岳英男，楊春雪

(東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040)

叢枝菌根(Arbuscular Mycorrhizal，AM)真菌能與90%以上的高等植物形成叢枝菌根，促進(jìn)植物對土壤中礦質(zhì)元素，尤其是磷的吸收，同時(shí)改善植物對水分的吸收能力，促進(jìn)植物的滲透調(diào)節(jié)并提高植物的光合作用，從而提高植物在鹽脅迫下的耐性［1］。另一方面，隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增大，AM真菌孢子萌發(fā)受到延緩或抑制，阻礙菌絲的生長，直接影響菌根的形成，進(jìn)而影響AM真菌的侵染狀況［2］。

松嫩草地位于東北大平原的中部，具有獨(dú)特的群落構(gòu)成和植物區(qū)系，以羊草(Leymus chinense)+雜類草群落為主，其中羊草是松嫩草地的優(yōu)勢禾草［3］。目前，針對AM真菌與植物共生狀況的研究已有很多［4-5］，但針對松嫩鹽堿草地中土壤化學(xué)性質(zhì)和AM真菌侵染狀況關(guān)系的研究較少。本試驗(yàn)探究松嫩鹽堿草地中AM真菌的侵染狀況和土壤的化學(xué)性質(zhì)，分析土壤化學(xué)性質(zhì)和AM真菌之間的關(guān)系，以期為不同鹽度的松嫩鹽堿草地退化草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)與重建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)選擇黑龍江省肇東市西南部的鹽堿土地，45°10'－ 46°20'N，125°22'－ 126°22'E，海拔137～138 m，地勢平坦，土質(zhì)肥沃。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候;冬季嚴(yán)寒干燥，夏季溫?zé)釢駶?年降水量為350～550 mm，主要集中在7－9月，而年蒸發(fā)量則為降水量的2～3倍。土壤類型多樣，多為黑鈣土和蘇打草甸土。

1.2 樣品采集與保存

2013年7月1日于肇東市的松嫩鹽堿草地采集了11科26種常見植物。按照“多點(diǎn)混合法與平行采樣對照法”［6］取樣，每種植物隨機(jī)選取3株作為重復(fù)，每株按東南西北4個(gè)方向，清除土壤表面5 cm深的雜草和地表土，用小鏟輕輕挖取距地表10－20 cm深的根際土壤，并取粘附在根上的細(xì)土，最后經(jīng)“四分法”［6］保留 1 kg，并剪取長度為 0.5 ～1.0 cm且粗細(xì)均勻的植物根系小段固定于1/2 FAA固定液(福爾馬林5 mL，冰醋酸5 mL，70%酒精90 mL)［7］中，土壤和根系統(tǒng)一編號后帶回，保存于4℃的冰箱中。

1.3 根際叢枝菌根侵染率測定

將小根段從固定液中取出，用清水沖洗3～5遍直到無刺激性氣味后用10%KOH水浴軟化透明，根系變軟后用5%的乳酸中和，采用“改良Phillips和Hayman染色法”，用Trypan-blue對根系染色，在MOTIC-BA400顯微鏡下鏡檢菌絲、叢枝、泡囊等的形態(tài)結(jié)構(gòu)［8］，用 Trouvelot等［9］方法統(tǒng)計(jì)叢枝豐度(%)、泡囊豐度(%)、侵染強(qiáng)度(%)和侵染率(%)，并詳細(xì)記錄菌絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)(利用 MYCOCALC軟件分析)。

1.4 根際土壤理化性質(zhì)的測定

參照《土壤農(nóng)化分析》［10］和中國科學(xué)院南京土壤研究所的方法測定［11］。土壤的pH值采用2.5∶1的水土比，用電位法(雷磁PHS-3C)測定;土壤全鹽量用電導(dǎo)率儀(雷磁DDS-307)測定;土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測定;土壤全氮量采用半微量凱氏法測定(德國，ATN-1100型全自動(dòng)凱氏定氮儀)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 17.0軟件中的單因素方差分析(Duncans)和多重比較(α=0.05)分別對AM真菌侵染狀況和土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示測定結(jié)果，用Duncans法對各測定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較;用Pearson相關(guān)系數(shù)分析土壤的化學(xué)性質(zhì)和AM真菌的侵染狀況之間的相關(guān)性;分析采用Microsoft Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖。

2 結(jié)果

2.1 AM真菌的侵染狀況

所有植物均有典型的AM菌根結(jié)構(gòu)(圖1)，侵染率因植物的科屬和種類不同而異(表1)。薔薇科植物侵染率最高，100%被侵染;菊科和豆科平均侵染率分別為94.91%和99.77%，禾本科次之，平均侵染率為91.94%。其中，全葉馬蘭、艾蒿、蒲公英、羊草、大薊、黃芪、野大麥、虎耳草、蔓委陵菜和鵝絨委陵菜的侵染率均為100%，草木樨、堿蒿、大籽蒿、毛茛、星星草次之，分別為 99.53%、97.24%、94.82% 、94.33%、90.98% ，而堿蓬的侵染率最低，

