干旱條件下AM真菌對植物生長和土壤水穩(wěn)定性團聚體的影響

葉佳舒，李 濤，胡亞軍，郝志鵬，高彥征，王幼珊，陳保冬，*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，南京 210095;2.中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085;3.北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097)

我國是世界上受土壤退化影響最嚴重的國家之一，而土壤侵蝕和水土流失是最主要、危害最嚴重的土壤退化形式［1］。在退化土壤地區(qū)特別是退化荒地，水土流失嚴重地區(qū)以及沙漠化地區(qū)大力恢復植被是生態(tài)重建的必然選擇，而改善土壤結(jié)構(gòu)提高土壤保水保肥能力是進行植被重建的關鍵環(huán)節(jié)之一。

土壤結(jié)構(gòu)的形成是土壤生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學和生物諸因素綜合作用的結(jié)果［2］。在諸多影響因素中，生物因子對土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起著重要作用。Díaz-Zorita等人指出土壤大團聚體(＞250 μm)主要是由土壤根系和真菌菌絲膠結(jié)作用形成，而微團聚體(＜250 μm)則非常穩(wěn)定，主要是通過多價陽離子橋和多糖形成［3］，即使經(jīng)過50a輪作，其數(shù)量仍變化較小［4］。充分挖掘植物和真菌的生物作用潛能將更有效地促進土壤大團聚體形成，從而穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)。

在自然界中近85%的植物種類和幾乎所有的農(nóng)作物能夠形成叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza，AM)［5］。AM真菌不僅通過多種途徑影響植物的礦質(zhì)營養(yǎng)和生長發(fā)育過程，同時還能夠在植物群落、植物個體根系和根外菌絲體三個層次上對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深刻影響［6］。AM真菌及其多樣性是植物群落構(gòu)成的重要影響因子［7］，而植物群落組成的變化將會影響土壤結(jié)構(gòu)。在個體根系層次，菌根真菌能改變植物根系形態(tài)［8］，最終能影響根系對土壤的穿透［9］和纏繞作用［10］。在菌絲體層次，AM真菌通過生物化學作用、生物作用和生物物理作用深刻地影響著土壤結(jié)構(gòu)。菌絲體產(chǎn)生的球囊霉素(Glomalin)具有“超級膠水”的性能，比其他土壤碳水化合物黏附土壤顆粒的能力強3—10倍［11-12］，因而在土壤顆粒黏附成大聚合體的過程中發(fā)揮著重要作用。從生物物理作用角度，根外菌絲能通過物理纏結(jié)作用，菌絲交結(jié)作用［13］以及改變土壤干濕循環(huán)作用［14］，促進土壤團聚體的形成。試驗數(shù)據(jù)表明，AM真菌對土壤大團聚體的形成與穩(wěn)定具有重要作用［15］，而根據(jù)“團聚體形成等級學說”，微團聚體形成在很大程度上又受到大團聚體周轉(zhuǎn)的影響［16］。可見，AM真菌作為大多數(shù)植物根系和土壤密切聯(lián)系的橋梁，能夠在不同層次，運用不同的作用，促進土壤團聚體的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，進而改善土壤的耕性和土壤肥力，減少土壤侵蝕和水土流失，保持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

有關AM真菌影響土壤結(jié)構(gòu)的效應及機制已有較為系統(tǒng)深入的研究［6，17］，最近的研究報道也揭示了不同種屬AM真菌影響土壤結(jié)構(gòu)作用潛力的差異［18］。然而，目前為止對于不同水分條件下AM真菌對土壤水穩(wěn)性團聚體形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響尚未見報道。眾所周知，水分條件是土壤團聚體和土壤結(jié)構(gòu)形成的重要影響因素，干濕交替對于土壤團粒結(jié)構(gòu)形成具有關鍵作用［19］，而施加保水劑則通常被作為改善土壤結(jié)構(gòu)和水分狀況的重要技術(shù)措施［20-21］。另一方面，土壤水分條件也直接影響到菌根共生體的發(fā)育和機能。干旱脅迫下，菌根侵染率通常會嚴重下降［22-23］?；诖?，本研究選擇菌根研究模式植物紫花苜蓿(Medicago sativa L.)為植物材料，通過分室盆栽試驗研究干旱脅迫下不同種屬AM真菌對紫花苜蓿生長和土壤團聚體形成的影響，同時綜合分析土壤理化性質(zhì)和植物生理指標以揭示菌根作用機制，旨在為篩選具有干旱生態(tài)適應性的菌株用于退化土壤生態(tài)恢復提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

