西藏中部野生宿主植物AM真菌生態(tài)分布的研究

摘要[目的]為闡明高寒生態(tài)區(qū)域下野生宿主植物與AM真菌的共生關(guān)系。[方法]以西藏中部草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象。[結(jié)果]在主要建群種植物根圍土壤中共分離到4屬21種AM真菌，AM真菌平均孢子密度為2.74個/g，種的豐度、多樣性指數(shù)、物種均勻度分別為2.10種/土樣、2.68、0.88。[結(jié)論]西藏高原AM真菌各屬分布極不平衡， 摩西球囊霉為優(yōu)勢種；近明球囊霉為最常見種。莎草科、藜科等以前被認(rèn)為不能與AM真菌形成菌根的植物其根系在研究中均能被AM真菌侵染。根區(qū)孢子密度、種的豐度均為最高，而豆科植物侵染率及其叢枝豐度最高。12種寄主植物中，苔草根區(qū)AM真菌孢子密度、種的豐度均為最高，豬毛菜最低。

關(guān)鍵詞AM真菌； 多樣性； 生態(tài)分布； 宿主植物； 西藏高原

中圖分類號S182文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00003-04

作者簡介魏娜（1983-），女，河南新鄭人，助理研究員，從事植物營養(yǎng)、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境方面的研究，Email：weina0894@163.com。

收稿日期20131202AM真菌不僅能夠有效改善植物營養(yǎng)狀況，提高植物抗逆性，且能夠通過調(diào)節(jié)植物的種間關(guān)系而影響群落的演替、結(jié)構(gòu)和多樣性，是決定植物種群結(jié)構(gòu)的重要因子之一，對植物群落和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定起十分重要的調(diào)節(jié)作用[1-3]。 AM真菌在長期進(jìn)化的過程中適應(yīng)某一環(huán)境條件，同時與該生境的自然植被形成和諧共處的生態(tài)適應(yīng)性，因此宿主植物類型是影響AM真菌發(fā)生和分布的重要因子。國內(nèi)外學(xué)者對宿主植物對AM真菌的影響進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)不同寄主植物根圍內(nèi)AM真菌組成不同，數(shù)量亦不相同[4-6]。西藏高原因所具有的獨特的地質(zhì)歷史和自然條件、豐富的生物組成和生物群落類型，可能分布著豐富、獨特的叢枝菌根真菌類群。高清明等[7]對藏東南地區(qū)AM真菌進(jìn)行資源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)新分布種4個。蔡曉布等[8-9]分別就藏北、藏中南草地植物AM真菌的多樣性及其環(huán)境影響因子等進(jìn)行了研究，但目前西藏高原叢枝菌根真菌與野生宿主植物的關(guān)系尚待進(jìn)一步深入研究。因此，筆者以西藏中部草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，主要探討野生宿主植物對AM真菌生長分布及其多樣性的影響規(guī)律，以期為西藏草原高效菌株的篩選、生態(tài)系統(tǒng)植物多樣性的維持、草原植被的恢復(fù)和重建提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，對豐富我國真菌資源的綜合信息庫、增加對不同生態(tài)區(qū)域（尤其是高寒生態(tài)環(huán)境）下AM真菌多樣性的了解具有重要意義。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)域位于29°～ 30°N、88°～ 92°E之間的西藏中部地區(qū)。該區(qū)南北兩側(cè)高山對峙，其間為雅魯藏布江中游寬谷及其主要支流年楚河、拉薩河中下游等規(guī)模較大的河谷盆地。草地面積占區(qū)域土地總面積的80%左右，谷地海拔3 500～4 050 m，山原面平均海拔5 000～5 400 m。由于高原特殊的地理環(huán)境與地貌結(jié)構(gòu)，研究區(qū)域土壤及草地類型豐富多樣，草地植被也因草原類型的不同而具有很大差異。參與該次調(diào)查的植物共有4屬12種，分別為禾本科植物（白茅、早熟禾、針茅、穗序剪股穎、固沙草），豆科植物（棘豆、苜蓿、狼牙刺），莎草科植物（苔草、西藏莎草、矮生嵩草），藜科植物（豬毛菜）。

1.2研究方法 在野外采集土樣的同時，記錄宿主植物的種類、科屬分布，而后將土樣風(fēng)干后采用濕篩傾析——蔗糖離心法篩洗孢子，并進(jìn)行分類鑒定，計算出AM真菌屬（種）的分離頻度、種的豐度、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)，具體方法如下：

（1）分離頻度（F）。它指某AM真菌屬（種）在樣本總體中出現(xiàn)的頻率，公式為：

F=（AM真菌某屬或某種的出現(xiàn)次數(shù)/土樣數(shù)）×100%

據(jù)此將AM真菌劃分為4個優(yōu)勢度等級，即分離頻度>50%為優(yōu)勢屬；分離頻度>30%且≤50%為最常見屬；分離頻度≥10%且≤30%為常見屬；分離頻度<10%為稀有屬。

