蔡曉布，彭岳林

西藏大學農(nóng)牧學院，林芝　860000

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西藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)叢枝菌根真菌的地理分布

蔡曉布*，彭岳林

西藏大學農(nóng)牧學院，林芝860000

摘要:西藏高原是地球上極具特色的地理單元，對生物物種的形成與演化具有重要影響?；阪咦有螒B(tài)學鑒定，對從藏東南到藏西北(海拔高差>3500 m，年均溫、年均降水量差異分別>20 ℃、>800 mm)高原熱帶、亞熱帶、溫帶、亞寒帶和寒帶環(huán)境下發(fā)育而成的熱性草叢、暖性草叢、溫性草原、溫性荒漠、高寒草甸草原、高寒草原、高寒荒漠和高寒荒漠草原中的AM真菌群落進行研究，結果表明，不同類型草地間AM真菌的群落相似度普遍較低，環(huán)境對AM真菌群落具有重要影響。從藏東南到藏西北，不同類型草地間AM真菌的群落相似度呈下降趨勢(Jaccard相似性系數(shù)從0.52降至0.20)，AM真菌群落組成及結構變化漸趨加大，不同草地中的同種植物(包括廣譜種、青藏高原特有種)AM真菌群落相似度亦不同。沿藏東南到藏西北環(huán)境梯度，隨草地寒旱程度的逐步加劇，AM真菌種的豐度，特別是種數(shù)、Shannon-Weiner指數(shù)在總體上趨于顯著(P<0.05)下降，孢子密度則在總體上趨于顯著提高，優(yōu)勢種比例、Shannon-Weiner指數(shù)亦表現(xiàn)出增加的趨勢，表明AM真菌物種多樣性雖趨于下降，但生存及對環(huán)境的適應能力趨于提高。海拔、土壤pH、有效磷和有機碳含量對AM真菌群落組成均具顯著影響，但海拔對水熱環(huán)境的影響決定著土壤環(huán)境的變化。因此，海拔和寒旱程度不斷上升所導致的pH顯著提高、土壤有機碳和有效磷含量顯著下降的綜合作用影響并決定著AM真菌的群落組成。研究結果對進一步理解西藏高原生物多樣性的產(chǎn)生和維持機制等具有重要的參考價值。

關鍵詞：AM真菌；物種多樣性；生物地理分布；草地生態(tài)系統(tǒng)；西藏高原

研究生物體的時空分布規(guī)律、生存狀態(tài)、豐富程度及其原因是深入了解生物多樣性地理分布、產(chǎn)生和維持機制的重要基礎[1]。因此，更為深入了解微生物的生物地理分布對保護與維持生態(tài)系統(tǒng)多樣性、預測不同區(qū)域微生物的作用與影響至關重要[1]。長期以來，人們對大生物的生物地理分布開展了大量研究，對多樣性很高的微生物的研究卻非常缺乏[1- 2]，認為微生物的生物多樣性水平完全不同于大生物[3]，不存在生物地理分布[4- 5]，并認為這主要與微生物自身的生理與繁殖特性等因素有關[6]。同時，過去基于培養(yǎng)的研究錯過了對大多數(shù)微生物多樣性的發(fā)現(xiàn)亦是重要原因[7]。近年來，研究者對微生物，特別是AM真菌等不可培養(yǎng)的微生物的生物地理分布給予了更多的關注[1,8]。越來越多的證據(jù)表明，微生物不僅存在著生物地理分布特征[1,8- 11]，且類似于大生物的地理分布[1]，盡管對此仍存爭論[4,12- 14]。新近，一些研究者基于對根際土壤中或植物根內AM真菌DNA的提取，研究了AM真菌分類群(OUT, operational taxonomic unit)的地理分布特征[10- 11,15]。與此同時，一些學者則通過對已發(fā)表文獻的分析，就AM真菌的地理分布格局開展了研究[16- 17]。研究發(fā)現(xiàn)，自然狀態(tài)下的微生物也有不同的數(shù)量、分布和多樣性，不同地點的微生物群落及生物地理分布特征不同，且微生物的群落組成影響著生態(tài)系統(tǒng)的過程[1,18- 19]。因此，許多研究者認為環(huán)境異質性是影響微生物群落空間異質性的重要因素[20]，微生物群落趨于生境選擇[17, 21- 23]。但亦有研究認為寄主植物對AM真菌群落的影響較生境更為重要[14]。