本試驗采用三分室培養(yǎng)系統(tǒng):中間分室為植物生長室(PC);一側(cè)分室以孔徑1 mm粗尼龍網(wǎng)與植物生長室分隔，允許根系和根外菌絲通過，作為菌根室(MC);另一側(cè)分室以孔徑37 μm的尼龍網(wǎng)與植物生長室分隔，僅允許菌絲通過，作為菌絲室(HC)。分室培養(yǎng)系統(tǒng)長(3+3+3)cm，寬10 cm，高12 cm。應用這種培養(yǎng)系統(tǒng)可比較分析根系和菌絲對水穩(wěn)定性土壤團聚體的影響，從而揭示AM真菌影響土壤結(jié)構(gòu)的直接和間接作用。

1.2 試驗材料

供試土壤采自中國科學院植物研究所多倫恢復生態(tài)學試驗示范研究站(42°02'N，116°17'E)，土壤基本理化性質(zhì):pH 值(水土比 1∶2.5)7.02，速效磷(0.5 mol/L NaHCO3提取，鉬銻抗比色)6.73 mg/kg，全氮(元素分析儀，Vario ELⅢ，Elementar company，Germany)0.17%，有機質(zhì)(重鉻酸鉀氧化法)30.45 g/kg，最大田間持水量(環(huán)刀法)24.22%。土壤風干后過2 mm篩，送至中國農(nóng)業(yè)科學院原子能所輻照中心采用25 kGy γ射線輻照滅菌。將土壤以每盆用量1.08 kg分裝到干凈自封袋內(nèi)，加入基礎養(yǎng)分:30 mg/kg P，120 mg/kg N和120 mg/kg K。最后，加入10 mL土壤微生物過濾液，與土壤混勻風干后裝入盆中。土壤微生物過濾液以未滅菌土壤與無菌水體積分數(shù)1∶40混合，100 r/min勻速振蕩30 min，以雙層孔徑2—4 μm濾紙過濾獲得。

供試植物:紫花苜蓿(Medicago sativa L.)，品種為“阿爾岡金”，購自中國農(nóng)業(yè)科學院。植物種子以10%H2O2表面消毒10 min，催芽后播種。

供試 AM真菌菌種:細凹無梗囊霉(Acaulospora scrobiculata Trappe BGC HK02A)、沾屑多孢囊霉(Diversispora spurcum syn.Glomus spurcum Pfeiffer，Walker＆ Bloss BGC SD03)和根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices Schenck and Smith BGC AH01)。3種菌劑均由北京市農(nóng)林科學院中國叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(BGC)提供，按照30 g/kg土菌劑量，采用濕篩-傾注-孢子離心法將孢子篩出，以孢子懸浮液形式加入植物生長室，并與植物生長室土壤攪拌混勻。未接種對照加入等體積孢子濾液(由孢子懸浮液通過雙層慢速定量濾紙獲得)，以保證土壤中微生物區(qū)系一致。

1.3 試驗設計

對紫花苜蓿分別接種A.scrobiculata、D.spurcum或G.intraradices，同時設不接種對照。正常水分處理土壤重量含水量為15%(相當于70%最大田間持水量)，干旱處理為7%，幼苗生長兩周后開始進行不同水分處理。試驗為雙因素完全隨機區(qū)組設計，共8個處理，每處理重復4次，總計48盆。

