金銀花根圍AM真菌分布與土壤碳氮關(guān)系

張翔鶴，賀學(xué)禮 ，王雷

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

金銀花根圍AM真菌分布與土壤碳氮關(guān)系

張翔鶴，賀學(xué)禮 ，王雷

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

為充分利用AM真菌資源促進(jìn)中藥材生長(zhǎng)，2010年7-12月，連續(xù)從河北省安國市藥材種植基地采集金銀花（Lonicerajaponica）根圍土壤樣品，系統(tǒng)研究了AM真菌時(shí)空分布及其與土壤碳氮含量的相關(guān)性.結(jié)果表明，金銀花能與AM真菌形成良好共生關(guān)系；AM真菌最大孢子密度為59.02g-1，最高定殖率為97%；孢子密度隨時(shí)間呈升-降趨勢(shì)，隨土層加深而遞減；總定殖率隨時(shí)間呈升-降趨勢(shì)，隨土層變化不顯著.總球囊霉素與孢子密度極顯著正相關(guān)；易提取球囊霉素與孢子密度、菌絲定殖率和總定殖率極顯著正相關(guān)，與泡囊定殖率極顯著負(fù)相關(guān).球囊霉素與土壤有機(jī)C和全N極顯著正相關(guān).結(jié)果說明，球囊霉素是土壤碳氮的重要來源，球囊霉素的積累效應(yīng)對(duì)土壤質(zhì)量提升有積極作用.

AM真菌；球囊霉素；時(shí)空分布；土壤碳氮含量；金銀花

AM（arbuscular mycorrhiza）真菌廣泛分布于陸地生態(tài)系統(tǒng)中，能與絕大多數(shù)植物形成共生關(guān)系，根外菌絲在土壤中形成龐大菌絲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有利于宿主植物根系吸收更多養(yǎng)分和水分，改善植物礦質(zhì)營養(yǎng)和水分代謝，提高植物抗旱性和成活率，促進(jìn)植株生長(zhǎng)［1-4］.球囊霉素（glomalin）是AM真菌分泌的一類含有金屬離子的糖蛋白，其生物學(xué)特性和理化性質(zhì)特殊，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中具有重要生態(tài)學(xué)功能［5］.研究表明，土壤有機(jī)C與球囊霉素有顯著正相關(guān)性［6-7］.隨著對(duì)球囊霉素的深入研究可進(jìn)一步明確AM真菌在生態(tài)系統(tǒng)中的功能和地位［7-11］.

金銀花（Lonicerajaponica）為忍冬科忍冬屬半常綠纏繞藤本，兼藥用、觀賞和園林綠化等功能為一身.其莖葉、花蕾及果實(shí)均可入藥，人們熟知的“銀翹解毒丸”、“銀黃口服液”，就是以金銀花為主要原料制成.金銀花根系發(fā)達(dá)，枝條多，葉面密度大，具有良好的水土保持功能.有關(guān)金銀花的研究主要集中在化學(xué)成分、藥理藥效等方面，而與其共生的AM真菌分布和活動(dòng)未見報(bào)道.

本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)金銀花根圍土壤樣品的采集和分析，研究了AM真菌和球囊霉素時(shí)空分布及其與土壤有機(jī)C和全N的關(guān)系，以便為充分利用AM真菌資源促進(jìn)中藥材生長(zhǎng)，深入研究土壤碳固持問題提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

安國市位于河北省中部太行山山麓平原，東經(jīng)115°20′，北緯38°24′，屬于半濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫12.2℃，≥10℃的積溫4 349℃，年均降水量570mm，年無霜期約210d，適合野生和人工栽培中藥材植物生長(zhǎng).

1.2 樣品采集

2010年7-12月，每月下旬在樣地內(nèi)隨機(jī)選取金銀花4株，在距植株0～30cm處挖土壤剖面，按0～10cm，11～20cm和21～30cm 3個(gè)土層采集土樣，每份土樣約1kg，編號(hào)裝袋密封，在實(shí)驗(yàn)室過2mm篩后，土樣用于土壤理化性質(zhì)和AM真菌孢子測(cè)定，根樣用于AM真菌定殖率測(cè)定.

