尚昆 石磊 李海波 姚莉梅 周光榮 江龍

(貴州大學(xué)，貴陽(yáng)，550025) (貴州梵凈山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局) (貴州大學(xué))

叢枝菌根(AM)真菌起源于4.6億a前奧陶紀(jì)[1]，能與80%以上的陸生植物根系形成互惠共生關(guān)系[2]，廣泛分布于森林、草地、濕地、沙漠、極地、農(nóng)田等各種陸地生境，是“唱響生物共生交響曲的主角”[3]。尤其是AM真菌多樣性，在促進(jìn)和提高植物群落的多樣性、穩(wěn)定性和生產(chǎn)力等方面具有獨(dú)特生態(tài)功能[4]。研究表明，海拔[5]、土壤[6-7]等環(huán)境因子顯著影響AM真菌物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。梵凈山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于貴州省東北部，是武陵山脈主峰，具有地球同緯度帶上保存最為完好的森林生態(tài)系統(tǒng)[8]，是中亞熱帶-中溫帶生態(tài)系統(tǒng)中垂直分布植被帶生物多樣性的典型代表[9]，AM真菌物種極其豐富[10-11]，自山麓到山頂有2 000 m的海拔落差，是研究海拔對(duì)AM真菌物種多樣性影響的極佳樣地。

本文采集梵凈山不同海拔的植物根際土壤，分離AM真菌孢子，通過(guò)比較形態(tài)學(xué)法鑒定其種類(lèi)，分析海拔對(duì)AM真菌物種多樣性的影響，旨在為中亞熱帶-中溫帶生態(tài)系統(tǒng)中垂直分布植被帶AM真菌物種多樣性研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

2018年10月，在梵凈山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)5個(gè)海拔梯度(500～600、900～1 000、1 300～1 400、1 700～1 800、2 100～2 200 m)采集植物根際土壤，每個(gè)海拔梯度垂直間隔20～30 m確定3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)水平間隔20 m，采集3份土樣，共45份土樣。采集時(shí)，先去除土壤表面的雜草、落葉，然后采集土層深度5～30 cm的植物根際土壤，每份土樣采集2 kg，置于室內(nèi)通風(fēng)處自然風(fēng)干后，于冰箱中4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 AM真菌孢子的分離與形態(tài)鑒定

稱(chēng)取20 g風(fēng)干土樣，采用濕篩傾注-蔗糖離心法[12]分離AM真菌孢子。用Olympus SZX16體式顯微鏡挑取形態(tài)相對(duì)完整、具有代表性的幼齡以及成熟孢子，在Olympus BX53生物顯微鏡下觀察其顏色、大小、形態(tài)、內(nèi)含物、孢子壁層數(shù)和厚度、連孢菌絲的形態(tài)特征以及在染色試劑(Melzer’s、棉藍(lán)等)下的反應(yīng)等特征。

根據(jù)AM真菌分類(lèi)專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站(http://www.amf-phylogeny.com/)和相關(guān)INVAM網(wǎng)站(http://invam.wvu.edu/home)、波蘭農(nóng)業(yè)大學(xué)(http://www.zor.zut.edu.pl/)、Mycobank數(shù)據(jù)庫(kù)(http://mycobank.org/)的種類(lèi)描述，參閱本實(shí)驗(yàn)室的AM真菌資源進(jìn)行種屬鑒定。

1.3 AM真菌多樣性指數(shù)測(cè)定方法

按上述孢子分離方法，每個(gè)土樣重復(fù)3次測(cè)定以下指標(biāo)。

孢子密度(Ds)：20 g風(fēng)干土樣中孢子的總數(shù)。

物種豐富度(Rs)：該采樣點(diǎn)20 g土樣中含有的AM真菌種類(lèi)數(shù)。

相對(duì)多度(Ar)：該采樣點(diǎn)某種孢子數(shù)占該采樣點(diǎn)總孢子數(shù)的比例。

相對(duì)頻度(Fr)：(某個(gè)種的頻度/所有種的頻度總和)×100%。

重要值(I)：頻度和相對(duì)多度的平均值，I=(Fr+Ar)/2。

采用R 3.5.3軟件計(jì)算多樣性指數(shù)Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(J)。Shannon-Wiener指數(shù)(H)，為該海拔梯度中AM真菌群落的復(fù)雜程度；Simpson指數(shù)(D)，為每個(gè)海拔梯度土樣中隨機(jī)抽取兩個(gè)AM真菌孢子不屬于同種AM真菌的概率；Pielou均勻度指數(shù)(J)，為每個(gè)海拔梯度不同AM真菌在數(shù)量上的接近程度[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌種類(lèi)