1.4 試驗管理

試驗在中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心智能溫室中進行。試驗期間保持室內(nèi)溫度為25℃，空氣濕度60%，每天光照時間16 h，光照不足時以高壓鈉燈補充光照。為減少澆水對土壤帶來的擾動，分別在菌根室與菌絲室內(nèi)側(cè)加入兩根帶篩孔的塑料管，每日稱重澆水。

1.5 試驗收獲與樣品分析

植物生長6個月后，分別收獲植物地上部和根系，根系分為植物生長室與菌根室兩部分。將植物生長室中植物地上部剪下，并從土壤中揀出根系用水清洗干凈。菌根室與菌絲室中的土壤分別沿自然結(jié)構(gòu)小心掰成小土塊，并將菌根室土壤中根系挑出，清洗干凈。植物樣品放入－20℃冰箱保存，菌根室和菌絲室土壤樣品風干備用。

1.5.1 菌根指標

植物根系洗凈后剪成1 cm左右小段，采用曲利苯藍染色-根段法觀測菌根侵染率［24-25］。

土壤菌絲密度采用網(wǎng)格交叉法測定［26］。稱4 g風干土，置于200 mL塑料杯中，加入100 mL水與12 mL 37 g/L六偏磷酸鈉，劇烈搖動后靜置，而后將懸浮液過雙層土壤篩，以250 mL水沖洗下層篩網(wǎng)上的菌絲樣品至攪拌器中攪拌，吸取5 mL懸濁液抽濾制作濾膜樣片，顯微鏡下進行觀測，根據(jù)公式計算土壤菌絲密度。

1.5.2 植物生理生化指標

脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定［27］。在試驗收獲前取新鮮植物葉片0.1 g，用3%磺基水楊酸研磨提取，勻漿轉(zhuǎn)入離心管后沸水浴浸提10 min。冷卻后3000 r/min離心10 min，取上清液2 mL，加入2 mL 3%磺基水楊酸、2 mL冰乙酸和4 mL 2.5%酸性茚三酮溶液置沸水顯色60 min，冷卻后加入4 mL甲苯萃取紅色物質(zhì)。靜置后，取甲苯相測定520 nm波長吸光值。

剩余植物樣品置105℃烘箱中殺青，調(diào)至70℃烘干至恒重，稱干物重，而后用球磨儀粉碎。稱取0.5 g左右粉碎樣品于消煮管中，加入10 mL濃HNO3進行微波消解，將消煮液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶并用超純水定容，過濾，制備待測液。采用ICP-AES(Optima-2000DV)測定磷濃度［17］。

1.5.3 土壤理化指標

土壤基本理化性質(zhì)參照鮑士旦主編的《土壤農(nóng)化分析》(第三版)［28］所述方法測定。土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀氧化法，pH用電位法，速效N用堿解擴散法，有效磷測定采用鉬銻抗比色法，最大田間持水量用環(huán)刀法測定。土壤全N和全C由元素分析儀(Vario ELⅢ，Elementar Company，Germany)測定［29］。

球囊霉素相關土壤蛋白(glomalin-related soil protein，GRSP)采用考馬斯亮藍法［21］測定。根據(jù)其不同提取方式GRSP可分為總球囊霉素相關土壤蛋白(T-GRSP)和易提取球囊霉素相關土壤蛋白(EE-GRSP)。TGRSP提取方法:稱取0.5 g風干土，加入4 mL 50 mmol/L pH 8.0檸檬酸鈉浸提劑，在100 kPa 121℃條件下連續(xù)提取3次，每次60 min;EE-GRSP提取方法:稱取0.5 g風干土，加入8 mL pH 7.0 20 mmol/L的檸檬酸鈉浸提劑，在100 kPa 121℃條件下提取30 min。將提取液在10000 r/min下離心5 min，收集上清液。吸取上清液0.5 mL，加入5 mL考馬斯亮藍G-250染色劑，在595 nm波長下比色。用牛血清蛋白標液-考馬斯亮藍法顯色繪制標準曲線，計算提取球囊霉素土壤相關蛋白的含量。