1.3 測(cè)定方法

AM真菌定殖率按Philips和Hayman方法［12］測(cè)定，即定殖率＝（AM真菌感染根段數(shù)／檢查總根段數(shù)）×100%.從每份土樣中稱取20g風(fēng)干土，用濕篩傾析-蔗糖離心法［13］分離AM真菌孢子，在體視顯微鏡下記錄孢子數(shù)量，將每g風(fēng)干土中含孢量計(jì)為孢子密度.

土壤全N用半微量凱式定氮法測(cè)定［14］，土壤有機(jī)C用馬弗爐法測(cè)定［15］，土壤pH值用電位法測(cè)定.

球囊霉素按 Wright等［16］方法測(cè)定.易提取球囊霉素（EEG）：取1g風(fēng)干土于試管中，加入8mL、20mmol／L（pH 7.0）檸檬酸鈉浸提劑，在103kPa，121℃條件下連續(xù)提取30min后，在10 000g下離心15min，收集上清液；總球囊霉素（TG）：取1g風(fēng)干土于試管中，加入8mL，50mmol／L（pH 8.0）檸檬酸鈉浸提劑，在103kPa，121℃條件下連續(xù)提取60min，再重復(fù)提取2次，10 000g下離心15min，收集上清液.分別吸取上清液0.5mL加入5mL考馬斯亮藍(lán)G-250染色劑，在595nm波長(zhǎng)下比色.用牛血清蛋白標(biāo)液，考馬斯亮藍(lán)法顯色，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出球囊霉素含量.

采用Excel 2003和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 菌根結(jié)構(gòu)類型

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金銀花根系能與AM真菌形成良好共生關(guān)系，菌根結(jié)構(gòu)為疆南星型（Arum-type，A-型）.菌絲在宿主根皮層細(xì)胞間延伸生長(zhǎng)，形成大量胞間菌絲，并側(cè)向分支進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)育成典型叢枝結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙發(fā)育有泡囊（圖1）.

圖1 菌根形態(tài)結(jié)構(gòu)（×400）Fig.1 Mycorrhizal structure（×400）

2.2 AM真菌時(shí)空分布

由表1和表2可知，2010年7-12月，孢子密度隨時(shí)間呈升-降趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在9月，為59.02g-1，孢子密度隨土層加深而遞減；外生菌絲定殖率隨時(shí)間而下降，隨土層變化不顯著，最高定殖率為82.33%；泡囊定殖率隨時(shí)間而上升，隨土層遞減，最高為33.33%；叢枝定殖率較低，最高值小于3%，無明顯時(shí)空變化規(guī)律；內(nèi)生菌絲和總定殖率隨時(shí)間呈升-降趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在8月，隨土層變化不顯著.

表1 不同月份間AM真菌與土壤因子方差分析Tab.1 Multivariate analysis of variance for AM fungi and soil factors in the rhizosphere of host plant in different months

表2 不同土層間AM真菌與土壤因子方差分析Tab.2 Multivariate analysis of variance for AM fungi and soil factors in the rhizosphere of host plant in different soil layers

2.3 AM真菌和球囊霉素相關(guān)性分析

由表1，表2可知，總球囊霉素和易提取球囊霉素隨時(shí)間呈升-降趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在9月；總球囊霉素和易提取球囊霉素隨土層加深而遞減.相關(guān)性分析表明，總球囊霉素與孢子密度極顯著正相關(guān).易提取球囊霉素與孢子密度、外生菌絲、內(nèi)生菌絲和總定殖率極顯著正相關(guān)，與叢枝定殖率顯著負(fù)相關(guān)，與泡囊定殖率極顯著負(fù)相關(guān)（表3）.說明AM真菌直接影響著土壤球囊霉素的含量.

表3 AM真菌和球囊霉素相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis between glomalin and AM fungi

2.4 球囊霉素與土壤因子間的關(guān)系

相關(guān)性分析表明，易提取球囊霉素和總球囊霉素與土壤全N和有機(jī)C極顯著正相關(guān)；易提取球囊霉素和總球囊霉素與pH值之間無顯著相關(guān)性（表4）.

