王曉乾，賀學(xué)禮，程春泉，陳嚴(yán)嚴(yán)，姜橋

(河北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002)

AM(arbuscular mycorrhiza)真菌根外菌絲構(gòu)成菌絲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其分泌的球囊霉素等代謝產(chǎn)物，將不同植物根系連接起來(lái)，這對(duì)保持荒漠植物多樣性和穩(wěn)定性，生態(tài)系統(tǒng)不同組分之間的生物演化與分布，能量、信息傳遞，物質(zhì)交換等具有重要意義[1-3]，在植物營(yíng)養(yǎng)和水分狀況改善，提高植物抗逆性和適應(yīng)性方面也有重要作用.研究表明，荒漠環(huán)境AM真菌物種多樣性豐富，不同宿主植物AM真菌群落組成和豐富度存在差異[4-6].因此，中國(guó)西部地區(qū)是受荒漠化危害較嚴(yán)重的地區(qū)，菌根生物技術(shù)研究的主要方向是通過(guò)AM菌劑-植物聯(lián)合修復(fù)逆境.由于環(huán)境條件和土壤類(lèi)型的復(fù)雜性和多樣性，只有系統(tǒng)研究目標(biāo)植物AM真菌在特定環(huán)境下物種多樣性和群落組成，才能提高宿主植物適宜度，強(qiáng)化AM真菌應(yīng)用效果，是植被在特殊條件下恢復(fù)獲得成功的重要影響因素.

沙冬青屬(Ammopiptanthus)僅含蒙古沙冬青(A.mongolicus)和新疆沙冬青(A.nanus)，主要分布于中國(guó)西北荒漠地區(qū)，屬于超旱生常綠闊葉灌木樹(shù)種，是國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)的珍稀瀕危植物[7].蒙古沙冬青具有抗寒抗凍、耐高溫、耐旱等特性，是荒漠地區(qū)用于防風(fēng)固沙的優(yōu)良灌木[8-9].近年來(lái)，有關(guān)沙冬青生理生態(tài)、遷地保護(hù)、區(qū)系分布與瀕危原因等方面以及內(nèi)蒙古地區(qū)AM真菌多樣性研究[10]時(shí)有報(bào)道，人們從不同角度開(kāi)展AM真菌物種多樣性研究[11-12]、AM真菌與球囊霉素及環(huán)境影響因子的研究[13]，對(duì)于荒漠環(huán)境AM真菌的研究多集中在菌根侵染及其結(jié)構(gòu)類(lèi)型等方面[14-15]，涉及沙冬青AM真菌共生關(guān)系、生態(tài)分布規(guī)律和物種多樣性的研究甚少.

本研究選取內(nèi)蒙古不同荒漠樣地，通過(guò)野外采樣和室內(nèi)分析，對(duì)蒙古沙冬青AM真菌群落組成和物種多樣性變化規(guī)律進(jìn)行研究，以便為篩選優(yōu)良AM真菌菌種，促進(jìn)荒漠植被恢復(fù)以及蒙古沙冬青生長(zhǎng)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣地概況

磴口縣(N 40°29′，E 106°30′)，海拔1 030 m，平坦沙地，年均降水量149.2 mm，年均蒸發(fā)量2 380.6 mm，主要伴生植物有駱駝刺(Alhagisparsifolia)和白刺(Nitrariatangutorum)，沙冬青高大粗壯直立，節(jié)間大，葉子較烏拉特后旗的狹長(zhǎng).

烏拉特后旗(N 41°45′，E 107°157′)，海拔1 295 m，平坦石質(zhì)灘，年均降水量138.5 mm，年均蒸發(fā)量2 752.2 mm，主要伴生植物有沙蒿(Artemisiadesterorum)和駝駝蓬(Peganumharmala)，沙冬青低矮，葉片濃密.

阿拉善左旗(N 41°45′，E 107°57′)，海拔1 295 m，以平坦風(fēng)蝕沙地為主，年均降水量112 mm，年均蒸發(fā)量3 217.7 mm，主要伴生植物有花棒(Hedysarumscoparium)和四合木(Tetraenamongolica)，沙冬青低矮，冠幅大，葉片濃密.