西藏高原是地球上一個極具特色的地理單元，對生物物種的形成與演化具有重要影響。近10年來，西藏高原AM真菌相關研究主要集中在群落組成和物種多樣性[24- 25]，以及AM真菌群落沿海拔梯度的變化[25- 26]等方面。已有工作多以局部區(qū)域、個別生態(tài)系統(tǒng)為對象，且取樣方法、研究手段等方面亦有所不同[24- 26]，難以從大尺度上了解西藏高原AM真菌的地理分布特征。從生物地理學的層面看，環(huán)境影響并決定著植物的群落結構和物種多樣性[27]，高生產(chǎn)力環(huán)境發(fā)育和保存了古老的植物區(qū)系和最大的物種多樣性，低生產(chǎn)力環(huán)境則為現(xiàn)代植物種系的演化、發(fā)生創(chuàng)造了條件，但植物群落物種多樣性較低[28- 29]。從藏東南到藏西北，地理跨度(>2000 km)巨大、環(huán)境變化劇烈(海拔高差>3500 m，年均溫和年均降水量差異分別>20℃、>800 mm)，高原熱帶、亞熱帶、溫帶、亞寒帶和寒帶環(huán)境依次展布，氣候呈暖溫濕潤—寒冷半濕潤—寒冷半干旱—寒冷干旱的規(guī)律性變化，漸次呈現(xiàn)出從熱性草叢到高寒荒漠、從黃壤到高山寒漠土的植物、土壤地理分布格局[30]。因此，在從藏東南到藏西北這一環(huán)境梯度上，植物區(qū)系由古老到年輕、植物物種多樣性和資源生產(chǎn)力由高到低的變化將可能意味著AM真菌亦具有與環(huán)境、植物相適應的地理分布格局。因此，以橫貫西藏高原多類草地的這一地理帶為軸線，有助于進一步探究不同區(qū)域AM真菌的地理分布及其環(huán)境影響等重要科學命題。

1材料和方法

1.1樣品采集

西藏高原不同類型草地AM真菌孢子繁殖的高峰期(孢子形態(tài)亦較穩(wěn)定)均在暖季(5—9月)，但受海拔主導的水、熱環(huán)境影響，藏東南地區(qū)AM真菌的最適產(chǎn)孢時間相對較早(5—6月)，其它區(qū)域7—9月孢子數(shù)量則較大。因此，本研究中均以各區(qū)域AM真菌的產(chǎn)孢高峰期作為采樣期。其中，藏東南熱性草叢、暖性草叢供試樣品采集于2010年5—6月，藏中溫性草原、溫性荒漠供試樣品采集于2008年8—9月，藏北高寒草原、高寒草甸草原供試樣品分別采集于2009年8—9月、2013年8—9月，藏西北高寒荒漠草原、高寒荒漠供試樣品采集于2011年8—9月。

由于西藏高原不同類型草地分布面積、植物種類差異懸殊，故在不同類型草地所采集的目標植物帶根土壤混合樣品數(shù)不同。具體采樣時，為有效避免其它植物對目標植物根際的干擾，在各類草地中均選擇具有叢生或片生特點的草本植物做為目標植物。目標植物選定后，即隨機確定面積為1 m × 1 m的采樣點3個(間隔100—150 m左右)；于每個采樣點鏟除表層土壤2 cm，并按2—30 cm土層采集帶根土樣；之后，將每一目標植物的3個帶根土壤樣品組成1個混合樣品(熱性草叢、暖性草叢、溫性草原、溫性荒漠、高寒草甸草原、高寒草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠混合樣品數(shù)分別為13、14、17、18、13、30、19、11個)。在實驗室將植物根系存放在4 ℃冰箱，土壤樣品經(jīng)室內自然風干后備用。土壤pH值、有機碳分別采用電位法、K2Cr2O7容量法-外加熱法，中性和石灰性土壤、酸性土壤有效磷(P2O5)分別采用0.5 mol/L NaHCO3法、0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl法測定。