表4 球囊霉素與土壤因子的相關(guān)性Tab.4 Correlation between glomalin and soil factors

由圖2可知，總球囊霉素在有機(jī)C中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wC（TG）），0～10cm和11～20cm土層隨時(shí)間而上升，21～30cm土層隨時(shí)間無顯著變化，隨土層下降；總球囊霉素與全N質(zhì)量比，隨時(shí)間而上升，土層間無顯著差異.易提取球囊霉素在有機(jī)C中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wC（EEG）），隨時(shí)間和土層而下降；易提取球囊霉素與全N質(zhì)量比，隨時(shí)間而下降，土層間差異不顯著.

圖2 球囊霉素和土壤有機(jī)C、全N的比例關(guān)系Fig.2 Percentage of glomalin and soil C，N

3 討論與結(jié)論

3.1 金銀花根圍AM真菌共生關(guān)系及時(shí)空分布

金銀花根圍孢子密度最高可達(dá)59.02g-1，總定殖率最高達(dá)97%，表明金銀花能與AM真菌形成良好共生關(guān)系.金銀花根系發(fā)達(dá)，毛細(xì)根多且再生能力強(qiáng)，這為AM真菌提供了大量初期侵染位置.AM真菌分布和定殖具有明顯時(shí)空變化規(guī)律，泡囊定殖率隨時(shí)間推移而增高，這是由于泡囊在植物體內(nèi)存活時(shí)間較長(zhǎng)，新泡囊的產(chǎn)生伴隨著老泡囊的存在［17］.外生菌絲定殖率隨時(shí)間推移而降低，隨土層無顯著變化.由于夏季植物生長(zhǎng)代謝旺盛，吸收傳遞營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物增多，傳遞到根部的營養(yǎng)增多，加強(qiáng)了AM真菌外生菌絲生長(zhǎng)，外生菌絲增多又為吸收傳遞服務(wù)，這種互惠互利的模式，使得雙方獲益；到了秋末冬初，宿主植物生長(zhǎng)代謝減慢，外生菌絲不再活躍，不斷被降解，造成外生菌絲定殖率隨時(shí)間顯著降低.

3.2 AM真菌和球囊霉素的關(guān)系

球囊霉素是AM真菌分泌產(chǎn)生的一類含金屬離子的糖蛋白.本實(shí)驗(yàn)中，易提取球囊霉素與孢子密度、外生菌絲定殖率、內(nèi)生菌絲定殖率及總定殖率極顯著正相關(guān)，總球囊霉素與孢子密度極顯著正相關(guān).可以推知易提取球囊霉素與AM真菌有更直接的相關(guān)性，即易提取球囊霉素一定程度上反映了AM真菌的定殖情況.球囊霉素存在于AM真菌菌絲體和孢子壁中，隨AM真菌菌絲和孢子降解進(jìn)入土壤［18］.本實(shí)驗(yàn)中，球囊霉素和孢子密度最高值均出現(xiàn)在9月，而總定殖率和內(nèi)生菌絲定殖率最高值均出現(xiàn)在8月，外生菌絲定殖率最高值出現(xiàn)在7月.之所以出現(xiàn)這樣的規(guī)律：一是，隨著季節(jié)變換，菌絲降解，菌絲體中的球囊霉素進(jìn)入土壤，土壤球囊霉素含量提高；二是，孢子密度在9月達(dá)到最高值，由于孢子壁中含有球囊霉素，土壤中孢子含量變化直接影響了球囊霉素含量.球囊霉素的性質(zhì)穩(wěn)定，較難降解，使其在土壤中停留時(shí)間較長(zhǎng)，能在土壤中積累，從而起到改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤朝著適合植物生長(zhǎng)的方向變化.AM真菌與球囊霉素之間深刻的聯(lián)系，賦予了AM真菌改良土壤的生態(tài)學(xué)功能，提高了AM真菌在生態(tài)系統(tǒng)中的地位.