烏海(N 39°45′，E 106°57′)，海拔1 163 m，以洪水沖積溝灘為主，個(gè)別有大塊石頭堆積，土質(zhì)松軟，年均降水量159.8 mm，年均蒸發(fā)量3 289 mm，主要伴生植物有蒙古扁桃(Amygdalusmongolica)和白刺(N.tangutorum)，沙冬青數(shù)量密集，葉片細(xì)長(zhǎng)且稀疏.

1.2 樣品采集

2013年7月，分別從所選樣地隨機(jī)選取生長(zhǎng)良好的沙冬青植株各5株，去除其枯枝落葉層后，貼近植株根頸部挖土壤剖面，從0～50 cm土層采集土樣，將土樣裝入塑料袋密封編號(hào)后帶回實(shí)驗(yàn)室，土樣陰干過(guò)2 mm篩4 ℃冷藏備用.

1.3 AM真菌分離鑒定

分離AM真菌孢子用濕篩傾析-蔗糖離心法[16]，在體視顯微鏡下挑選大小相近、顏色相同的孢子置于乳酸、水等浮載劑中制片，觀察孢子分類(lèi)學(xué)特征，根據(jù)Schenck 等[17-18]的“VA 菌根鑒定手冊(cè)”和國(guó)際AM真菌保藏中心(INVAM)在http://invam.caf.wvu.edu上提供的最新分類(lèi)描述及圖片等資料進(jìn)行分類(lèi)鑒定.

1.4 AM真菌多樣性

孢子密度(spore density，SD)：每20 g土樣中含有的孢子數(shù)；種豐度 ( species richness，SR) ：每20 g土樣中含有AM 真菌種的數(shù)目，即 SR=AM 真菌總種次數(shù) / 土樣數(shù)；分離頻度(frequency，F(xiàn))：AM 真菌某屬或種出現(xiàn)次數(shù)/土樣數(shù)×100%；相對(duì)多度(relative abundance，RA)：該采樣點(diǎn)AM 真菌某屬或種的孢子數(shù)/該采樣點(diǎn)AM真菌總孢子數(shù)×100%；重要值( importance value，I)：頻度和相對(duì)多度之和的平均值，即I=(F+RA) /2；Shannon多樣性指數(shù)公式：H=-∑(Pi×lnPi)；Simpson多樣性指數(shù)公式：D=1-∑(Pi×Pi)；均勻度指數(shù)：J=H/lnS，式中：Pi為某樣地種i的孢子數(shù)(Ni)和該樣地孢子總數(shù)(N)之比，即Pi=Ni/N，S為某樣地AM真菌的種類(lèi)總數(shù).Sφrensen相似性系數(shù)公式:Cs= 2j/(a+b) ，j為AM真菌在A和B2個(gè)樣地共有種數(shù),a為A樣地AM真菌全部物種數(shù),b為B樣地AM真菌全部物種數(shù).

將 AM 真菌優(yōu)勢(shì)度按重要值(I) 劃分為 4 個(gè)等級(jí)，即I>60% 為優(yōu)勢(shì)屬(種) ，40%

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0生物統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌群落組成

本實(shí)驗(yàn)共分離鑒定出AM真菌5屬25種(圖1)，包括球囊霉屬(Glomus)12種，無(wú)梗囊霉屬 (Acaulospora)8種，管柄囊霉屬(Funneliformis)3種，盾巨孢囊霉屬(Scutellospora)和內(nèi)養(yǎng)囊霉屬(Entrophospora)各1種，其中黑球囊霉、粘質(zhì)球囊霉、網(wǎng)狀球囊霉、凹坑無(wú)梗囊霉、細(xì)凹無(wú)梗囊霉、光壁無(wú)梗囊霉和黑色盾巨孢囊霉等7種為4樣地共有種.

