李 朕，高聰輝，吳 娜，趙雅名

(山西大同大學生命科學學院，山西大同037009)

自然界超過80%的植物都能夠與菌根真菌形成互利共生結構，稱為菌根[1]。在農林生態(tài)系統(tǒng)中，菌根真菌能夠與農作物、園藝作物、林木以及牧草等植物形成共生，對農林牧業(yè)發(fā)展十分重要。該類真菌主要生活在植物的活根中，能增強植物根系對水分和某些礦物質的吸收，促進植物產生生長素、細胞分裂素、抗生素等代謝產物，促進植物生長，從而提高宿主植物在多種逆境下的生存能力。同時，宿主植物為菌根真菌提供了良好的生長環(huán)境和賴以生存的有機營養(yǎng)。此外，菌根真菌對于環(huán)境的適應性極強，在各種陸地環(huán)境、水生態(tài)環(huán)境，甚至嚴重污染的生態(tài)環(huán)境中的分布均有報道[2]。

外生菌根真菌（ectomycorrhizal fungi，ECMF）菌絲能夠在植物根系表面形成致密的菌套（圖1 A），于根系細胞壁間生成哈蒂氏網(wǎng)。據(jù)報道已知可生成外生菌根的真菌約有34 科近百個屬，中國約有28 科63 屬，估計有千余種。近些年發(fā)現(xiàn)的深色有隔內生真菌（dark separated endophytes，DSE）有與ECMF 相似的生長特性，被部分學者認為是菌根的新類別。DSE也是一類與植物根系互利共生的內生真菌，在根系內形成微菌核和有隔的菌絲（圖1 B），能幫助植物在多種逆境中生存，并能夠抑制多種病害的侵染。

圖1 ECMF侵染的根尖（A）和DSE微菌核（B）

ECMF 和DSE 能夠通過直接和間接的方式幫助宿主植物在絕大多數(shù)生境中定植和生長。菌根真菌能夠通過改善宿主植物水分狀況，改善營養(yǎng)元素的吸收狀況，以及調節(jié)抗氧化物質、滲透調節(jié)物質的合成等，幫助宿主植物在多種逆境中生存繁殖[3]。ECMF 的外生菌絲能夠擴大植物對水分和營養(yǎng)元素的吸收面積，促進其對干旱、鹽堿等的耐性[4]。其次，ECMF 能夠在根系表面形成致密的菌套，在根系皮層細胞外形成哈蒂氏網(wǎng)，對病原菌、有毒有害物質入侵形成了兩層物理屏障。此外，ECMF 和DSE 的分泌物，既能夠改善土壤環(huán)境，又能夠對一些病原菌形成拮抗作用，提高宿主的抗病性。在各種脅迫環(huán)境中，均能夠觀察到菌根真菌的分布，尤其在生態(tài)嚴重破壞環(huán)境中，如森林火災、火山噴發(fā)后的生態(tài)環(huán)境中，菌根真菌對其生態(tài)的恢復至關重要[5]。

此外，菌根真菌能夠對所處生態(tài)環(huán)境中的微生物、植物以及動物群落多樣性產生影響。龐大的菌根網(wǎng)絡可以為土壤提供約相當于凋落物40%的C，這些有機質成為土壤微生物的主要C 源，直接影響土壤中微生物的構成和數(shù)量[6]。ECMF 和DSE 分泌物能夠抑制病原菌，影響微生物群落的構成。其次，菌根真菌促進植物的生長，通過植物間接影響根際微生物的多樣性。菌根真菌對植物病原真菌和線蟲有明顯的抑制作用。菌根真菌也對土壤團聚體的形成和穩(wěn)定起著重要的作用，可以促成灰土的生成。菌根真菌的類型和數(shù)量可以指示生態(tài)系統(tǒng)中自然或人為活動引起的變化，在生態(tài)系統(tǒng)保護、恢復或重建過程中起著重要作用。

植物的定植、生長，以及土壤微生物、植被和昆蟲的群落多樣性與菌根真菌密切相關。通過對大同大學校園植物菌根真菌侵染狀況進行調查，對植被和土壤健康狀況進行評估，對于校園植被維護和種植具有極大的意義。且該研究對校園ECMF和DSE真菌分離、鑒定和利用提供了參考。

1 材料與試驗方法

1.1 樣地選擇

在大同大學校園內選取了4個樣地，分別為明達樓北側花園（S1）、博雅樓南側花園（S2）、圖書館南側綠地（S3）和醫(yī)學院北側花園（S4）。

1.2 試驗材料

試驗材料為大同大學校園內主要林木根系，主要選擇了5 種林木，分別為丁香（Syringa oblateLindl）、國槐（Sophora japonicaLinn.）、圓柏（Sabina chinensisAnt.）、新疆楊（Populus bolleanaLauche）和云杉（Picea asperaMast.）。

1.3 樣品采集

在每個樣地中，對于5種林木，分別隨機選取3棵健康植株。分4 個方向，在離主根大約半米遠，盡量不破壞主根，去除表層5 cm 腐殖質層，采集15 ～35 cm深處的根系。將同一地點、同一棵植物根系樣品分別混合，作為一個樣品，裝入采樣袋用于菌根真菌侵染率的測定。

1.4 實驗方法

根系處理方法如圖2。根系處理好之后，選取直徑小于2 mm的根系剪成大約1 cm長的小段。每個樣品隨機選取50 個根段，壓片后在光學顯微鏡下觀察，按照放大十字交叉法統(tǒng)計并計算ECMF和DSE侵染率。