梵凈山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)AM真菌種類(lèi)豐富，對(duì)不同海拔45份土壤樣品進(jìn)行鑒定，共確定出AM真菌物種3目4科6屬23種(見(jiàn)表1、圖1)，占球囊菌門(mén)已知目的75%、科的36%、屬的16%。

表1 AM真菌物種

2.2 不同海拔AM真菌屬種多樣性

梵凈山AM真菌群落分布與海拔密切相關(guān)，海拔不同，優(yōu)勢(shì)屬、種均不同(見(jiàn)表2)。

海拔2 100～2 200 m，分布有無(wú)梗囊霉屬*、雙型囊霉屬和巨孢囊霉屬；物種9種，依重要值從大到小依次為細(xì)凹無(wú)梗囊霉*、柯氏無(wú)梗囊霉*、蜜色無(wú)梗囊霉*、光壁無(wú)梗囊霉、大型無(wú)梗囊霉、網(wǎng)紋雙型囊霉、細(xì)小無(wú)梗囊霉、波狀無(wú)梗囊霉、球狀巨孢囊霉(*為優(yōu)勢(shì)屬種)。

海拔1 700～1 800 m，分布無(wú)梗囊霉屬*、雙型囊霉屬、巨孢囊霉屬和球囊霉屬；物種10種，依重要值從大到小依次為小果球囊霉*、網(wǎng)紋雙型囊霉、雙網(wǎng)無(wú)梗囊霉、疣狀無(wú)梗囊霉、細(xì)齒無(wú)梗囊霉、柯氏無(wú)梗囊霉、蜜色無(wú)梗囊霉、波狀無(wú)梗囊霉、球狀巨孢囊霉、網(wǎng)狀球囊霉(*為優(yōu)勢(shì)屬種)。

海拔1 300～1 400 m，分布有球囊霉屬*、無(wú)梗囊霉屬、隔球囊霉屬、硬囊霉屬、雙型囊霉屬、巨孢囊霉屬；物種10種，依重要值從大到小依次為叉狀隔球囊霉*、懸鉤子硬囊霉*、小果球囊霉、大果球囊霉、柯氏無(wú)梗囊霉、長(zhǎng)孢球囊霉、網(wǎng)紋雙型囊霉、大型無(wú)梗囊霉、蜜色無(wú)梗囊霉、球狀巨孢囊霉(*為優(yōu)勢(shì)屬種)。

圖1 AM真菌種類(lèi)

海拔900～1 000 m，分布有硬囊霉屬*、球囊霉屬*、隔球囊霉屬、無(wú)梗囊霉屬、雙型囊霉屬；物種9種，依重要值從大到小依次為懸鉤子硬囊霉*、小果球囊霉*、叉狀隔球囊霉*、卷曲球囊霉、蜜色無(wú)梗囊霉、大型無(wú)梗囊霉、網(wǎng)紋雙型囊霉、臺(tái)灣硬囊霉、縮隔球囊霉、雙網(wǎng)無(wú)梗囊霉(*為優(yōu)勢(shì)屬種)。

海拔500～600 m，分布有硬囊霉屬*、球囊霉屬*、隔球囊霉屬、巨孢囊霉屬、無(wú)梗囊霉屬；物種9種，依重要值從大到小依次為懸鉤子硬囊霉*、叉狀隔球囊霉*、小果球囊霉、卷曲球囊霉、黑孢球囊霉、楓香硬囊霉、球狀巨孢囊霉、蜜色無(wú)梗囊霉、臺(tái)灣硬囊霉(*為優(yōu)勢(shì)屬種)。

表2 不同海拔AM 真菌物種相對(duì)頻度(Fr)、相對(duì)多度(Ar)和重要值(I)

續(xù)(表2)