1.5.4 土壤水穩(wěn)定性團聚體

土壤水穩(wěn)定性團聚體測定采用濕篩法［30］。稱取40 g風干土，將土壤樣品置于套篩頂層。套篩由2、1、0.5、0.25 mm篩網(wǎng)由上到下組成，將套篩浸泡在水中，使土壤樣品浸水10 min后，上下移動套篩，2 min內(nèi)50次，上下移動幅度3 cm。然后將留在套篩每層篩網(wǎng)上的土壤樣品在105℃烘干稱重。計算土壤各粒級水穩(wěn)定性團聚體所占比例。平均重量直徑(mean weight diameter，MWD)按照如下公式計算:

幾何平均直徑(geometric mean diameter，GMD)按照如下公式計算:

式中，Xi為篩分出來的第i粒級團聚體平均直徑;Wi為篩分出來的第i粒級團聚體重量占土壤樣品總重百分數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel和SPSS(SPSS 13.0 for Windows，SPSS Inc，Chicago，USA)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和作圖。雙因素方差分析檢驗接種AM真菌和水分處理二者之間的交互作用。當接種處理與水分處理交互作用顯著時，采用Duncan新復極差法將全部處理統(tǒng)一進行多重比較。當接種處理與水分處理交互作用不顯著時，在同一水分處理下，不同接種處理數(shù)據(jù)按Duncan新復極差法進行多重比較;同一接種處理下，采用T檢驗比較兩個水分處理之間的差異顯著性。應用Pearson相關系數(shù)進行數(shù)據(jù)相關分析。

2 試驗結(jié)果

2.1 菌根侵染狀況

正常供水條件下，3種AM真菌均對紫花苜蓿形成良好侵染，G.intraradices侵染率接近72%，其次為A.scrobiculata，侵染率接近52%，D.spurcum侵染率最低，僅20%左右。干旱處理顯著降低了所有3個菌種的菌根侵染率，但A.scrobiculata和D.spurcum侵染率降低至2%左右，而G.intraradices侵染率維持在20%，顯著高于其它菌種(表1)。

在個別未接種處理根段內(nèi)觀測到菌根共生結(jié)構(gòu)，因而有極低的菌根侵染率，推測為培養(yǎng)過程中出現(xiàn)不可控的污染。

相同水分條件下，菌絲室中接菌處理的菌絲密度顯著高于未接菌處理。正常水分處理下，接種G.intraradices菌絲室中菌絲密度顯著高于其它接種處理。

2.2 植株生物量

干旱處理顯著降低了植株地上部、根系及總生物量。在正常水分條件下，3種接種處理植物地上部、根系及總生物量均顯著高于未接菌處理。干旱條件下，3種接種處理與未接種處理相比，地上部、根系及總生物量均無顯著差異，但接種G.intraradices和D.spurcum趨于提高植物總生物量，而接種A.scrobiculata有降低植物生物量趨勢。不同菌種之間，接種G.intraradices處理的植株總生物量顯著高于A.scrobiculata接種處理。

表1 干旱脅迫下不同AM真菌對紫花苜蓿侵染狀況及植株生物量Table 1 Colonization of different AM fungal species on M.sativa and the mycorrhizal effects on plant growth under drought stresses

2.3 植株磷濃度和吸磷量

由表2可知，干旱脅迫顯著降低了植物根系磷濃度，對于未接種和D.spurcum接種處理，干旱脅迫也顯著降低了植株地上部磷濃度。無論是地上部、根系吸磷量還是植株總吸磷量，均因干旱處理而顯著降低。