磴口樣地AM真菌有18種，阿拉善有21種，烏拉特后旗有19種，烏海有14種.球囊霉屬和無(wú)梗囊霉屬在4樣地均有分布，盾巨孢囊霉屬僅在阿拉善、烏拉特后旗和烏海出現(xiàn)，內(nèi)養(yǎng)囊霉屬只在阿拉善樣地出現(xiàn).不同屬種AM真菌孢子形態(tài)特征差異明顯，主要表現(xiàn)在孢子形態(tài)、顏色、大小、孢壁、表面紋飾和連孢菌絲等方面.

a.地表球囊霉(Glomus versiforme)；b.帚狀球囊霉(G.coremioides)；c.明球囊霉(G.clarum)；d.沙荒球囊霉(G.deserticola)；e.粘質(zhì)球囊霉(G.viscosum)；f.聚叢球囊霉(G.aggregatum)；g.聚集球囊霉(G. glomerulatum)；h.近明球囊霉(G.claroideum)；i.長(zhǎng)孢球囊霉(G.dolichosporum)；j.集球囊霉(G.fasciculatum)；k.黑球囊霉(G.melanosporum)；l.網(wǎng)狀球囊霉(G.reticulatum)；m.麗孢無(wú)梗囊霉(Acaulospora elegans)；n.光壁無(wú)梗囊霉(A.laevis)；o.凹坑無(wú)梗囊霉(A.excavata)；p.雙網(wǎng)無(wú)梗囊霉(A.bireticulata)；q.瑞士無(wú)梗囊霉(A.rehmii)；r.疣狀無(wú)梗囊霉(A.tuberculata)；s.瘤狀無(wú)梗囊霉(A.tuberculata)；t.細(xì)凹無(wú)梗囊霉(A.scrobiculata)；u.地管柄囊霉(Funneliformis geosporum )；v.摩西管柄囊霉(F.mosseae)；w.縮管柄囊霉(F.constrictum)；x.黑色盾巨孢囊霉(Scutellospora nigra)；y.稀有內(nèi)養(yǎng)囊霉(Entrophospora infrequens).圖1 5屬25種AM真菌孢子形態(tài) Fig.1 Spore morphology of 25 AM fungal species(×400)

2.2 AM真菌屬分離頻度、相對(duì)多度和重要值

由表1可知，球囊霉屬和無(wú)梗囊霉屬分離頻度、相對(duì)多度、重要值在4樣地較大，是共同優(yōu)勢(shì)屬，內(nèi)養(yǎng)囊霉屬僅在磴口和阿拉善出現(xiàn)，與管柄囊霉屬、盾巨孢囊霉屬構(gòu)成磴口和阿拉善的亞優(yōu)勢(shì)屬，烏拉特后旗和烏海的亞優(yōu)勢(shì)屬是管柄囊霉屬和盾巨孢囊霉屬.

表1 4樣地AM真菌各屬分離頻度(F)、相對(duì)多度(RA)和重要值(I)

2.3 AM真菌種分離頻度、相對(duì)多度和重要值

由表2可見(jiàn)，25種AM真菌中，黑球囊霉分離頻度、相對(duì)多度和重要值最高，為4樣地共同優(yōu)勢(shì)種.光壁無(wú)梗囊霉、細(xì)凹無(wú)梗囊霉、粘質(zhì)球囊霉和黑色盾巨孢囊霉是4樣地共同亞優(yōu)勢(shì)種.集球囊霉僅分布在烏拉特后旗，是亞優(yōu)勢(shì)種.

表2 4樣地AM真菌種分離頻度(F)、相對(duì)多度(RA)、重要值(I)和優(yōu)勢(shì)度(Dom)

2.4 AM真菌物種多樣性空間差異

AM真菌分布具有明顯空間差異，不僅樣地AM真菌屬種構(gòu)成存在差異，而且阿拉善和烏拉特后旗AM真菌孢子密度、種豐度、香農(nóng)指數(shù)和辛普森指數(shù)明顯高于其他樣地，均勻度指數(shù)烏拉特后旗≈阿拉善>磴口>烏海(表3).