35.44%;通常被認(rèn)為不能或不易形成菌根的植物，如蓼科中的堿蓼、扁蓄蓼，十字花科的葶藶和茜草科的蓬子菜，也均有不同程度的侵染(圖1)。菌根侵染強(qiáng)度同樣也因植物種類而異(表1)，蒲公英的侵染強(qiáng)度最高，達(dá)到了79.25%;黃芪、全葉馬蘭次之，分別為68.76%和65.98%;扁蓄蓼侵染強(qiáng)度最低，僅有3.37%。但不是所有的植物都能形成叢枝結(jié)構(gòu)，蓼科的堿蓼和扁蓄蓼，十字花科的葶藶沒有觀察到叢枝結(jié)構(gòu)，其中叢枝豐度最高的是蒲公英，達(dá)到了50.19%;較低的是堿蓬，僅有 0.07%，不易形成叢枝的蓬子菜(圖1)，叢枝豐度也有1.16%。所有的植物均能形成泡囊結(jié)構(gòu)，蒲公英的泡囊豐度最高，達(dá)到了 45.16%;星星草的泡囊豐度最低，僅有1.22%。通常被認(rèn)為不能或不易被侵染的堿蓼、扁蓄蓼和葶藶，也觀察到了泡囊結(jié)構(gòu)(圖1)。

表1 AM真菌侵染植物狀況Table 1 Plant’s colonization of AM fungi

續(xù)表1

圖1 AM真菌菌根典型顯微結(jié)構(gòu)Fig.1 Typical microstructure of mycorrhiza of AM fungi

2.2 AM真菌結(jié)構(gòu)類型

叢枝菌根有疆南星型(Arum-type，簡寫為 A-型)和重樓型(Paris-type，簡寫為 P-型)兩種類型。A-型的特征為:菌絲在宿主皮層細(xì)胞間隙生長，形成大量胞間菌絲，并側(cè)向分枝進(jìn)入細(xì)胞，通過頂端不斷分叉形成典型的叢枝結(jié)構(gòu)。而P-型的菌絲在皮層細(xì)胞內(nèi)卷曲、纏繞生長，并在皮層細(xì)胞間直接傳播，胞間菌絲較少，叢枝結(jié)構(gòu)形成于卷曲的菌絲之間，且多限于緊貼中柱的幾層內(nèi)部皮層細(xì)胞［12］。在自然植物群落中，P-型較多見，尤其在苔蘚、蕨類植物、裸子植物和野生的被子植物中占主導(dǎo)地位;而A-型則常見于栽培植物中［13］。本研究結(jié)果顯示，被侵染的26種植物中，有18種植物形成A-型菌根，只有6種植物形成P-型菌根;而葶藶和大車前在觀察其侵染情況時(shí)只觀察到了少量的泡囊和一小部分的胞間菌絲，難以確定菌根結(jié)構(gòu)類型(圖1)。由此可見，菌根的結(jié)構(gòu)類型隨著植物種類的不同而變化。松嫩鹽堿草地的野生植物菌根類型多為A-型，這與土壤的鹽堿度、土壤質(zhì)地和當(dāng)?shù)貧夂驐l件有著直接的關(guān)系。

2.3 根際土壤性質(zhì)

隨著植物種類的不同，根際土壤的pH值、全鹽量、有機(jī)質(zhì)和全氮量也隨之變化(表2)，26種植物根際土壤的pH值平均為8.21。各植物之間pH和全鹽量相差不大，pH最高的是堿蓼，達(dá)到了8.96。蒲公英根際土壤的有機(jī)質(zhì)含量和全氮量均達(dá)到所有植物中的最高值，分別為 24.32 和 1.72 g·kg－1，最低的是扁蓄蓼，分別為19.06 和1.38 g·kg－1。

2.4 根際土壤性質(zhì)與AM真菌的相關(guān)性

pH值和侵染率、叢枝豐度之間的相關(guān)性不顯著(P＞0.05)，但和侵染強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，和泡囊豐度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P ＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為－0.555和－0.729。土壤的全鹽量與菌根侵染率、叢枝豐度和侵染強(qiáng)度均無顯著相關(guān)性(P＞0.05)，僅與泡囊豐度呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)為 －0.449(表3)。土壤有機(jī)質(zhì)和全氮與侵染率、侵染強(qiáng)度、泡囊豐度和叢枝豐度均有極顯著影響(P ＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.832、0.898、0.589、0.531 和 0.744、0.849、0.506、0.517(表3)。從結(jié)果可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮量對菌根侵染率和侵染強(qiáng)度的影響明顯。

