內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯區(qū)沙蒿根圍AM真菌物種多樣性

賀學(xué)禮，郭輝娟，王銀銀，趙麗莉

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

內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯區(qū)沙蒿根圍AM真菌物種多樣性

賀學(xué)禮，郭輝娟，王銀銀，趙麗莉

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

2009年4月、7月和10月分別在內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯區(qū)元上都、黑城子和大河鄉(xiāng)樣地采集沙蒿（Artemisiasphaerocephala）根圍土壤樣品，利用形態(tài)學(xué)和微形態(tài)學(xué)特征分離鑒定沙蒿根圍AM真菌種類，研究了AM真菌物種多樣性.共分離鑒定出AM真菌3屬20種，其中盾巨孢囊霉屬（Scutellospora）2種，無梗囊霉屬（Acaulospora）4種，球囊霉屬（Glomus）14種.3屬AM真菌在3個樣地均有分布.3個樣地共同優(yōu)勢種是黑球囊霉（G.melanosporum）和網(wǎng)狀球囊霉（G.reticulatum）.AM真菌物種豐度、香濃-威納指數(shù)和均勻度在時間上表現(xiàn)為4月＜7月＜10月，空間上表現(xiàn)為元上都＜黑城子＜大河鄉(xiāng).掃描電鏡下不同屬種孢子表面紋飾特征差異明顯，可作為AM真菌分類的參考依據(jù).

AM真菌；物種多樣性；掃描電鏡；沙蒿；農(nóng)牧交錯區(qū)

農(nóng)牧交錯帶是農(nóng)耕區(qū)與草原牧區(qū)相連接的半干旱生態(tài)過渡帶，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，在農(nóng)牧交錯帶上，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及生態(tài)過程相當(dāng)復(fù)雜，對于氣候變化和人類干擾均極端敏感，環(huán)境因子、生物類群和社會經(jīng)濟(jì)活動均處于相變的臨界區(qū)間，農(nóng)牧交錯帶退化草地和農(nóng)田已經(jīng)被證明是京津地區(qū)沙塵暴的源頭［1］.沙蒿（Artemisiasphaerocephala）屬菊科蒿屬的沙生半灌木，抗旱性強(qiáng)，是我國北方荒漠草原區(qū)的重要固沙植物，在促進(jìn)植物群落演替、保護(hù)和改善荒漠生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)植被恢復(fù)中發(fā)揮著重要作用，并有重要飼用和經(jīng)濟(jì)價值.

AM（arbuscular mycorrhiza）真菌能夠與90%的植物形成共生關(guān)系，提高宿主植物對土壤N，P和水分的吸收，提高植物抗逆性，促進(jìn)宿主植物生長，其在植物根圍形成龐大菌絲網(wǎng)絡(luò)和分泌的黏性物質(zhì)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，在植被恢復(fù)和生態(tài)重建方面發(fā)揮著重要作用［2-4］.目前，關(guān)于農(nóng)田、草地等生態(tài)系統(tǒng)中AM真菌資源、生態(tài)分布、生物多樣性等方面的研究已有廣泛報道［5-7］，而農(nóng)牧交錯帶及荒漠植物AM真菌分布和活動的研究較少［8］，有關(guān)沙蒿AM真菌物種多樣性的研究未見報道.本實(shí)驗研究了內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯區(qū)沙蒿根圍AM真菌種質(zhì)資源、物種多樣性及其時空分布，為利用菌根技術(shù)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)提供依據(jù).

1 材料和方法

1.1 研究樣地

樣地為內(nèi)蒙古錫林郭勒盟多倫縣大河鄉(xiāng)（42°11′601″N，116°36′870″E）、黑城子（42°09′817″N，115°56′107″E）和元上都遺址（42°15′842″N，116°10′741″E）.該區(qū)域為中溫帶大陸性氣候，年均降水量200～365mm，全年降水量主要集中在夏季，年蒸發(fā)量1 000～2 600mm，年均氣溫0～3.4℃，海拔1 312～1 321m.土壤為風(fēng)沙土.

1.2 樣品采集

2009年4月、7月和10月，在每個樣地選取4株生長良好的沙蒿植株，去掉表層的枯枝落葉，采集植株根圍0～30cm土層土壤，裝入密封塑料袋，帶回實(shí)驗室.4℃冷藏，過2mm篩，用于AM真菌的種類鑒定.

1.3 AM真菌孢子分離鑒定

用濕篩傾析-蔗糖離心法［9］分離AM真菌孢子，在體視顯微鏡下記錄孢子數(shù)和孢子大小、顏色等特征，挑取孢子置于載玻片上，加水、乳酸等浮載劑壓片觀察，并輔助使用Melzer's試劑觀察孢子壁及內(nèi)含物特異性反應(yīng).根據(jù)有關(guān)AM真菌分類鑒定的資料鑒定［10］.