（2）種的豐度（SN、SR）。SN指某生境中AM真菌物種數(shù)；SR指植物根層土壤中含有的AM真菌種的平均數(shù)，即

SR=AM真菌總種數(shù)/土壤樣本數(shù)

（3）物種多樣性（H）。采用ShannonWeiner指數(shù)，描述AM真菌的物種多樣性。均勻度指數(shù)可用于描述物種均勻度。

假設(shè)有i個包含N個個體的隨機(jī)樣本，其中i的個體數(shù)為Ni，則Pi=Ni /N。

故H可用下式表示：

（4） 物種均勻度（J）。以均勻度指數(shù)描述，即

1.3數(shù)據(jù)處理方法據(jù)Trouvelot等的方法，按菌根侵染率和叢枝豐度分級標(biāo)準(zhǔn)輸入等級參數(shù)，用Mycocalc軟件計算菌根侵染率（F）、整個根系的菌根侵染強(qiáng)度（M）、侵染根段的侵染強(qiáng)度（m）、整個根系的叢枝豐度（A）和侵染根段的叢枝豐度（a）。采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)分析、回歸分析。

2結(jié)果與分析

2.1宿主植物對AM真菌生長侵染及其寄生情況的影響研究表明，西藏中部野生宿主植物根圍土壤中，AM真菌孢子密度、菌根侵染率、整個根系的菌根侵染強(qiáng)度、侵染根段的菌根侵染強(qiáng)度、侵染根段的叢枝豐度、整個根系的叢枝豐度平均值分別為2.74個/g、94.32%、36.38%、38.02%、46.72%、17.53%。

對西藏中部4科12種植物調(diào)查表明，包括莎草科、藜科等以前被認(rèn)為不能與AM真菌共生的所有樣品的植物根系均能被AM真菌侵染，與其形成互惠共生體，侵染率高達(dá)100%。由表1可知，不同科屬植物根圍土壤AM真菌孢子密度差異在0.05水平顯著，莎草科植物在0.05水平顯著高于其他科植物，比禾本科植物、豆科植物、藜科植物分別增加1.45、2.40、19.87倍。禾本科植物作為該地區(qū)植被中主要的建群種植物和優(yōu)良牧草。調(diào)查中絕大多數(shù)根圍土壤AM真菌孢子數(shù)量較豐富，但不同樣品間孢子密度存在較大差異，如寄主植物同為早熟禾的根圍土壤中，孢子密度最低僅為0.45個/g，最高可達(dá)15.69個/g。所有植物按菌根侵染率排序，最高為豆科植物，平均為97.50%；其次是禾本科植物，平均為95.14%；莎草科植物為91.47%；藜科植物相對較低，為86.67%。從AM真菌叢枝豐度來看，從高到低依次是豆科植物、禾本科植物、莎草科植物、藜科植物。豆科植物的菌根侵染、叢枝豐度均為最高，但其根圍土壤的孢子密度明顯低于莎草科和禾本科植物。

由表2可知，不同種類植物根圍土壤孢子密度相差懸殊，最高為苔草，孢子密度高達(dá)16.73個/g，最低為固沙草，孢子密度僅為0.22個/g，二者相差75倍。同一科不同種植物孢子密度相差很大，諸如同為禾本科的穗序剪股穎和固沙草孢子密度相差將近6倍，同為豆科植物的狼牙刺、苜蓿孢子密度相差6倍，而同為莎草科植物的苔草、西藏莎草孢子密度相差7倍。各種植物菌根侵染率都很高，且相差不大，苔草、狼牙刺、穗序剪股穎植物侵染率均為100%，侵染率最低為固沙草，僅為80%；各種植物叢枝豐度在3.70%～37.90%之間，最高為苜蓿，最低為豬毛菜，二者相差9倍，穗序剪股穎叢枝也較豐富，叢枝豐度為34.87%，固沙草、苔草、針茅、棘豆、西藏莎草、早熟禾、白茅、矮生蒿草植物叢枝豐度相差不大，均在13.66%～19.00%之間。

由表3可知，孢子密度與菌根侵染率、侵染強(qiáng)度、叢枝豐度相關(guān)性都不大；侵染率和叢枝豐度呈0.01水平顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.566 4，菌根侵染率與整個根系的菌根侵染強(qiáng)度、侵染根段的菌根侵染強(qiáng)度、整個根系的叢枝豐度均呈0.01水平顯著正相關(guān)，直線回歸方程分別為：M=-87.015 5+1.308 3 F，m=-61.635+1.056 6 F，A=-49.011+0.705 5 F；無論是整個根系菌根侵染強(qiáng)度（M）或是侵染根段的菌根侵染強(qiáng)度（m）都和侵染根段的叢枝豐度（a）相關(guān)性不大，但都與整個根系的叢枝豐度（A）在0.01水平上呈極顯著正相關(guān)。