3 討論

3.1 土壤p H值和全鹽量對AM真菌的影響

土壤pH值對AM真菌的分布具有重要影響［14］。本研究發(fā)現(xiàn)，根際土壤的pH值與侵染率和叢枝豐度無顯著相關(guān)(P＞0.05)，與侵染強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，與泡囊豐度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，這說明土壤的pH值對泡囊豐度和侵染強(qiáng)度有顯著的影響。這可能是由于土壤pH值影響了AM真菌種的相對多度和產(chǎn)孢數(shù)量，從而影響了菌根的侵染強(qiáng)度，這與Gai等［15］對AM真菌侵染率的研究結(jié)果一致。Aliasgharzadeh等［16］認(rèn)為，土壤鹽堿化不僅沒有抑制孢子的產(chǎn)生量，還使得AM真菌孢子的種類變得豐富，原因是在高鹽度條件下，細(xì)胞內(nèi)外會(huì)形成一種滲透壓，細(xì)胞內(nèi)的一些離子會(huì)在一定程度上滲透到土壤中，如，Na+、K+、Cl－、HCO3－，這就給AM真菌的侵染提供了一條通路，促進(jìn)了AM真菌侵染植物根細(xì)胞，同時(shí)也促進(jìn)了AM真菌孢子的形成，豐富了孢子的種類。中性偏酸的土壤鹽堿度更有利于AM真菌侵染宿主植物，pH值過高則會(huì)抑制AM真菌菌絲的形成［16］。這與本研究中pH值與菌根侵染狀況呈負(fù)相關(guān)的研究結(jié)果一致。本研究中，全鹽量僅與泡囊豐度呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，Sheng等［17］對甘肅地區(qū)的土壤全鹽量和 AM真菌侵染狀況之間的關(guān)系做了詳細(xì)研究，結(jié)果顯示，土壤全鹽量和pH值呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，隨著土壤全鹽 量的 增加，AM 真 菌的侵染率和叢枝豐度呈現(xiàn)上升趨勢，全鹽量在0.21% ～0.25%范圍內(nèi)，AM真菌的侵染率、侵染強(qiáng)度、叢枝豐度達(dá)到最高。

表2 鹽堿植物根際土壤的化學(xué)性質(zhì)Table 2 The rhizosphere soil chemical properties of salt-tolerant plants

續(xù)表2

表3 土壤性質(zhì)與AM真菌之間的相關(guān)性Table 3 The correlation between AM fungi and soil properties

3.2 土壤有機(jī)質(zhì)和全氮量對AM真菌的影響

土壤有機(jī)質(zhì)對AM真菌的侵染狀況均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，pH值僅與泡囊豐度表現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，全鹽量僅與泡囊豐度表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，說明根際土壤有機(jī)質(zhì)含量與AM真菌的侵染狀況最為密切，在同一土壤環(huán)境下，土壤有機(jī)質(zhì)對AM真菌侵染狀況的影響要強(qiáng)于土壤pH值和全鹽量對AM真菌侵染的影響，但這也與土壤有機(jī)質(zhì)和氮素(無機(jī)態(tài)氮和有機(jī)態(tài)氮)含量的多少有密切關(guān)系，以侵染狀況好(侵染率為100%)的薔薇科植物和侵染狀況差(平均侵染率＜60%)的蓼科植物為例，蔓委陵菜和鵝絨委陵菜的侵染率均為 100%，侵染強(qiáng)度分別為73.19%和54.91%，比堿蓼和扁蓄蓼的侵染率高出30.17%和50.84%，侵染強(qiáng)度高出 64.23%和50.82%，與此相對應(yīng)，蔓委陵菜和鵝絨委陵菜的有機(jī)質(zhì)含量分別為24.22 和23.16 g·kg－1，全氮量分別為1.71 和1.65 g·kg－1，比堿蓼和扁蓄蓼的有機(jī)質(zhì)含量高出4.26、3.16 和 3.20、4.10 g·kg－1，全氮量高出0.31、0.33和0.25、0.27 g·kg－1，且土壤有機(jī)質(zhì)和氮素含量與侵染率的相關(guān)系數(shù)為0.832和0.744，與侵染強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)為0.898和0.849，均有著極顯著相關(guān)。這說明，土壤有機(jī)質(zhì)和氮素含量越高，土壤肥力和養(yǎng)分越豐富，就越有利于AM真菌的形成，本研究結(jié)果與已報(bào)道的一些研究結(jié)果一致［17］，Agwa和 Abdel［14］調(diào)查了埃及鹽堿土中AM真菌的侵染狀況后表明，AM真菌的種的豐度和孢子相對多度與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān);Joner和Jakobsen［18］通過顯微觀察植物根系中的菌絲量發(fā)現(xiàn)，高含量的土壤有機(jī)質(zhì)對透光球囊霉(Glomus diuphauam)菌絲的形成和發(fā)育具有積極作用，并能促進(jìn)叢枝的發(fā)生;但本研究結(jié)果也與以往的研究結(jié)果略有不同，趙青華等［19］發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量與AM真菌的侵染率、叢枝豐度和泡囊豐度表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，但超過一定范圍后，AM真菌的侵染率和叢枝豐度就隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加而減少。這可能是由于土壤有機(jī)質(zhì)通過影響土壤其他因子來達(dá)到對AM真菌侵染狀況的影響，由此可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)對AM真菌的影響始終處于動(dòng)態(tài)變化之中，而不同地區(qū)土壤肥力、養(yǎng)肥和質(zhì)地都存在著差異，因此在不同地區(qū)的鹽堿地對有機(jī)質(zhì)含量和AM真菌之間關(guān)系的研究可能會(huì)得出矛盾的結(jié)果。

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