將目標(biāo)孢子從體視顯微鏡下挑出，自然風(fēng)干，挑到粘有雙面膠的樣品臺上，做好標(biāo)記，經(jīng)離子濺射儀噴金鍍膜后，在KYKY-2800B型掃描電子顯微鏡下進(jìn)行掃描拍照.

1.4 AM真菌物種多樣性測定

根據(jù)賀學(xué)禮等方法［8］計算AM真菌種豐度、相對多度、分離頻度、重要值、香濃-維納指數(shù)、均勻度以及優(yōu)勢度的劃分等.

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差（One-Way ANOVA）分析和Pearson法相關(guān)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌群落組成

本實(shí)驗共分離鑒定出AM真菌3屬20種（圖1，圖2）.其中盾巨孢囊霉屬（Scutellospora）2種，無梗囊霉屬（Acaulospora）4種，球囊霉屬（Glomus）14種.幼套球囊霉（G.etunicatum）和長孢球囊霉（G.dolichosporum）僅在黑城子和元上都樣地分布，美麗盾巨孢囊霉（S.calospora）僅在黑城子和大河鄉(xiāng)樣地分布.

圖1 20種AM真菌光鏡照片（×400）Fig.1 20AM fungal species under the optical microscope（×400）

圖2 18種AM真菌電鏡照片F(xiàn)ig.2 18AM fungal species under SEM

2.2 AM真菌形態(tài)特征描述

AM真菌主要形態(tài)特征和微形態(tài)特征描述見表1.

表1 AM真菌形態(tài)特征描述Tab.1 Morphological characteristics description of AM fungi

續(xù)表1Continue tab.1

2.3 AM真菌分離頻度、相對多度和重要值

從表2可知，3個樣地共同優(yōu)勢種是黑球囊霉（G.melanosporum）和網(wǎng)狀球囊霉（G.reticulatum），3個樣地共同最常見種是聚叢球囊霉（G.aggregatum），黑城子樣地最常見種還有粘質(zhì)球囊霉（G.viscosum）和寬柄球囊霉（G.magnicaule）；雙網(wǎng)無梗囊霉（A.bireticulata）是大河鄉(xiāng)和元上都樣地共同最常見種.光壁無梗囊霉（A.laevis）為元上都稀有種；美麗盾巨孢囊霉（S.calospora）為大河鄉(xiāng)和黑城子樣地共同偶見種；幼套球囊霉（G.etunicatum）和長孢球囊霉（G.dolichosporum）為黑城子和元上都樣地共同偶見種；大河鄉(xiāng)樣地稀有種還有多梗球囊霉（G.multicaule）、地球囊霉（G.geosporum）、摩西球囊霉（G.mosseae）、孔窩無梗囊霉（A.foveata）、凹坑無梗囊霉（A.excavata）和亮色盾巨孢囊霉（S.fulgida）.

表2 3個樣地AM真菌的多樣性指標(biāo)Tab.2 Diversity indexes of AM fungi at three sampling sites

2.4 AM真菌多樣性時空變化

據(jù)表3可知，AM真菌物種豐度在4月顯著低于7月和10月，7月和10月無顯著差異；香農(nóng)-威納指數(shù)和均勻度在月份間的變化規(guī)律為，4月＜7月＜10月，但是月份間無顯著差異.由表4可知，AM真菌物種豐度在樣地間的變化趨勢為：元上都＜黑城子＜大河鄉(xiāng)，但是樣地間無顯著差異；元上都的香農(nóng)-威納指數(shù)顯著低于其他2個樣地；大河鄉(xiāng)的均勻度顯著高于元上都.樣地 物種豐度 香農(nóng)-威納指數(shù) 均勻度

表3 不同月份沙蒿根圍AM真菌多樣性Tab.3 AM fungal diversity in the rhizosphere of Artemisiasphaerocephalain different months

表4 不同樣地沙蒿根圍AM真菌多樣性Tab.4 AM fungal diversity in the rhizosphere of Artemisiasphaerocephala at different sites

3 討論與結(jié)論

從沙蒿根圍土壤共分離鑒定出AM真菌3屬20種，其中球囊霉屬所占比例最高，這與張美慶、蓋京蘋［11-12］等對我國北方地區(qū)AM真菌生態(tài)分布的研究結(jié)果相一致，說明球囊霉屬在干旱條件下有更好的生態(tài)適應(yīng)性.3個樣地共同優(yōu)勢種是黑球囊霉和網(wǎng)狀球囊霉，這為篩選沙蒿高效AM菌種提供了依據(jù).另外，這幾種AM真菌體積小，這是AM真菌對荒漠環(huán)境的生態(tài)適應(yīng).然而，長孢球囊霉和幼套球囊霉僅在元上都和黑城子樣地有極少分布，在大河鄉(xiāng)樣地未見分布，說明這2種AM真菌對氣候、環(huán)境等因子變化敏感、要求較高，故在條件瘠薄的荒漠地區(qū)無明顯生長優(yōu)勢.此外，本研究結(jié)果比錢偉華等［13］在毛烏素沙地及騰格里沙漠油蒿根圍分離到的28種AM真菌的結(jié)果少，這可能與宿主植物種類、土壤類型、氣候等因素有關(guān).

