收集成熟种子1 kg,从中随机取种子50粒。将铁观音种子分为果壳和种胚。果壳切成5 mm×5 mm×1 mm小片,按1.2.1的方法进行表面消毒后, 将果壳和种胚分别移接到PDA固体培养基上,置于28 ℃温箱培养4~15天。
扦插苗在刚扦插时、扦插后40天和扦插后100天各取样一次,每次随机取样各50株。取样时注意选择生长一致的扦插苗,以使苗龄大致相当。扦插苗采回后,样品用自来水冲洗干净,晾干后将扦插苗分成叶片和茎杆2部分。将茎由顶端往下切成1 cm左右的小段,不同扦插苗的相同位置的小段放在一起。叶子也从芽开始,由上往下排序,分为第1叶、第2叶等等。样品表面消毒及内生真菌分离方法同前所述。取茶树实生苗50株,分成叶片、茎和根3部分,将茎和根切成1 cm左右的小段,其他处理方法同上;处理完的样品移接到PDA固体培养基平板上,置于28 ℃温箱培养4~15天。
1.2.10 数据统计分析分离率(isolation rate, IR)表示分离到的某一指定内生真菌的菌株数占分离样品总数的百分率(Frohlich et al., 2000)。应用ANOVA进行方差分析。
2 结果与分析 2.1 芒果球座菌在山茶属植物叶片中的分布芒果球座菌是茶树和油茶叶片中的优势内生真菌,在茶树和油茶叶片的分离率分别达79.51%和73.29%;而在山茶中,芒果球座菌的分离率只有25.82%。因此,供试的3个山茶属植物中,均能分离获得芒果球座菌,但分离率存在明显的差异(P<0.05)。
2.2 茶树品种对芒果球座菌分布的影响不同品种的茶树分离的结果表明:茶树品种是影响芒果球座菌分布的重要因素。在同一茶园中,供试的5个茶树品种,以铁观音的芒果球座菌分离率最高,达87.89%;其次是黄棪,分离率为67.02%;肉桂最低,只有28.07%。从分离的总体情况看,在铁观音中,芒果球座菌在内生真菌的群体中占据明显的优势;但在肉桂中,除分离到芒果球座菌外,也能分离到较多的炭疽菌属和拟盘多毛孢属的真菌,往往是芒果球座菌和炭疽菌从同一叶片组织块中同时长出。
2.3 芒果球座菌在茶树不同组织中的分布在茶树的不同组织中,芒果球座菌主要分布于叶片中,分离率达69.91%;枝条中的分离率很低,只占3.09%;而在其他的器官如根、种子和花中,没有分离到芒果球座菌。
2.4 叶片生育期对芒果球座菌分布的影响对不同发育阶段的叶片分离结果显示:芒果球座菌的分离率差异极显著(P < 0.01)(图 1)。茶树的叶芽和幼叶以及当年长出的新叶中芒果球座菌的分布很少,随着叶片的成熟,芒果球座菌的分离率逐渐上升。其中,在铁观音中这种增长的趋势尤其明显。自2005年以来,经过春季和秋季的多批次分离,在叶芽中没有分离到内生真菌;叶片抽出后,芒果球座菌开始感染茶叶,随后分离率逐步上升,至老叶芒果球座菌的分离率最高,平均达73.5%。
从2005年4月至2006年4月,每月对铁观音叶片中芒果球座菌进行分离,分离率如图 2。由于不同季节抽出的茶树新梢不含有内生真菌,因此在2—4月份的春梢期,芒果球座菌的分离率很低。在4—5月份,随着温度上升,雨水增多(图 3),球座菌的发育加快,大量来自于空气中的真菌孢子感染茶叶组织,因此叶片组织中芒果球座菌的数量急剧上升,至5月中、下旬达到第1个高峰;春茶采摘及6月上、中旬抽出第2次新梢,影响芒果球座菌的分布,因而6月份芒果球座菌的分离率较低。6月下旬雨水充沛,温度适宜,非常有利于真菌的生长、发育和感染,因此从6月下旬至7月上旬,芒果球座菌的感染逐渐增多,直到达到饱和状态,进入第2个高峰期;7月以后虽然是高温、少雨季节,但由于内生真菌的内生特性,进入植物体内后,基本不受外界气候因素的影响。8月是我国东南沿海的台风季节,虽然雨量丰富,但因7,8月的高温影响,茶树和真菌的生长都受到抑制,只在成熟叶和老叶中仍然维持较高的芒果球座菌分布。9月后,天气转凉,茶树秋梢抽出,降雨适中,有一定数量新的感染;随着温度下降,气候干燥,芒果球座菌分离率达到稳定。进入冬季,温度下降,降雨急剧减少,叶片中新的芒果球座菌感染下降,由于老叶的衰败和脱落,芒果球座菌分布逐渐下降。因此,新梢抽出期、叶龄和茶叶采收是影响芒果球座菌在茶叶中分布的主要因素,但与温度和降雨也有一定的关系(图 3)。