正常水分條件下，與未接種相比，3個接種處理對植株地上部磷濃度無顯著影響，但均顯著提高了植株根系磷濃度。相應地，接種3種AM真菌顯著提高了植株地上部和根系吸磷量及植物吸磷總量。在3個不同菌種之間，G.intraradices接種處理植株吸磷總量顯著高于其它菌種。干旱脅迫下，總體上只有G.intraradices接種處理能夠促進植物對磷的吸收，植株磷濃度和吸磷量均顯著高于其它接種處理，而A.scrobiculata和D.spurcum接種處理植株磷濃度和吸磷量和未接種處理基本無異。

2.4 土壤有效磷

無論是菌根室還是菌絲室，干旱處理下土壤有效磷含量普遍顯著高于正常水分處理(表2)。

正常水分條件下，相比未接種處理，接種3種AM真菌均顯著降低了菌根室和菌絲室中土壤有效磷含量，而以接種G.intraradices處理最低。干旱處理下，僅有G.intraradices處理顯著降低了土壤有效磷含量。

表2 干旱脅迫下不同菌種對植物磷濃度、吸磷量及土壤有效磷的影響Table 2 Effects of different AM fungal species on the content of concentration of P and total P in host plants and soil available P under drought stress

2.5 植物葉片脯氨酸含量

干旱脅迫顯著提高了植物葉片脯氨酸含量(圖1)。無論正常水分或干旱處理，與未接種相比，接種3種AM真菌均使葉片脯氨酸含量下降。正常水分條件下，G.intraradices接種處理葉片脯氨酸含量顯著低于未接種處理，而干旱處理下，A.scrobiculata和D.spurcum接種處理與未接種處理之間差異顯著。

2.6 土壤GRSP含量

由表3可見，無論是水分還是接種處理對菌根室中GRSP含量均無顯著影響。在菌絲室中，水分處理對GRSP含量也沒有顯著影響，而接種處理對T-GRSP含量表現(xiàn)出顯著影響:G.intraradices接種處理T-GRSP含量顯著高于其它接種處理，A.scrobiculata和D.spurcum接種處理則與對照無顯著差異。

2.7 土壤水穩(wěn)定性團聚體

在菌根室中，水分處理僅影響到2—1 mm水穩(wěn)性土壤團聚體和水穩(wěn)性團聚體總百分含量，正常水分條件下2—1 mm水穩(wěn)性團聚體百分含量相對高于干旱處理(表4)。

菌根主要影響到 ＞1 mm大團聚體含量:提高＞2 mm團聚體含量，而降低2—1 mm團聚體含量。正常水分條件下，G.intraradices接種處理MWD和GMD相對高于其它接種處理，而干旱情況下，A.scrobiculata接種處理MWD和GMD明顯低于其它接種處理(表4)。

在菌絲室中，各級水穩(wěn)性土壤團聚體百分含量及MWD、GMD等土壤結(jié)構(gòu)指標普遍受到水分處理顯著影響:相對于正常水分情況，干旱處理下＞2 mm團聚體含量顯著升高，2—1 mm團聚體無明顯變化，而＜1 mm團聚體含量顯著下降。水穩(wěn)性團聚體總百分數(shù)、MWD和GMD在干旱情況下均顯著升高(表5)。

圖1 干旱脅迫下接種不同AM真菌對紫花苜蓿葉片脯氨酸含量的影響Fig.1 Effects of different AM fungal species on the leaf proline contents of M.sativa under drought stress

表3 干旱脅迫下不同AM真菌對土壤GRSP含量的影響Table 3 Effects of different AM fungal species on the GRSP content in soil under drought stress

表4 干旱脅迫下不同AM真菌侵染紫花苜蓿根系對土壤水穩(wěn)定性團聚體百分含量、MWD和GMD影響Table 4 Effects of M.sativa roots colonized by different AM fungal species on the content，MWD and GMD of water-stable soil aggregates under drought stress

AM真菌主要影響到＞2 mm水穩(wěn)定性團聚體。在正常水分和干旱條件下，相對于未接種處理，接種3種AM真菌均提高了＞2 mm水穩(wěn)定性團聚體百分含量、水穩(wěn)性團聚體總百分數(shù)及MWD。對于GMD，僅有G.intraradices接種處理在正常水分下表現(xiàn)出顯著影響(表5)。