隨海拔降低，AM真菌優(yōu)勢(shì)群落由無(wú)梗囊霉屬轉(zhuǎn)變?yōu)榍蚰颐箤?，再轉(zhuǎn)變?yōu)橛材颐箤?；只有蜜色無(wú)梗囊霉分布各個(gè)海拔，網(wǎng)紋雙型囊霉、球狀巨孢囊霉、小果球囊霉分布較廣，近半數(shù)種(11種)僅分布于某一海拔。另外，由表3可見(jiàn)，隨著海拔的降低，AM真菌物種多樣性指數(shù)顯著下降，孢子密度也有所下降。說(shuō)明梵凈山的海拔落差，顯著影響AM真菌物種多樣性。

表3 不同海拔梯度生物多樣性指數(shù)

注：數(shù)據(jù)后，同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P≤0.05)。

3 討論

研究表明，在一定程度上，植物多樣性決定了AM真菌多樣性。隨著植物物種的演化和分化，AM真菌物種豐富度逐漸增加。植物種類(lèi)，甚至不同品種、生態(tài)型都影響AM真菌的群落組成和多樣性[4，14-16]。梵凈山森林覆蓋率達(dá)96%，自山麓到山頂?shù)暮０温洳? 000 m，具有中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶和中溫帶垂直氣候帶，具有常綠闊葉林帶、常綠-落葉闊葉混交林帶、落葉闊葉林帶、亞高山針闊混交林(含苔蘚矮林)帶、亞高山灌叢草甸帶，是中亞熱帶-中溫帶生態(tài)系統(tǒng)的典型代表[9]。梵凈山是熱帶植物北上和溫帶植物南下的植物區(qū)系的交匯地，擁有高等植物303科1 266屬3 728種[17]。本研究確定AM真菌6屬23種，種類(lèi)豐富，與該地區(qū)植物種類(lèi)多樣密切相關(guān)，結(jié)果充分說(shuō)明梵凈山植物種類(lèi)的多樣性是AM真菌物種多樣性的基礎(chǔ)[18-19]。

本研究發(fā)現(xiàn)，海拔顯著影響梵凈山AM真菌物種分布，海拔不同，優(yōu)勢(shì)屬、種均不同，并且海拔越高，AM真菌物種多樣性指數(shù)越高。梵凈山2 100～2 200 m海拔多為原生性植被，生態(tài)環(huán)境極少有人為擾動(dòng)[20]，這為AM真菌提供了良好的條件，在梵凈山海拔1 700～1 800 m范圍內(nèi)植被類(lèi)型為落葉闊葉林，主要建群植物為水青岡，其為非AM真菌共生植物，這是導(dǎo)致該區(qū)域AM真菌孢子密度較低的主要原因之一。在梵凈山海拔1 300～1 400 m及900～1 000 m區(qū)域主要是落葉闊葉混交林，植被、氣候等條件相差不大。在梵凈山海拔500～600 m區(qū)域主要分布暖性針葉林、常綠闊葉林以及毛竹林，袁騰等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在梵凈山山麓毛竹林下的AM真菌優(yōu)勢(shì)種為沙荒隔球囊霉與懸鉤子硬囊霉，本研究趨勢(shì)與之相同。

有研究指出，土壤pH是影響AM真菌多樣性分布的主要土壤因子[21]，球囊霉屬AM真菌能夠適應(yīng)較大范圍的土壤pH，但更多分布在堿性及中性的土壤中；而無(wú)梗囊霉屬AM真菌則主要分布于酸性土壤中[22-24]。舒錕等[25]研究表明，梵凈山土壤主要為酸性土壤，并且在梵凈山500～2 350 m海拔梯度范圍內(nèi)，土壤pH隨著海拔的上升而逐漸下降。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著梵凈山海拔的升高，AM真菌優(yōu)勢(shì)屬由硬囊霉屬和球囊霉屬逐漸變?yōu)闊o(wú)梗囊霉屬，即土壤pH的變化是影響梵凈山AM真菌多樣性的重要因子。

本研究證實(shí)了梵凈山AM真菌的分布和多樣性特征受海拔、土壤、植被等多種生態(tài)因子的影響，研究結(jié)果是對(duì)中亞熱帶-中溫帶生態(tài)系統(tǒng)中垂直分布植被帶AM真菌物種多樣性研究的有益補(bǔ)充。