为考察茶叶组织中芒果球座菌的循环规律,本研究对生理衰退期茶树叶片和茶园落叶中的芒果球座菌进行分离。和树上老叶相似,枝条上的黄化茶叶仍然保持很高的芒果球座菌的感染,芒果球座菌的分离率达72%。叶片脱落后,随着叶片的褐化、腐烂,芒果球座菌的分离率逐渐下降;而在枯叶(半腐烂状态)中,芒果球座菌分离率只有16.54%,分离获得的大多是细菌和一些土壤腐生性真菌。
2.7 芒果球座菌在茶树扦插苗中的分布插穗扦插时,在茎和腋芽中没有分离到芒果球座菌,而插穗保留的叶片中芒果球座菌的分离率为85.41%;扦插后40天,插穗已生根,新苗尚未长出,插穗中腋芽仍未分离到芒果球座菌,但在茎部芒果球座菌的分离率为15.79%, 叶片中的分离率为87.23%;至扦插后100天, 此时扦插苗已达5~6 cm, 新苗中叶片中的芒果球座菌分离率平均为52.68%,茎部的分离率平均为53.58%。在新抽出的苗中,从顶端(芽)至基部(靠近母穗),叶片和茎中均显示芒果球座菌分离率逐渐提高的趋势。
2.8 芒果球座菌在茶树实生苗中的分布对茶树种子的多次分离表明,种子中没有分离到芒果球座菌。出苗后10,32天的茶树实生苗的根、茎和叶组织中,均未分离到芒果球座菌;出苗后67天的实生苗中,叶片组织中芒果球座菌的分离率为2.12%,在根和茎中没有分离到芒果球座菌。至茶苗生长3个月,茶苗组织中芒果球座菌的感染程度明显提高,叶片中芒果球座菌的分离率达54.55%,茎部的分离率也达11.76%,但根组织中没有分离到芒果球座菌。
2.9 茶园中真菌孢子检测本研究分别在2006年3,4月和2008年4月份3次检查茶园空气中的真菌孢子,在地表以上10 cm和茶树树冠上均能检测到丰富的真菌。其中2006年3月没有检测到芒果球座菌,但在2006年4月和2008年4月均检测到芒果球座菌。2006年4月检测,芒果球座菌占所有检测到真菌的4.67%。对茶园枯叶的显微检查显示,枯叶中有芒果球座菌成熟子囊和子囊孢子的存在。
3 结论与讨论 3.1 影响芒果球座菌分布的因素在影响内生真菌分布的生物因素中,寄主植物是首要的影响因素。芒果球座菌在许多亲缘关系不同的植物中均有分布(Meyer et al., 2001; Rodrigues et al., 2004; Rakotoniriana et al., 2008),表明它是一种寄主范围广泛的植物内生真菌。在茶树内生真菌的调查中,已有研究表明茶树品种、生育期和茶叶成份对内生真菌的分布有重要的影响(谢丽华等,2006)。本研究在不同茶树品种中的调查结果进一步支持以上结论。在植物叶片的发育过程中,新发出的叶片一般是不含内生真菌的,随着叶片的成熟和老化,内生真菌的数量慢慢增多,并逐渐达到饱和状态(Herre et al., 2005; 2007)。本研究在茶树叶片中的分离结果也符合这一规律。Arnold等(2003b)研究认为,内生真菌的分布与叶片生育期没有直接关系,而是叶片暴露于真菌繁殖体的时间相关,暴露的时间越长,真菌感染的机会越多。同时,叶片化学成分也是影响内生真菌分布的重要因素(Arnold et al., 2003b;谢丽华等,2006)。本研究显示:在叶片的整个生育期中,前期分离到的内生真菌的种类较多,后期则逐渐减少,以致在一些茶树品种中(如铁观音和黄棪),球座菌成为绝对的优势菌。其他植物的内生真菌研究中也有这种现象(Neubert et al., 2006)。说明在初期不同的内生真菌侵染进入茶叶组织内的机会是相对均等的。许多内生真菌在体外可以产生抗生物质,抑制其他真菌的生长(Strobel et al., 2003);有些在植物体内也能产生活性代谢物(Sumarah et al., 2007)。在茶树体内,芒果球座菌是否利用活性代谢物抑制其他的内生真菌,以提高自身的竞争能力,从而占据更多的茶叶内部空间有待进一步研究。