2.2不同宿主植物的AM真菌種群分布由表4可知，在西藏高原4科12種植物根圍土壤中共分離到4屬21種AM真菌（尚有1個未定種），其中球囊霉屬13種，無梗囊霉屬6種（含1個未定種），巨孢囊霉屬1種，類球囊霉屬1種。在西藏高原生態(tài)條件下，種的豐度SN為21種，SR為2.10種/土樣；多樣性指數(shù)為2.68；物種均勻度為0.88。

由表4可知，球囊霉屬在各科植物根圍土壤中均有分布，但主要分布在禾本科植物與豆科植物根圍土壤中，無梗囊霉屬主要分布莎草科植物根圍土壤中，巨孢囊霉屬和類球囊霉屬僅寄生在禾本科的早熟禾植物中。從各種AM真菌分布情況看，摩西球囊霉分布在禾本科植物（白茅、早熟禾、針茅）、豆科植物（棘豆、苜蓿、狼牙刺）根圍土壤中；近明球囊霉分布在禾本科植物早熟禾、針茅、穗序剪股穎中，豆科植物棘豆、狼牙刺，藜科植物豬毛菜根圍土壤中均有分布；透光球囊霉分布在禾本科植物針茅、莎草科植物西藏莎草根圍土壤中；地表球囊霉分布在禾本科植物針茅、莎草科植物苔草根圍土壤中；幼套球囊霉分布在苔草、西藏莎草植物根圍土壤中；德里球囊霉、聚集球囊霉二者僅寄生在西藏莎草植物中；根內(nèi)球囊霉、縮球囊霉、小果球囊霉、雙型球囊霉、蘇格蘭球囊霉、多梗球囊霉分別只分布在早熟禾、白茅、早熟禾、針茅、固沙草、苔草植物根圍土壤中；細(xì)凹無梗囊霉分布在矮生蒿草、西藏莎草植物根圍土壤中；詹氏無梗孢囊霉、未定種、蜜色無梗囊霉僅在西藏莎草植物根圍土壤中有分布；刺無根囊霉、膨脹無梗囊霉分別分布在苔草、矮生蒿草根圍土壤中；隱類球囊霉、珠狀巨孢囊霉僅寄生在早熟禾植物中。

研究表明，在4屬AM真菌中，球囊霉屬的分離頻度高達(dá)90%，占絕對優(yōu)勢，為優(yōu)勢屬；其次是無梗囊霉屬、巨囊霉屬，均屬于常見屬，類球囊霉屬分離頻度則最低，僅為5.88%，為稀有屬。這一結(jié)果很大程度反映了西藏中部AM真菌分布的不均衡性。將各種AM真菌按分離頻度進(jìn)行優(yōu)勢度等級劃分。由表5可知，西藏中部生態(tài)條件下摩西球囊霉為優(yōu)勢種；近明球囊霉為最常見種；細(xì)凹無梗囊霉、透光球囊霉、幼套球囊霉、地表球囊霉、珠狀巨孢囊霉為常見種；其余分離頻度沒有差異，均為稀有種。

42卷1期魏 娜西藏中部野生宿主植物AM真菌生態(tài)分布的研究表5不同種類AM真菌分離頻度%

AM真菌種類分離頻度AM真菌種類分離頻度AM真菌種類分離頻度種摩西球囊霉52德里球囊霉5地表球囊霉10刺無根囊霉5近明球囊霉31雙型球囊霉5多梗球囊霉5膨脹無梗囊霉5聚集球囊霉5根內(nèi)球囊霉5小果球囊霉5蜜色無梗囊霉5蘇格蘭球囊霉5縮球囊霉5細(xì)凹無梗囊霉15未定種5幼套球囊霉10透光球囊霉15詹氏無梗孢囊霉5珠狀巨孢囊霉10隱類球囊霉5

2.3宿主植物對AM真菌多樣性的影響AM真菌作為與寄主植物專性共生的一類土壤微生物，寄主植物的種類和群落組成顯著影響它的多樣性，不同宿主植物根圍內(nèi)的AM真菌組成和豐富度不同。研究表明，宿主根區(qū)莎草科AM真菌種的豐度最多，SN為12種，SR為2.80種/土樣；禾本科植物次之，SN為11種，SR為2.20種/土樣；豆科植物與莎草科、禾本科相差很大，SN僅為2種，SR為1.25種/土樣；蓼科植物最低，SN、SR 數(shù)值均為1。在各種植物中，苔草植物種的豐度SR高達(dá)4種/土樣，分別比針茅、西藏莎草、早熟禾增加14.28%、49.81%、81.82%；狼牙刺、矮生蒿草種的豐度均為2種/土樣，是苔草的一半。