所涉各類草地采樣點地理位置，以及土壤、植物侵染情況等見表1。

1.2AM真菌形態(tài)學鑒定

取100 g自然風干土樣，采用濕篩傾析-蔗糖離心法篩取孢子；之后，用微吸管挑取孢子于載玻片上(加30%甘油浮載劑封片)，顯微觀測并記錄孢子顏色、連孢特征，測定孢子大小；壓碎孢子后觀測內含物、孢壁層次及各層顏色，測定各層孢壁的厚度(萊卡顯微鏡自帶圖像分析軟件測定)等。鑒定中輔助使用Melzer′s試劑以觀測孢子的特異性反應。綜合以上觀測結果，根據(jù)《VA菌根真菌鑒定手冊》及INVNAM(http://invam.caf.wvu.edu/Myc-lnfo/)的分類描述進行屬(種)檢索、鑒定(表2)。

1.3數(shù)據(jù)計算方法

以3次重復平均值作為結果。

①孢子密度(SD)每100 g風干根層土樣中不同AM真菌種的孢子數(shù)。

②種數(shù)(SN)指某生境中AM真菌的物種數(shù)。

③種的豐度(SR)每100 g根層土樣所含AM真菌種的平均數(shù):

SR= AM真菌種出現(xiàn)總次數(shù)/土壤樣本數(shù)。

④物種多樣性(H)采用Shannon-Weiner指數(shù)公式計算:

(1)

式中，k為某樣點中AM真菌的種數(shù)，Pi為該樣點AM真菌種i的孢子密度占該樣點總孢子密度的百分比。

⑤ 分離頻度(IF)某AM真菌屬(種)在樣本總體中的出現(xiàn)頻率:

IF= AM真菌某屬(種)的出現(xiàn)土樣數(shù)/總土樣數(shù))× 100%

據(jù)此將AM真菌劃分為3個優(yōu)勢度等級：IF≥50%為優(yōu)勢屬(種)、≥10%—<50%為常見屬(種)、<10%為偶見屬(種)。

此外，共有種、特有種分別指見于各類草地或僅見于一類草地的AM真菌。

⑥相對多度(RA)

RA=SD/ ∑SD× 100%

式中，SD為某樣點AM真菌某屬(種)的孢子數(shù)，∑SD為某樣點AM真菌總孢子數(shù)。

表 1　不同類型草地分布特征及土壤、植物樣品概況

表 2　不同類型草地AM真菌

+ 表示某AM真菌在該草地出現(xiàn)Sign (+) indicates the AM fungi occurred in this sample site; *優(yōu)勢種 Dominant species of grassland types

⑦Jaccard系數(shù)

R=a/ (a+b+c)

式中，R為Jaccard系數(shù)，用以測度2個群落物種的親緣關系；a指2個群落共同出現(xiàn)的物種數(shù)目；b、c指2個群落各自出現(xiàn)的物種數(shù)之和。據(jù)此，將群落物種組成的親緣關系劃分為極低(<0.20)、低(0.21—0.40)、中(0.41—0.60)、高(0.61—0.80)、極高(0.80—1.00)等5個等級。

差異顯著性分析采用LSR法，相關分析、CCA分析分別采用Excel 2003、CANOCO 4.5計算。

2結果與分析

2.1不同類型草地AM真菌群落構成及其變化

西藏高原不同類型草地AM真菌屬、種構成具有地域性分布特征。不同類型草地AM真菌屬的構成介于2—5屬之間，屬數(shù)變化缺乏明顯規(guī)律，環(huán)境條件差異很大的暖性草叢與高寒荒漠草原間、溫性荒漠與高寒荒漠間AM真菌屬的構成完全相同(表2)。

西藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)中，AM真菌種數(shù)、種的豐度間呈顯著正相關(r= 0.710*)。從藏東南到藏西北，草地AM真菌種數(shù)總體呈顯著的波動式下降，種的豐度亦基本呈相同趨勢，但高寒草原種的豐度顯著高于熱性草叢、暖性草叢(圖1)。共有屬(Acaulosporas、Glomus)對AM真菌種數(shù)、種的豐度均具重要影響，但各類草地中Glomus屬種的豐度所占比重均遠大于Acaulosporas屬。同時，從藏東南到藏西北，Glomus、Acaulosporas屬真菌種的豐度在不同類型草地中所占比重分別呈增、減趨勢，其它各屬對AM真菌群落構成的作用相對較小(圖1)。

圖1　各類草地AM真菌種數(shù)、種的豐度Fig.1　Number of AM fungi species and species abundance in all types of grasslandsTT：熱性草叢Tropical tussock，WT：暖性草叢Warm tussock，TS：溫性草原Temperate steppe，TD：溫性荒漠Temperate desert，AMS：高寒草甸草原Alpine meadow steppe，AS：高寒草原Alpine stepp，ADS：高寒荒漠草原Alpine desert steppe，AD：高寒荒漠Alpine desert

西藏高原不同類型草地間AM真菌的群落相似度普遍較低(表3)，群落組成變化較大。從藏東南到藏西北，隨環(huán)境差異的逐步擴大，熱性草叢與其它草地間的Jaccard系數(shù)總體呈下降趨勢，說明AM真菌對環(huán)境變化的敏感度差異不斷增加，群落組成及結構變化漸趨加大?？梢姡莸丨h(huán)境對AM真菌的群落組成具有重要影響，且草地間環(huán)境差異越大，AM真菌Jaccard系數(shù)越低。

表3　西藏高原不同類型草地AM真菌Jaccard系數(shù)

同種植物在不同草地中的AM真菌群落相似度亦不同，如不同草地中的青藏高原特有種紫花針茅(圖2)、廣譜種沙生針茅(圖2)均表現(xiàn)出草地環(huán)境越接近且寒旱程度愈高，AM真菌群落相似度越大、親緣關系相對越高的趨勢，說明草地環(huán)境對AM真菌群落的影響較大。

2.2不同類型草地AM真菌生存與繁殖能力及其變化

孢子密度是表征AM真菌群落生存狀態(tài)的重要指標。西藏高原生態(tài)條件下，不同類型草地中AM真菌孢子密度顯著不同，從藏東南到藏西北總體表現(xiàn)出不同程度的上升趨勢，并以藏北高寒草甸草原、高寒草原孢子密度最大，而隨海拔和寒旱程度的加劇，至藏西北高寒荒漠草原、高寒荒漠孢子密度的增加趨于顯著下降(圖3)。

從分離頻度看，共有屬中Glomus屬均為優(yōu)勢屬，Acaulospora屬則僅為部分草地優(yōu)勢屬；Scutellospora屬見于6類草地，亦具較強的環(huán)境適應能力；其余各屬則僅見于1—3類草地，環(huán)境適應能力弱或極弱(圖3)。

圖2　不同草地中青藏高原特有種紫花針茅、廣譜種沙生針茅AM真菌群落相似性Fig.2　 Community similarity of the AM fungi endemic species Stipa purpurea and the broad-spectrum Stipa glareosa in different grasslands of the Qinghai-Tibetan Plateau

圖3　不同類型草地AM真菌孢子密度、相對多度和分離頻度Fig.3　Spore density, relative abundance and isolation frequency of the AM fungi in different types of grasslands

