黃 璽，李秀璋，柴 青，李春杰

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,甘肅 蘭州 730020)

禾本科芨芨草屬多年生植物醉馬草(Achnatheruminebrians)是我國(guó)華北、西北天然草原上一種主要的烈性毒草。它耐干旱、抗高寒，在退化草地群落的種間競(jìng)爭(zhēng)中常具有較大的優(yōu)勢(shì)，分布面積不斷擴(kuò)大，特別是在干旱、退化草地上的蔓延日益嚴(yán)重，某些省(區(qū))醉馬草已成為退化草地的優(yōu)勢(shì)種群[1-2]。

自然界中絕大多數(shù)植物都可與微生物形成共生關(guān)系。禾草內(nèi)生真菌是在禾草體內(nèi)渡過(guò)大部分或全部生命周期，而宿主植物不顯示外部癥狀的一類(lèi)真菌[3]。我國(guó)甘肅、青海、新疆等省(區(qū))醉馬草的內(nèi)生真菌帶菌率近乎100%[4]。內(nèi)生真菌的存在能夠提高帶菌(E+)醉馬草的抗蟲(chóng)[5]、抗病[5-7]、抗寒[8]、抗旱[9]、抗鹽堿[10]和耐重金屬毒害[11-12]等抗逆特性。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中非常重要和最為活躍的生物因子之一，直接參與植物的凋落物分解、根系養(yǎng)分吸收、土壤養(yǎng)分循環(huán)等多種土壤生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、競(jìng)爭(zhēng)及土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性具有重要作用[13]。內(nèi)生真菌-禾草共生體能夠使土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)以及功能發(fā)生改變[14]；攜帶內(nèi)生真菌的意大利黑麥草(Loliummultiflorum)凋落物的分解速度明顯慢于不帶菌者和其伴生植物雀麥(Bromusunioloides)凋落物的分解速度[15]。

土壤養(yǎng)分是陸地生態(tài)系統(tǒng)中限制植物生長(zhǎng)的重要因素之一，菌根真菌的存在可以擴(kuò)大植物根系對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收范圍，同時(shí)，菌根真菌通過(guò)分泌堿性磷酸酶和酸性磷酸酶等活化土壤中的氮、磷等元素，提高土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可利用性，促進(jìn)植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用[16]。目前，關(guān)于內(nèi)生真菌對(duì)土壤養(yǎng)分影響的研究鮮見(jiàn)于報(bào)道。本研究通過(guò)分析E+醉馬草對(duì)土壤微生物和養(yǎng)分的影響，進(jìn)一步證實(shí)植物與內(nèi)生真菌的互作是否是影響群落內(nèi)物種多樣性的重要因素之一，以期為內(nèi)生真菌與共生體的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1土壤 2008年9月在甘肅夏河縣桑科、甘加草原和榆中縣，分別將醉馬草、硬質(zhì)早熟禾(Poasphondylodes)和針茅(Stipabungeana)根部及周?chē)?0～30 cm處的土壤挖出，裝入信封，帶回實(shí)驗(yàn)室在4 ℃冰箱保存[17]。經(jīng)檢測(cè)，醉馬草內(nèi)生真菌的帶菌率為100%。將以上3種禾草根部多余的土壤先輕輕抖去，然后將附著于根部的土壤收集[18]。以醉馬草的根際土壤為處理，硬質(zhì)早熟禾和針茅的根際土壤為對(duì)照，進(jìn)行真菌、細(xì)菌數(shù)量以及土壤養(yǎng)分測(cè)定。

表1 采樣地點(diǎn)、海拔、降水量、年均溫及土壤類(lèi)型Table 1 Sampling location, elevation, rainfall, annual mean temperature and soil type

1.2方法

1.2.1真菌和細(xì)菌數(shù)量測(cè)定 真菌培養(yǎng)采用ABPDA培養(yǎng)基，細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，以平板表面涂抹法計(jì)數(shù)[18-20]。稱(chēng)取10 g土樣，裝入盛有100 mL無(wú)菌水的三角瓶中，在回旋式振蕩器上振蕩15 min，搖勻后取出1 mL轉(zhuǎn)入另一個(gè)盛有9 mL無(wú)菌水的玻璃滅菌試管中，按照10倍稀釋法分別稀釋成10-1、10-2和10-3濃度梯度的土壤懸浮液。分別取10-3濃度的各個(gè)土樣的懸浮液各50 μL，接種于已滅菌的ABPDA和牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基中，用無(wú)菌刮刀涂抹均勻。每個(gè)處理3次重復(fù)，真菌在恒溫(25 ℃)、黑暗條件下培養(yǎng)7 d；細(xì)菌在恒溫(28 ℃)培養(yǎng)3 d后統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。按下列公式計(jì)算每克土壤中的真菌和細(xì)菌數(shù)量：

菌落數(shù)=(菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)×10)/干土質(zhì)量。

1.2.2真菌的鑒定 對(duì)已分離得到的根際土壤中的真菌進(jìn)行純培養(yǎng)，觀(guān)察其菌落形態(tài)和正、反面菌落顏色。待其產(chǎn)孢后，分別在光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS BX41)下，對(duì)每個(gè)菌系隨機(jī)測(cè)定20個(gè)菌絲、分生孢子梗及分生孢子的直徑和大小。結(jié)合測(cè)定數(shù)據(jù)對(duì)分離到的真菌進(jìn)行分類(lèi)學(xué)鑒定[21-23]。

1.2.3土壤營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定 根據(jù)鮑士旦等的方法[24]，采用重鉻酸鉀硫酸氧化滴定法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量，NaOH熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量，NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷含量，NaOH溶堿-火焰光度法測(cè)定全鉀含量，乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定速效鉀含量。以上測(cè)定均在蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院土壤檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室分析完成。