圖2 根系處理方法

1.5 數(shù)據(jù)處理

實驗最終結果為各組的平均值±標準差，利用Excel 2016中的t-test功能對不同處理組間進行差異顯著性分析，STDEV.P函數(shù)對其進行誤差分析。

2 實驗結果

2.1 ECMF分布狀況

結果表明，ECMF 侵染率最高出現(xiàn)在S1、S4 樣地的丁香和S3 樣地的新疆楊，均在80%以上。最低出現(xiàn)在S2樣地的國槐，為12.3%。4個樣地間，新疆楊根系ECMF 侵染率波動最大（S3 樣地侵染率86.7%和S2 樣地侵染率25.1%），達到61.1%。4 個樣地間，云杉根系ECMF侵染率波動最小。方差分析結果表明，ECMF 侵染率在樣地間、物種間的差異均顯著，而二者間交互作用不明顯。見圖3。

圖3 4個樣地、5種植被間ECMF侵染率

2.1.1 ECMF在物種間的差異

忽略樣地間差異，對不同植被根系ECMF 侵染率進行統(tǒng)計，結果如圖4。5 種植物根系ECMF侵染率為丁香＞云杉＞新疆楊＞國槐＞圓柏，且丁香根系ECMF 侵染率最高，為66.7%，顯著高于其它4 種植物。新疆楊與云杉、國槐與圓柏之間侵染率無顯著差異，但新疆楊與云杉顯著高于國槐與圓柏。方差分析結果表明，ECMF 侵染率在物種間的差異顯著。

圖4 不同植被間根系ECMF侵染狀況

2.1.2 ECMF在樣地間的差異

忽略物種間差異，對不同樣地制備根系ECMF侵染率進行統(tǒng)計，結果如圖5。忽略植被物種的影響，樣地間ECMF侵染率不存在顯著差異。

圖5 不同樣地間ECMF侵染率

2.2 DSE分布狀況

DSE 侵染率最高出現(xiàn)在S1 和S2 樣地的國槐根系，為4.4%和3.4%，均顯著高于其它樣地和其它植被。而4 個樣地云杉根系中均未觀察到DSE。4 個樣地間，國槐根系DSE 侵染率波動最大，從S2 樣地的4.4%到S4 樣地的0%。DSE 侵染水平均較低，最高為4.4%，比ECMF 的最低值12.3%也低很多，這是由于2 種真菌不同的生活特性導致的。方差分析表明，DSE 侵染率在樣地間、物種間的差異均顯著，而二者間交互作用不明顯。

圖6 4個樣地、5種植被間DSE侵染率

2.2.1 DSE在物種間的差異

忽略樣地間差異，對不同植被根系DSE侵染率進行統(tǒng)計，結果如圖7。5 種植物根系DSE 侵染率為國槐＞丁香＞新疆楊=圓柏＞云杉，國槐根系DSE侵染率最高，為2.1%，顯著高于其它4種植物。圓柏與新疆楊間DSE侵染率沒有顯著差異，云杉侵染率為0%。方差分析表明，DSE 侵染率在物種間的差異顯著。

圖7 不同物種間DSE侵染率

2.2.2 ECMF在樣地間的差異

忽略物種間差異，對不同樣地制備根系ECMF侵染率進行統(tǒng)計，結果如圖6。結果表明，忽略植被物種的影響，樣地間ECMF侵染率不存在顯著差異。

圖8 不同樣地間DSE侵染率

3 分析與討論

研究發(fā)現(xiàn)ECMF和DSE侵染在不同物種間存在較大差異?？梢孕纬赏馍乃拗髦参镏饕邪乜啤⑺煽?、楊柳科、樺木科等34 科百余屬植物。喬灌木以及一些草本植物主要生成AMF，喬木觀賞植物如落葉松、云杉等主要形成ECMF 和AMF，不同植物ECMF形態(tài)有較大差異[7]。

我們還發(fā)現(xiàn)，忽略樣地及植被的差異，ECMF侵染率比DSE要高得多，這可能與菌絲侵染林木根系的方式有關。ECMF是以菌絲在根系表面形成致密的菌套，同時在根系皮層細胞外形成哈蒂氏網(wǎng)，代替根毛攝取營養(yǎng)并供給植物。而DSE 菌絲要侵入根部皮層細胞，形成微菌核結構，有明顯的隔膜。微菌核是由細胞壁加厚的膨大的細胞緊密堆積形成，形狀大小不一。ECMF 菌絲不伸入植物皮層細胞內部，侵染植物根系較容易。

不同地區(qū)的侵染率也存在較大差異，這可能與土壤理化性質有關。楊韌等在研究陜北不同地區(qū)根際真菌的資源與分布以及與土壤理化性質關系中發(fā)現(xiàn)，菌根侵染率和油松根部真菌資源分布受不同土壤理化性質的影響，其中ECMF和DSE侵染水平與多數(shù)土壤理化性質顯著相關[8]。方燕等研究叢枝菌根真菌時也發(fā)現(xiàn)土壤有機質和速效氮對菌根侵染率的影響呈正效應[9]。因此土壤理化性質是影響侵染率的重要因素之一。褚洪龍等研究表明不同樣區(qū)的真菌群落多樣性和土壤酶活存在差異，土壤含水量與真菌群落多樣性和土壤酶活密切相關[10]?？傊匀粭l件下土壤中各種營養(yǎng)元素與有機質含量是影響菌絲侵染狀況的重要因素，菌根真菌對植被侵染的強弱受土壤各種理化性質的限制，從而導致4個樣地間侵染率存在明顯差異。

本研究對于山西大同大學校園植被的維護和種植具有指導意義。同時，該研究對校園ECMF和DSE真菌分離、鑒定和利用提供了研究基礎。