2.3不同類型草地AM真菌物種多樣性及其變化

從藏東南到藏西北，AM真菌Shannon-Weiner指數(shù)在總體上雖趨顯著下降，但下降過程表現(xiàn)出很大的波動性。從熱性草叢到溫性荒漠，Shannon-Weiner指數(shù)從最高降至最低，之后即呈不同程度的回升，但回升幅度隨草地寒旱程度的加劇而下降(圖4)。

共有屬對AM真菌物種多樣性均具重要貢獻。統(tǒng)計分析表明，Acaulosporas、Glomus屬種數(shù)與Shannon-Weiner指數(shù)均呈極顯著正相關(r值分別為0.794**、0.890**)，Acaulosporas、Glomus屬相對多度則與Shannon-Weiner指數(shù)分別呈極顯著正相關和負相關(r值分別為0.869**、-0.888**)。各類草地中，Glomus屬真菌Shannon-Weiner指數(shù)所占比重不僅均遠高于Acaulospora屬，且所占比重亦基本隨草地旱寒程度的增加而提高，Acaulospora屬則相反。其它各屬在所涉及的草地中亦表現(xiàn)出一定的規(guī)律(圖4)?？梢?，同類草地各屬AM真菌間、各類草地同屬AM真菌間Shannon-Weiner指數(shù)均不同，Glomus屬真菌在很大程度上影響并決定著AM真菌的物種多樣性。

圖4　不同類型草地AM真菌Shannon-Weiner指數(shù)及各屬所占比例Fig.4　The Shannon-Weiner index and the proportion of AM fungi in different types of grasslands

2.4AM真菌優(yōu)勢種、特有種與共有種及其變化

優(yōu)勢種、特有種和共有種體現(xiàn)著生物群落中的不同或相同個體對環(huán)境適應能力的差異。西藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)中，AM真菌優(yōu)勢種、特有種、共有種分別占AM真菌總數(shù)的13.6%、54.2%和5.1%，并均以Glomus屬真菌為主；不同類型草地中，AM真菌優(yōu)勢種、特有種和共有種所占比例分別在4.2%—25.0%、0—33.3%、11.5%—30.0%之間(表2)。地理分布上，從藏東南到藏西北，AM真菌群落中的優(yōu)勢種、共有種所占比例在總體上均趨于增加；特有種則有所不同(溫性荒漠未見分布)，由高寒草甸草原向水熱環(huán)境的兩極(特別是寒旱程度高的藏西北區(qū)域)均趨于下降。

孢子密度、Shannon-Weiner指數(shù)在總體上呈優(yōu)勢種>共有種>特有種的趨勢；從藏東南到藏西北，不同類型草地優(yōu)勢種、共有種孢子密度、Shannon-Weiner指數(shù)在總體上均趨于不同程度的提高；特有種則在總體上表現(xiàn)出藏北>藏東南>藏中>藏西北的趨勢(圖5)。

圖5　不同草地AM真菌優(yōu)勢種、特有種、共有種變化Fig.5　The changes of the dominant, endemic and common species in different types of grasslands同類草地不同小寫字母表示差異顯著性達5%水平

同類草地、不同草地中，優(yōu)勢種、共有種Shannon-Weiner指數(shù)均不同，如共有種Shannon-Weiner指數(shù)在總體上表現(xiàn)出G.geosporum>G.aggregatum>A.laevis的趨勢。見，即使是共有種，其物種多樣性及在群落中的作用亦受草地環(huán)境的強烈影響(圖6)。

圖6　不同草地AM真菌優(yōu)勢種、共有種H值所占比重　Fig.6　The proportions of H value of the AM fungi dominant species, common species in different types of grasslands

2.5環(huán)境與土壤因子對AM真菌地理分布的影響

CCA分析結果表明，第一軸和所有軸蒙特卡羅檢驗的P值均<0.01，第一軸和第二軸的解釋量分別為3.4%和2.6%。海拔、土壤pH值、有效磷和有機碳對AM真菌的群落均具顯著影響。其中，海拔是影響AM真菌群落的主要因素(圖7)。