2 結(jié)果與分析

2.1不同地區(qū)根際土壤微生物區(qū)系 在?？?、甘加和榆中3個(gè)地方采集的醉馬草根際土壤的細(xì)菌數(shù)量和真菌數(shù)量均顯著高于其伴生種針茅和硬質(zhì)早熟禾的根際土壤中的微生物數(shù)量(P<0.05)(表2)。

3個(gè)地點(diǎn)的醉馬草根際土壤中的真菌數(shù)量為其伴生種根際土壤中對(duì)應(yīng)菌數(shù)量的1.31～1.56倍，細(xì)菌數(shù)量為1.56～2.65倍。分離到的真菌主要為以下7屬真菌：青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)、鐮刀菌屬(Fusarium)、根霉屬(Rhizopus)、尾孢屬(Cercospora)、交鏈孢屬(Alternaria)和粘帚霉屬(Gliocladium)。

表2 不同地區(qū)醉馬草和其伴生種根系土壤微生物區(qū)系Table 2 The rhizosphere soil microflora of Achnatherum inebrians and accompanying species in different region

2.2不同地區(qū)根際土壤營(yíng)養(yǎng)成分 在?？?、甘加和榆中3個(gè)地方采集的醉馬草根際土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀的含量(除甘加速效鉀外)均顯著高于針茅、硬質(zhì)早熟禾的根際土壤中的相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)成分(P<0.05)，而全磷和全鉀的含量三者之間差異不顯著(P>0.05)(表3)。

表3 桑科、甘加和榆中地區(qū)醉馬草及其伴生種根系土壤營(yíng)養(yǎng)成分比較Table 3 The nutrient components of rhizosphere soil comparison on Achnatherum inebrians and accompanying species in different region

3 討論

土壤微生物是組成土壤肥力的重要因素之一，參與土壤的形成、發(fā)育等多個(gè)過(guò)程，在生態(tài)系統(tǒng)中形成了一個(gè)強(qiáng)大的動(dòng)力資源庫(kù)，在腐殖質(zhì)形成、植物殘?bào)w的降解以及養(yǎng)分循環(huán)中都扮演著非常重要的角色。另外，土壤微生物群落可以通過(guò)多種途徑影響植物的生長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)，例如促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用、加速土壤營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化、提高植物抗逆性和減少病原菌侵染等[25-26]。植物通過(guò)多種途徑向土壤中排入大量光合產(chǎn)物以及化感物質(zhì)，對(duì)土壤微生物群落進(jìn)行調(diào)控、誘導(dǎo)，并在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了植物與土壤微生物群落較為穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。由于土壤微生物群落和植物之間的關(guān)系能夠決定植物群落的演替方向，尤其是土壤中特定的微生物類(lèi)群的改變可能影響植物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系與生態(tài)位，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及對(duì)抗生態(tài)環(huán)境惡化的緩沖能力具有重要的作用[13,27-28]。本研究表明，醉馬草根際土壤微生物中真菌多樣性與其伴生種并無(wú)顯著差異，但對(duì)微生物的數(shù)量影響較為明顯，很可能是因?yàn)樽眈R草內(nèi)生真菌通過(guò)某種特定方式對(duì)土壤微生物群落產(chǎn)生影響。其他禾草內(nèi)生真菌共生體根際土壤微生物的研究也得到了類(lèi)似的結(jié)果，如內(nèi)生真菌的存在能顯著增加高羊茅(Festucaarundinacea)根際沉淀，進(jìn)而影響根際微生物的活動(dòng)，增加微生物群落，但對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)并無(wú)影響[29]。除?？仆翗幼眈R草根際土壤真菌數(shù)量高于細(xì)菌外，甘加和榆中土樣中醉馬草根際真菌數(shù)量均低于細(xì)菌數(shù)量，這可能與采樣地土壤物理狀況及相關(guān)因素有關(guān)，有待于更深入的研究。

土壤養(yǎng)分是陸地生態(tài)系統(tǒng)中限制植物生長(zhǎng)與競(jìng)爭(zhēng)的重要因素之一，因此，土壤肥沃或貧瘠對(duì)植物的生長(zhǎng)和群落的物種構(gòu)成具有重要的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，醉馬草根際土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀的含量均高于其伴生種根際土壤中的相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)成分，或許是因?yàn)閮?nèi)生真菌的存在或多或少可以起到促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收的功能。前人研究發(fā)現(xiàn)，叢生菌根真菌可以提高植物對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用，同時(shí)從宿主植物上獲取其生長(zhǎng)必需的光合產(chǎn)物[30]。在美國(guó)南部山麓和其它地方，帶菌率較高的高羊茅能有效提高土壤對(duì)有機(jī)碳、全氮的固定能力[31]，這可能是因?yàn)閮?nèi)生真菌的存在改變了土壤表面微生物群落結(jié)構(gòu)而造成的間接影響[32-33]。內(nèi)生真菌可以促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用，從而促進(jìn)其生長(zhǎng)，帶菌(E+)高羊茅比不帶菌植株在磷缺乏的條件下更能表現(xiàn)出對(duì)磷的有效利用性以及耐性[33-34]。較不帶菌高羊茅而言，高羊茅內(nèi)生真菌共生體不僅能顯著增強(qiáng)其生長(zhǎng)基質(zhì)的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力，而且能促進(jìn)其對(duì)K+的攝取能力[35]。除此之外，內(nèi)生真菌能明顯增強(qiáng)其寄主紫羊茅(Festucarubra)在高濃度鋁[36]和鋅[37]條件下的耐受性。

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