芒果球座菌主要分布于茶树的叶片中,老叶中的分离率达73.5%;除茎部有少量的分布外,其他的器官如根、种子和花中没有分离到芒果球座菌,这一结果表明芒果球座菌的分布有明显的组织专化性。真菌分离的结果显示芒果球座菌是茶树叶片组织中的优势内生菌,与卢东升等(2007)在河南省信阳地区和Agusta等(2006)在印度尼西亚西爪哇的分离结果明显不同。除寄主植物因素外,地理环境、当地植被条件和树林冠层面积也能影响内生真菌的分布(Helander et al., 2007; Arnold et al., 2007)。因此,植物内生真菌的分布受多因素的影响,是一个复杂的生物现象。
3.2 芒果球座菌分布的季节变化芒果球座菌在茶叶中常年分布,分离率3月最低,为15.37%,7月最高,为72.5%。1年中2月至4月是芒果球座菌分布的低潮期,而5月、7—9月和12—1月是高峰期。其中6月的分布也相对较低,只有26.9%。总体上,芒果球座菌的分布在春季较少,7月至次年1月,均维持较高的水平,分离率在35.8%~72.5%之间。
由于内生真菌的隐蔽性,对植物内生真菌分布的季节变化的报道很少。不同季节取样的分离结果发现:雨季分离获得的内生真菌种类和数量一般比旱季多(Wilson,2000)。在鸡蛋花(Plumeria rubra)的叶片中,内生真菌的分布与降雨有密切的关系,但同时也受叶片生育期的影响(Suryanarayanan et al., 2004)。在福建省亚热带气候条件下,茶树叶片中芒果球座菌的感染和分布明显受新梢抽出期、叶龄和茶叶采摘的影响,其在叶片组织中的分布随新梢抽出期、叶片生育期的不同和茶叶采摘活动而波动。在茶树的抽梢期,温度和降雨影响球座菌对新枝条的感染,一旦芒果球座菌进入茶树组织内,温度和降雨等外界因素的影响则明显下降(图 2,3)。
3.3 芒果球座菌的传播方式和自然循环多批次的分离均表明茶树种子和新长出的茶树实生苗中不含有内生真菌,但随着茶苗的生长,来自于自然环境中的芒果球座菌的繁殖体感染茶苗后,成为茶苗中芒果球座菌的主要来源。不同生育期茶树叶片中芒果球座菌感染和分布规律也说明这一点。因此,种子、实生苗和茶园叶片中芒果球座菌的分离结果显示,茶树组织中的芒果球座菌以水平传播的方式在茶园中进行扩散。大致的循环过程可以认为是:每年的10月以后, 茶树部分老叶进入生理衰退期,带有芒果球座菌的枯叶掉到地上。越冬后,在茶园良好的生存环境下,随着次年3,4月份温度上升,雨水增多,茶树芒果球座菌利用茶叶里的有机物质快速繁殖,产生子囊孢子,孢子感染茶树新梢,并在不同的季节完成多次的感染,使茶树叶片组织中的芒果球座菌感染逐渐增多,如此循环往复。Herre等(2007)总结植物中以水平传播方式循环的内生真菌的生活史,但一些重要的环节,如产生于枯枝落叶中的真菌孢子如何感染植物组织,由于缺乏确切的试验依据,还难于说明。本研究中,笔者在茶树黄化叶和枯叶中分离到一定数量的芒果球座菌,并在春季茶树新梢抽出期在茶园空气中检测到芒果球座菌,结合实生苗和新梢叶片中芒果球座菌的分离结果,都强有力地支持Herre等(2007)的假说,并提供了新的证据。
在福建乃至全国,以短穗扦插培育茶苗,是另一种重要的茶苗生产方式,对茶树优良无性系的保持起到重要的作用。把带有内生真菌的枝条(短穗)进行扦插,对长出的扦插苗进行内生真菌分离,发现长出的新枝条也可以分离到芒果球座菌,而且越靠近母枝条部位的茎和叶片,芒果球座菌的分离率越高,这说明芒果球座菌可以通过存在于扦插苗中的菌丝体传播给下一代,是一种垂直传播的方式。本研究首次提出,自然条件下对生活于茶树体内的芒果球座菌,除通过子囊孢子的水平传播方式外,也有通过扦插苗的垂直传播方式。但生活于插穗中的芒果球座菌是否能随着扦插苗的生长而生长,即是否造成对扦插苗的系统侵染,需进一步研究证实。
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