圖7　不同類型草地土壤中AM真菌物種組成與環(huán)境因子的CCA排序Fig.7　The composition of the AM fungi species and the CCA sequencing in different types of grasslands

環(huán)境因子對AM真菌種數(shù)、孢子密度和Shannon-Weiner指數(shù)均具重要影響，環(huán)境因子對Acaulospora屬的影響顯著高于Glomus屬(表4)。

3討論

生物群落結構、種群組成、物種多樣性及其差異是反映生物地理分布的重要指標[31]。從整體看，西藏高原環(huán)境并不利于AM真菌的種群發(fā)展，不同類型草地AM真菌種數(shù)均較少，藏東南熱性草叢AM真菌種數(shù)亦僅為其它地區(qū)多類生態(tài)系統(tǒng)平均種數(shù)的52.6%[32]。但是，西藏高原不同草地生態(tài)系統(tǒng)AM真菌的群落組成、物種多樣性顯著不同。AM真菌的群落形成受菌絲擴散[33]和自然擴散[13]的嚴重限制，人為因素(尤其是農(nóng)業(yè))則是推動其孢子擴散的主要原因[13]。從藏東南到藏西北，不同草地間崇山阻隔，彼此處于相對隔離的狀態(tài)，加之地廣人稀(藏北、藏西北地區(qū)多屬“無人區(qū)”)，人類干擾極為有限或無干擾，多類草地尚處于原生狀態(tài)，阻斷了AM真菌的人為擴散過程。近年研究表明，資源的限制是菌根共生體產(chǎn)生局域適應性的主要驅動力[34]，盡管地理距離、土壤溫度和濕度、植物群落類型等對AM真菌分布、群落結構均具重要影響，但生境(地理距離、土壤溫度和濕度)或擴散限制的影響對AM真菌的群落形成可能更具重要作用[17]。新近基于全球采樣和高通量測序分析，研究者發(fā)現(xiàn)不同的地史成因亦影響并決定著AM真菌的地理分布[10]。因此，受生境和擴散限制的影響，西藏高原不同類型草地中AM真菌群落組成的顯著差異應主要在于不同環(huán)境中AM真菌的自然進化。而在崇山阻隔，草地環(huán)境差異懸殊的條件下，部分草地間AM真菌屬的構成相同、共有種所占比例很大(如暖性草叢、高寒荒漠草原間共有種分別占45.8%、73.3%、溫性荒漠、高寒荒漠間共有種分別占54.5%、60.0%)的現(xiàn)象(表1)，亦在一定程度上體現(xiàn)了西藏高原不同類型草地中AM真菌的平行進化過程。與此同時，宿主植物顯著的地理分布特征，以及其對AM真菌所具有的一定程度的選擇性[14]，亦可能是影響西藏高原AM真菌地理分布格局的重要因素。

一般而言，在影響AM真菌群落結構的諸多土壤因子中，土壤pH、土壤有機質、土壤有效磷的影響最為顯著[35]。一些研究甚至認為，由于土壤pH決定著植物群落的構成，因而對AM真菌群落、菌絲生長亦具有關鍵影響[36-37]，通過土壤pH變化可以預測AM真菌群落的變化[38]。一些研究則發(fā)現(xiàn)，溫度、降水量對AM真菌群落及菌絲發(fā)育具有重要影響[39- 40]。本研究中，相對于土壤環(huán)境變量，海拔對AM真菌群落的影響最為顯著。