2.8 相關性分析

在菌根室中，菌根侵染率與菌絲室中菌絲密度、＞2 mm水穩(wěn)定性團聚百分數(shù)及MWD均呈極顯著正相關(P＜0.01)，與GMD顯著正相關(P＜0.05)。T-GRSP含量分別與 ＞2 mm水穩(wěn)定性團聚百分數(shù)、MWD及GMD顯著正相關(P＜0.05)。

菌絲室中，菌絲密度與T-GRSP含量成顯著正相關(P＜0.05)。T-GRSP含量與＞2 mm水穩(wěn)定性團聚百分數(shù)及MWD顯著正相關(P＜0.05)。

總體上，EE-GRSP與菌根指標無顯著相關。

表5 干旱脅迫下不同AM真菌對土壤水穩(wěn)定性團聚體百分含量、MWD及GMD的影響Table 5 Effects of different AM fungal species on the content MWD and GMD of water-stable soil aggregates under drought stress

表6 各觀測指標相關性分析Table 6 Correlation coefficients between variables

3 討論

本研究在正常水分和模擬干旱條件下探討了不同AM真菌對植物生長和土壤水穩(wěn)定性團聚體的影響。正常水分條件下，不同種屬AM真菌對紫花苜蓿都體現(xiàn)出明顯的促生效應，而在干旱脅迫條件下，僅有G.intraradices依然能夠和紫花苜蓿建立良好共生并顯著促進植物生長。另一方面，在正常水分和干旱脅迫條件下接種AM真菌對土壤團聚體的形成均有顯著積極作用。菌根真菌主要影響到大團聚體(＞2 mm)的相對含量，并影響到水穩(wěn)性團聚體總百分數(shù)及平均重量直徑(MWD)。

干旱脅迫對菌根共生體的發(fā)育具有顯著抑制作用，本試驗中干旱處理顯著降低了菌根侵染率，這與前人研究結(jié)果基本一致。賀學禮等在土壤相對含水量為60%條件下接種AM真菌能夠顯著促進植物生長，而土壤相對含水量為20%時，侵染率顯著下降，但接種處理仍有顯著促生效應［22］。在王如巖等的研究中，重度干旱(土壤含水量為5%—10%)情況下，根系侵染率均在10%以下，接種AM真菌后滇柏(Cupressus duclouxiana Hichel)幼苗生物量與未接種對照均無顯著差異［23］。本試驗中盡管干旱脅迫抑制了菌根侵染，發(fā)現(xiàn)不同菌種對干旱脅迫的響應存在顯著差異。A.scrobiculata和D.spurcum對紫花苜蓿根系侵染率降低至2%左右，已經(jīng)無益于植物適應逆境脅迫，D.spurcum接種處理甚至趨于降低植物生物量，但G.intraradices侵染率仍高達20%，并表現(xiàn)出顯著促生效應。不同菌種抗逆性不同，表明完全有可能篩選出適宜菌種用于提高植物抗逆性，從而促進退化土壤生態(tài)恢復。綜合分析試驗結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)AM真菌對紫花苜蓿的促生效應與其改善植物磷營養(yǎng)密切相關。正常水分條件下，接種3種菌根真菌均顯著提高了植株吸磷量，而在干旱脅迫下，只有接種G.intraradices能夠促進植物對磷的吸收。這可能意味著菌根共生體系磷營養(yǎng)效率決定了共生體抗逆能力，而菌根共生體的磷營養(yǎng)效率則很大程度上取決于AM真菌的特定生物學及生理特征。