表3 4樣地AM真菌孢子密度、種豐度和物種多樣性指標(biāo)

同一列數(shù)據(jù)中不同上標(biāo)字母表示在P<0.05水平上差異顯著，孢子密度為20 g土樣中含有的孢子數(shù).

2.5 AM真菌組成的相似性

通過(guò)對(duì)2個(gè)樣地間Sφrensen相似性系數(shù)計(jì)算得出，磴口和阿拉善相似性系數(shù)最大為0.87，阿拉善與烏拉特后旗相似性系數(shù)次之，為0.80，烏海與阿拉善和烏拉特后旗的相似性系數(shù)分別為0.63和0.55.統(tǒng)計(jì)分析表明，烏海與阿拉善和烏拉特后旗AM真菌組成差異顯著.

3 討論

AM真菌與植物屬于共同進(jìn)化，其存在和活躍性受宿主和土壤類(lèi)型顯著影響[19].張淑容等[20]研究表明，蒙古沙冬青的須根以及荒漠環(huán)境下土壤透氣性好，為AM真菌生長(zhǎng)發(fā)育提供了侵染條件，使菌絲侵入到根組織細(xì)胞內(nèi)，與蒙古沙冬青形成良好共生關(guān)系，而共生關(guān)系的形成有利于宿主植物生長(zhǎng)和對(duì)極端荒漠環(huán)境的生態(tài)適應(yīng).

本實(shí)驗(yàn)共分離鑒定出5屬25種AM真菌，多于沙坡頭蒙古沙冬青根圍的3屬12種[11]，與陳烝[21]等在塞北荒漠檸條錦雞兒根圍分離的4屬24種AM真菌相接近，少于寧夏和甘肅荒漠地區(qū)蒙古沙冬青的4屬36種[12].同時(shí)，球囊霉屬和無(wú)梗囊霉屬在4樣地占比例最大.說(shuō)明球囊霉屬和無(wú)梗囊霉屬是荒漠環(huán)境的廣譜生態(tài)型[22].

由于樣地間土壤類(lèi)型、年均降雨量及蒸發(fā)量等不同，使得不同樣地蒙古沙冬青生長(zhǎng)狀態(tài)存在差異，同時(shí)影響AM真菌群落的種屬組成、孢子密度、種豐度及多樣性指數(shù).內(nèi)蒙古樣地AM真菌孢子密度和種豐度與劉春卯[12]研究的寧夏、甘肅樣地存在明顯差異，磴口、烏海樣地孢子密度和種豐度與寧夏相近，阿拉善與烏拉特后旗孢子密度和種豐度接近，甘肅孢子密度和種豐度明顯高于其他樣地.說(shuō)明隨著蒙古沙冬青生態(tài)地理變化，導(dǎo)致與之共生的AM真菌物種多樣性發(fā)生了空間演替.

25種AM真菌中，有7種為4樣地共有種.這7種共有種雖在不同樣地均有分布，但7種AM真菌生態(tài)適應(yīng)性不盡相同，主要體現(xiàn)在分離頻度、相對(duì)多度、重要值、優(yōu)勢(shì)度，以及孢子顏色、表面紋飾等方面，共有種在不同樣地間的差異，可能與土壤理化性質(zhì)以及蒙古沙冬青生長(zhǎng)狀態(tài)有關(guān).

AM真菌屬于專(zhuān)性共生真菌，適宜環(huán)境條件有利于AM真菌生長(zhǎng)發(fā)育，生態(tài)環(huán)境(土壤類(lèi)型、理化性質(zhì)、植被類(lèi)型和氣候條件)差異對(duì)AM真菌多樣性有重要影響[23].同時(shí)，AM真菌在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，也產(chǎn)生了相應(yīng)的生態(tài)適應(yīng)性.這對(duì)于進(jìn)一步篩選優(yōu)良AM真菌菌種，促進(jìn)蒙古沙冬青生長(zhǎng)和資源保護(hù)有重要意義.

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