表4　環(huán)境因子對AM真菌種數(shù)、種的豐度和Shannon-Weiner的影響

有關研究表明，影響AM真菌群落的多種因素沿海拔梯度所產(chǎn)生的相應變化均可能影響AM真菌的功能和組成[25]，其中溫度的影響至關重要[41]，海拔梯度主要通過影響溫度、降水量而影響植物群落和AM真菌的群落分布[41]。最近幾年，國內一些研究者對藏東南色季拉山等高大山體開展了研究，發(fā)現(xiàn)并證實海拔所導致的溫度和降水量變化對AM真菌群落組成具有顯著影響[25- 26]。盡管本研究所涉及的草地類型、地域多而廣泛，但從藏東南到藏西北草地類型遞變的實質是由于海拔高度的逐步提升所導致的溫度、降水量的不斷下降，這不僅決定著植物群落的組成，對土壤的形成與發(fā)育亦具深刻影響。因此，沿這一環(huán)境梯度，由于氣候漸由潮濕向濕潤、半干旱、干旱類型過渡，在植物多樣性、資源生產(chǎn)力漸趨降低[30]的同時，土壤環(huán)境亦發(fā)生著相應的變化。如從藏東南到藏西北，隨海拔和干旱程度的不斷提高，土壤鈣積過程、鹽堿化過程均呈不同程度的提高，其結果是導致土壤pH值的不斷提高。統(tǒng)計分析表明，本研究中海拔與土壤pH值的相關系數(shù)為0.735**，海拔與土壤有效磷、有機碳含量的相關系數(shù)分別為-0.631*、-0.719**，這是導致從藏東南到藏西北AM真菌種的豐度，特別是種數(shù)、Shannon-Weiner指數(shù)在總體上趨于顯著下降、孢子密度趨于顯著提高的主要原因。但從局部看，環(huán)境條件相對較好的西藏中部草地AM真菌種的豐度、多樣性指數(shù)不同程度的低于藏北、藏西北草地，則與該區(qū)域草地退化嚴重、植被蓋度低有關[42-43]?？梢?，海拔主導下的水熱環(huán)境所導致的土壤環(huán)境變化的綜合作用在整體上影響并決定著西藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)中AM真菌的地理分布，從藏東南到藏西北AM真菌物種多樣性雖趨顯著下降，但長期的自然進化則使AM真菌主要通過強化繁殖與產(chǎn)孢的策略提高其生存與抗逆能力。蓋京蘋等對藏中、藏北草地的研究亦有AM真菌孢子密度、Shannon-Weiner指數(shù)隨草地寒旱程度提高分別表現(xiàn)出增、減趨勢[44]的類似結果。但土壤pH值與孢子密度、物種多樣性分別呈正相關和極顯著負相關的結果則與其它研究完全不同[45-46]。需要強調的是，盡管隨不同類型草地海拔高度的變化，氣溫、降雨量、植物類型、土壤性質等均會發(fā)生相應變化，但對此問題的上述討論僅僅是基于一般科學原理的推測，尚缺乏全面、具體的數(shù)據(jù)支撐，如果能進一步了解西藏高原環(huán)境，特別是水、熱梯度變化對AM真菌群落的影響，將有助于深入理解AM真菌群落沿海拔梯度變化的實質和地理分布特征。

從藏東南到藏西北，各類草地優(yōu)勢種和共有種所占比例、優(yōu)勢種和共有種Shannon-Weiner指數(shù)在總體上均趨于不同程度的提高，這是AM真菌對逆境適應策略的另一重要體現(xiàn)。特有種是生物群落中對特定環(huán)境具有特殊適應能力的種。Zinger等研究發(fā)現(xiàn)，盡管高山土壤中真菌群落受生境的影響，但僅有少數(shù)幾個種屬于特有種[23]。本研究中，除溫性荒漠未見分布，其它7類草地特有種比例高達10%—33.3%。但沿藏東南到藏西北環(huán)境梯度，特有種所占比例、Shannon-Weiner指數(shù)并未表現(xiàn)出隨草本植物、青藏(西藏)高原特有植物種比例增加而提高的趨勢。