脯氨酸是植物體內(nèi)主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一。在干旱脅迫下，植物通過合成大量脯氨酸來增強自身滲透調(diào)節(jié)能力，從而對關鍵酶、抗逆性蛋白和生物膜起保護作用［31］。已有研究表明，受干旱脅迫的苗木接種AM真菌后根系與葉片中脯氨酸含量顯著降低，苗木抗旱性增強［32］。本試驗結(jié)果也顯示，干旱處理下植物葉片脯氨酸含量顯著升高，而接種AM真菌后，脯氨酸含量下降，表明菌根共生體系能夠緩解干旱脅迫對植物造成的生理傷害。

盡管已有研究證明AM真菌通過促進植物對水分的吸收來增強植物對干旱的適應性［33］，但考慮到干旱條件下土壤水分有效性大大降低，土壤水穩(wěn)定性團聚體作為衡量土壤結(jié)構(gòu)的重要指標，其數(shù)量與分布狀況會對土壤水分和養(yǎng)分可利用性產(chǎn)生顯著影響，故而菌根真菌影響土壤水穩(wěn)性團聚體數(shù)量和分布狀況也會潛在影響到植物對土壤水分的利用，或者說改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤水分特性也可認為是菌根增強植物抗旱性的一種潛在機制。與以往的研究報道［34-35］相一致，AM真菌主要影響到大團聚體(＞2 mm)的形成，并在總體上提高了水穩(wěn)性團聚體百分含量。另一方面，MWD與GWD作為表征土壤團聚體粒級分布狀況的指標，大量研究證明其值越大土壤團聚體水穩(wěn)定性越高，土壤結(jié)構(gòu)狀況越好［36-37］。本試驗中，正常水分條件下3種AM真菌均能提高菌根室與菌絲室的MWD值，而在干旱處理中，除菌根室A.scrobiculata處理出現(xiàn)降低，其它接菌處理均呈上升趨勢(表5，表6)，而G.intraradices接種處理MWD與GMD值在大多數(shù)情況下均高于其它處理。這些試驗結(jié)果一方面表明菌根真菌在土壤團聚體形成的積極作用，另一方面則顯示了不同菌種之間的功能差異。干旱情況下G.intraradices在改善土壤結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)異表現(xiàn)也與其增強宿主植物抗旱性的能力相一致。

以往有關菌根真菌與土壤結(jié)構(gòu)的研究中，往往會考慮到球囊霉素相關土壤蛋白(GRSP)的作用。GRSP作為一類穩(wěn)定的糖蛋白在土壤團聚體形成中起著重要作用［38-39］，多數(shù)研究認為T-GRSP是AM真菌長期積累的穩(wěn)定糖蛋白，EE-GRSP則是AM真菌新近產(chǎn)生的［11］。本試驗中，菌根室和菌絲室中T-GRSP含量均與 ＞2 mm水穩(wěn)定性團聚體及MWD顯著正相關，這與前人研究結(jié)果基本一致［36，40］。然而，在本試驗中并沒有發(fā)現(xiàn)EE-GRSP與菌根指標及MWD、GMD無相關性，AM菌絲密度與MWD和GMD也無顯著相關。這種結(jié)果可能與菌絲在土壤中的周轉(zhuǎn)及試驗周期有關，但具體原因還需進一步研究。

綜上所述，本研究表明干旱脅迫下AM真菌可通過改善植物磷營養(yǎng)、調(diào)節(jié)植物體內(nèi)滲透物質(zhì)含量等多種機制增強植物抗旱性并促進植物生長，同時通過影響土壤大團聚體的形成和水穩(wěn)性團聚體穩(wěn)定性調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)。不同AM真菌與植物形成的共生體有顯著不同的逆境適應性，G.intraradices在改善植物礦質(zhì)營養(yǎng)與促進植物生長方面表現(xiàn)優(yōu)異，其在提高土壤水穩(wěn)性團聚體數(shù)量與質(zhì)量方面也明顯優(yōu)于其它菌種，因而可以認為在干旱環(huán)境中，G.intraradices具有更強的生態(tài)適應性，可能作為干旱地區(qū)生態(tài)恢復的備選菌種。

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