由表4可知，每種寄主植物都能與AM真菌共生。AM真菌種類因宿主植物的不同而有所變化，且同一AM真菌可以同時分布在多種植物中。在西藏高原中部采樣植物群落中，西藏莎草根圍土壤中AM真菌總種數(shù)最高，為8種，其中球囊霉屬4種，無梗囊霉屬4種，且這8種AM真菌是其獨有的種類，在其他宿主植物均無分布；早熟禾次之，有4屬7種AM真菌種類，球囊霉屬4種，無梗囊霉屬、巨孢囊霉屬、類球囊霉屬各1種，摩西球囊霉、 珠狀巨孢囊霉分別為最常見種、常見種；針茅有5種AM真菌與之共生，且5種全是屬球囊霉屬，摩西球囊霉、透光球囊霉均為其常見種；苔草、白茅、棘豆、狼牙刺、矮生蒿草分別與4、2、2、2、2種AM真菌共生，其余寄主植物中的多樣性較差，每種植物僅與1種AM真菌共生。

3結(jié)論與討論

（1） 西藏高原草地宿主植物群落根圍AM真菌資源較豐富，共分離到4屬21種AM真菌，種的豐度、多樣性指數(shù)、物種均勻度分別為2.10種/土樣、2.68、0.88。球囊霉屬在各科植物根圍土壤中均有分布；無梗囊霉屬主要分布在莎草科植物根圍土壤中；巨孢囊霉屬、類球囊霉屬則僅寄生在禾本科的早熟禾植物中。摩西球囊霉、近明球囊霉與宿主植物具有相對高的親和力，廣泛分布于各種植物根圍土壤中。值得注意的是，適應(yīng)能力強(qiáng)、分布廣泛的摩西球囊霉卻未在具有良好侵染率的莎草科植物中有分布，其原因有待于進(jìn)一步研究。

（2） 西藏高原草地植物與AM真菌有著良好的共生關(guān)系，AM真菌的平均孢子密度略高于我國東南沿海植物根圍土壤[10]。西藏高原菌根植物根系均具有良好的侵染率、侵染強(qiáng)度及叢枝豐度。對西藏中部4科12種植物的調(diào)查表明，所有采樣的植物根系均能被AM真菌侵染，與其形成互惠共生體，侵染率高達(dá)100%。這可能是由于所調(diào)查的植物均為草本，易獲得完整根系用于染色。在西藏高原生態(tài)條件下，不同科屬植物或同一科不同種植物抑或同一宿主植物不同樣品間根圍土壤AM真菌孢子密度差異顯著。

（3）AM真菌孢子密度與菌根侵染率、叢枝豐度的相關(guān)系數(shù)不大，侵染率和叢枝豐度呈顯著正相關(guān)（r=0.566 4），其中孢子密度與菌根侵染率之間無相關(guān)性的研究結(jié)果與國內(nèi)外多數(shù)研究相一致[4，6，11-12]。究其原因，可能是土壤中部分失去活力或處于休眠狀態(tài)的AM真菌孢子降低或喪失對植物的侵染能力。但也有部分研究表明，植物的侵染率與孢子密度關(guān)系密切。王桂君[13]對吉林省西部鹽堿草甸草原研究表明，秋季植物的侵染率與孢子密度呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.728 1。Peat等[14]研究表明，AM真菌孢子密度與叢枝定殖率呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)，但研究中AM 真菌孢子密度與叢枝豐度相關(guān)性不大。研究還表明，侵染率和叢枝豐度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.566 4。究其原因，可能是侵染率高，AM真菌在宿主根系內(nèi)部形成較多的侵染單元，增加與植株進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)交換的場所，促進(jìn)碳水化合物從宿主向真菌的轉(zhuǎn)移，從而形成較多的叢枝結(jié)構(gòu)。

（4）在4科植物中，AM真菌孢子密度、種的豐度均呈莎草科植物>禾本科植物>豆科植物>藜科植物。由于豆科植物普遍能與根瘤菌、AM真菌形成共生聯(lián)合體，其菌根侵染率、叢枝豐度最高。該研究再次證實莎草科、藜科等以前被認(rèn)為不能與AM真菌形成菌根植物的根系也能被AM真菌侵染，且莎草科植物能與叢枝菌根建立良好的共生關(guān)系，根區(qū)孢子密度、種的豐度均為最高，而豆科植物侵染率及其叢枝豐度最高。在12種寄主植物中，苔草根區(qū)AM真菌孢子密度、種的豐度均為最高，豬毛菜最低。

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