荒漠地區(qū)AM真菌多樣性季節(jié)性變化的報道較少［14］.本實(shí)驗中，沙蒿根圍AM真菌物種豐度4月顯著低于7月和10月，香農(nóng)-威納指數(shù)和均勻度4月最低，10月最高.7月到10月沙蒿生長旺盛，能夠滿足AM真菌生長發(fā)育需要的養(yǎng)分，使得AM真菌物種豐度提高.

目前，借助光學(xué)顯微鏡下觀察到的形態(tài)特征能夠確定大多數(shù)AM真菌的分類地位，但難以滿足形態(tài)相似種類及其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的研究，此時，掃描電鏡和分子生物學(xué)技術(shù)獲得的微形態(tài)和分子特征能夠豐富AM真菌物種多樣性和系統(tǒng)分類研究內(nèi)容.本實(shí)驗中，掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)，球囊霉屬真菌孢子表面常見顆粒狀、脊?fàn)罴y飾或粘有表面附著物，孢子常具連孢菌絲；無梗囊霉屬真菌孢子表面除特有網(wǎng)紋、凹陷等紋飾外，幾乎無顆粒狀或脊?fàn)罴y飾、表面附著物和連孢菌絲；盾巨孢囊霉屬真菌孢子較大，表面光滑，紋飾較少，但連孢菌絲特征明顯，可作為屬的鑒定依據(jù).

聚叢球囊霉為多個孢子聚集在一起，無明顯界限，似被一外套包裹在一起.粘質(zhì)球囊霉孢壁外有一黏質(zhì)外套，Walker等人［15］認(rèn)為該黏質(zhì)外套不屬于孢壁結(jié)構(gòu)，主要成分為土壤顆粒；兩者的外套可防止孢子內(nèi)部水分和養(yǎng)分流失，使其更適應(yīng)干旱環(huán)境.

地球囊霉表面偶見侵蝕狀小孔，這與Roesti等［16］對地球囊霉的觀察結(jié)果一致.掃描電鏡下顯示摩西球囊霉表面偶而見到小孔，推測這些小孔是細(xì)菌裂解活性所致［17］.

掃描電鏡下孔窩無梗囊霉外壁較光滑，孔窩近圓形，較小，直接下陷，外圍無凸起輪廓；而凹坑無梗囊霉外壁粗糙，凹坑較大，形狀不規(guī)則，凹坑口處一周稍外凸.因此利用掃描電鏡有助于形態(tài)相似、親緣關(guān)系相近AM真菌的分類鑒定.

研究結(jié)果表明，沙蒿根圍AM真菌孢子明顯趨于小型化，孢子表面形成的不同附著物和紋飾結(jié)構(gòu)，對于有效阻止孢子體內(nèi)水分散失和病蟲害的侵?jǐn)_，保持在極端荒漠環(huán)境中正常生長發(fā)育具有重要意義.通過研究荒漠植物AM真菌物種多樣性及其變化規(guī)律，不僅可評估荒漠土壤環(huán)境和菌根共生體生態(tài)意義，而且可為充分利用菌根技術(shù)進(jìn)行生態(tài)重建提供資料.

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Species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in the rhizosphere ofArtemisiasphaerocephalain Inner Mongolia

HE Xueli，GUO Huijuan，WANG Yinyin，ZHAO Lili
（College of Life Sciences，Hebei University，Baoding 071002，China）

To study AM fungal species diversity and its spatio-temporal distribution，soil samples were collected in the rhizosphere ofArtemisiasphaerocephalafrom three sites of Inner Mongolia in April，July and October 2009，and morphological and micro-morphological characteristics separation-identification methods were used.The results showed that 20AM fungal species in three genera were isolated and identified from the rhizosphere ofA.sphaerocephalain Inner Mongolia，2species belong toScutellospora，4toAcaulosporaand 14toGlomus.G.melanosporumandG.reticulatumwere the dominant species in three sites.AM fungal species richness，Shannon-Wiener index and evenness displayed April＜July＜October in time，and Yuanshangdu＜Heichengzi＜Dahexiang on space.SEM showed that fungal spore morphology was different among species，especially in surface ornamentation，that could be used as a reference index for AM fungal identification.

AM fungi；species diversity；scanning electron microscope；Artemisiasphaerocephala；Farming-pastoral zone

Q949.3

A

1000-1565（2012）05-0506-09

2011-11-20

國家自然科學(xué)基金資助項目（40471075）；保定市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目（11ZN032）

賀學(xué)禮（1963-），男，陜西蒲城人，河北大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，主要從事生物多樣性及土壤生態(tài)學(xué)研究.

E-mail：xuelh1256＠yahoo.com.cn

趙藏賞）