3.3 球囊霉素和土壤碳氮含量的關(guān)系

土壤球囊霉素是土壤有機(jī)C，N的一個(gè)重要來源［19］，其黏附力有利于土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，被認(rèn)為是AM真菌對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境的調(diào)整與適應(yīng)，是微生物活動(dòng)的一種積極應(yīng)答機(jī)制.研究表明，叢枝菌根在碳固持中起重要作用［11］，球囊霉素分解極為緩慢，在土壤中能夠長(zhǎng)期累積，成土?xí)r間越長(zhǎng)，土壤球囊霉素含量越高［20］.本實(shí)驗(yàn)中，總球囊霉素和易提取球囊霉素隨時(shí)間呈升-降趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在9月，球囊霉素含量并未呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，但總球囊霉素與土壤有機(jī)C和全N比值呈上升趨勢(shì)，體現(xiàn)了球囊霉素的積累效應(yīng).球囊霉素變化為2.26～3.02g／kg，在有機(jī)C中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%～10.5%，低于賀學(xué)禮［9］等對(duì)毛烏素沙地22.6%～35.2%的研究結(jié)果，可能由于本實(shí)驗(yàn)土壤為肥沃壤土，腐殖質(zhì)含量顯著高于貧瘠沙土的緣故.唐宏亮［8］等研究結(jié)果顯示，農(nóng)田土壤中球囊霉素平均為2.39g／kg，在有機(jī)C中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%.Lovelock等［6］在調(diào)查熱帶低地雨林時(shí)發(fā)現(xiàn)在0～10cm土層球囊霉素平均為6.56g／kg.說明不同生態(tài)系統(tǒng)和宿主植物球囊霉素含量差異較大，除樣地環(huán)境、土壤質(zhì)地外，耕作方式和宿主植物也影響著球囊霉素在土壤有機(jī)C中的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

金銀花能與AM真菌形成良好共生關(guān)系，AM真菌分泌的球囊霉素是土壤N和有機(jī)C的一個(gè)重要和穩(wěn)定的來源，球囊霉素的積累效應(yīng)對(duì)土壤質(zhì)量提升起到積極作用.因此，在金銀花種植中推行菌根化栽培技術(shù)，不僅能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，而且對(duì)于提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)有重要作用.

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AM Fungal Distribution and the Relationship With Soil Carbon and Nitrogen in the Rhizosphere ofLonicerajaponica

ZHANG Xiang-he，HE Xue-li，WANG Lei
（College of Life Sciences，Hebei University，Baoding 071002，China）

The purpose of the experiment is to take full advantage of AM fungi resources to promote Chinese herbal medicine growth.The temporal and spatial distribution of AM fungi and the relationship with soil carbon and soil nitrogen were investigated in rhizosphere ofLonicerajaponicain Anguo city of Hebei province.Soil samples were collected monthly between July 2010and December 2010in the rhizosphere ofL.japonica.The results showed that the symbiotic relationship was formed between AM fungi andL.japonica.Maximum spore density and colonization was 59.02g-1and 97%，respectively.Spore density and total colonization first increased and then decreased with sampling time.Spore density decreased with soil deepened，and total colonization almost had no difference.The total extractable glomalin（TG）was positively correlated with spore density.The easy extracted glomalin（EEG）was positively correlated with spore density，hyphal and total colonization，and it was negatively correlated with vesicular colonization.Glomalin was positively correlated with soil organic C and total N.Glomalin was an important source of soil organic C and total N，and soil quality was improved by the cumulative effect of glomalin.

AM fungi；glomalin；temporal and spatial distribution；soil carbon and soil nitrogen；Lonicerajaponica

Q 948.12

A

1000-1565（2011）05-0522-06

2011-05-16

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（C2010000273）

張翔鶴（1987-），女，河北邢臺(tái)人，河北大學(xué)在讀碩士研究生，主要從事藥用植物及菌根生物技術(shù)研究.

賀學(xué)禮（1963-），男，陜西蒲城人，河北大學(xué)教授，博士，主要從事藥用植物及菌根生物技術(shù)研究.

E-mail：xuelh1256＠yahoo.com.cn

趙藏賞）