對群落相似度的有關研究發(fā)現(xiàn)，洲際尺度上AM真菌的群落相似度無顯著差異，而在全球大尺度背景下，隨著地理距離的增加，AM真菌的群落相似度下降[17]。本研究則表明，西藏高原環(huán)境對AM真菌群落及物種多樣性具有很大影響，群落相似度在區(qū)域尺度上即已表現(xiàn)出明顯差異。從藏東南到藏西北，由于環(huán)境對AM真菌群落的影響逐步增大，群落演替過程不斷加快，Jaccard相似性系數(shù)從0.52降至0.20。不同草地中的同種植物(包括廣譜種、青藏高原特有種)AM真菌群落相似度亦明顯不同，亦說明生境對AM真菌群落的影響較大?？梢姡S草地旱寒程度的提高，環(huán)境條件的逐步惡化抑或生存壓力的不斷強化是推動植物、AM真菌協(xié)同進化的關鍵因素。

西藏高原獨特的地史成因和生物進化過程對研究AM真菌的地理分布問題提供了一個重要平臺。但是，基于AM真菌形態(tài)學鑒定所得出的本項研究結果具有一定的局限性。因此，利用分子生物學方法系統(tǒng)地開展此類研究，對深入理解并揭示西藏高原AM真菌的地理分布，預測AM真菌群落變化對高原環(huán)境的影響與作用等均具重要意義。

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Geographical distribution of arbuscular mycorrhizal fungi in the grassland ecosystems of the Tibetan Plateau

CAI Xiaobu*, PENG Yuelin

AgriculturalandAnimalHusbandryCollegeofTibetUniversity,Linzhi860000,China

Abstract：The Tibetan plateau is a unique geographical unit that plays important roles in the formation and evolution of biological species. On the basis of spore morphology, we preliminarily investigated arbuscular mycorrhizal (AM) fungal communities in tropical tussock (TT), warm tussock (WT), temperate desert steppe (TDS), temperate desert (TD), alpine meadow steppe (AMS), alpine steppe (AS), alpine desert (AD), and alpine desert steppe (ADS) environments in southeastern to northwestern Tibet (altitude > 3500 m; mean annual temperature difference > 20 ℃; mean annual amount of precipitation difference > 800 mm), including plateau tropic, subtropic, temperate, subfrigid, and frigid zones. The results showed that the community similarity of AM fungi in different types of grasslands was generally low, and the type of environment had an important effect on the AM fungal community. Community similarity of AM fungi in different types of grassland demonstrated a decreasing trend from southeastern to northwestern Tibet (Jaccard similarity coefficient decreased from 0.52 to 0.20). Changes in the composition and structure of the AM fungal community increased gradually. AM fungal community similarity for the same plant species (including a broad spectrum of species and species endemic to the Qinghai-Tibetan Plateau) in different grasslands was also different. With a gradually aggravated degree of cold and drought in the grasslands along the environmental gradient from southeastern to northwestern Tibet, the abundance of AM fungi species, especially the number of species, showed significantly decreasing trends, according to the Shannon-Weiner index (P<0.05). At the same time, spore density demonstrated dramatically increasing trends, and the proportion of dominant species in relation to the Shannon-Weiner index also showed a tendency to increase. This indicated that although the diversity of AM fungi showed decreasing trends, their survival and adaptability to the environment tended to improve. The effects of altitude, soil pH, effective phosphorus, and organic carbon content on AM fungal communities were significant, whereas the effects of altitude on the hydrothermal environment determined the changes in the soil environment. Therefore, AM fungal community composition was determined by the comprehensive effects of a dramatic increase in pH and soil organic carbon and a dramatic decrease in effective phosphorus content due to the gradually increasing altitude and degree of cold and drought. Our results have an important reference value for the further understanding of the production and maintenance of organism diversity in the Tibetan Plateau.

Key Words:AM fungi, species diversity, geographical distribution of organisms, grassland ecosystem, Tibetan Plateau

基金項目:國家自然科學基金資助項目(41161043, 41461054)

收稿日期:2014- 11- 19; 網(wǎng)絡出版日期:2015- 10- 10

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: xbcai21@sina.com

DOI:10.5846/stxb201411192291

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