不同海拔蒙古沙冬青根系深色有隔內(nèi)生真菌DSE定殖的空間變化

李寶庫++賀學(xué)禮++吳偉家

摘要：為闡明荒漠植物蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）根圍深色有隔內(nèi)生真菌定殖的形態(tài)特征隨海拔變化，2013年6月，選取內(nèi)蒙古烏拉特后旗、磴口、阿拉善左旗，寧夏中衛(wèi)市沙坡頭等西北荒漠地區(qū)4個(gè)不同海拔梯度樣地，分別從0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm 5 個(gè)土層采集蒙古沙冬青根和土壤樣品，系統(tǒng)研究了不同海拔深色有隔內(nèi)生真菌定殖空間變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，深色有隔內(nèi)生真菌菌絲和微菌核在所選樣地沙冬青根系組織普遍定殖，產(chǎn)生多種典型的結(jié)構(gòu)；并隨海拔從低到高，定殖形態(tài)出現(xiàn)規(guī)律性變化，即菌絲變粗，顏色逐漸變深，橫隔膜縮短。微菌核由分散顆粒狀聚集成簇、成團(tuán)，并出現(xiàn)迷宮狀，顏色也顯現(xiàn)不同變化規(guī)律，且菌絲定殖率、微菌核和總定殖率逐漸增大。

關(guān)鍵詞：DSE真菌；定殖率；蒙古沙冬青；海拔梯度；空間變化

中圖分類號(hào)： X171.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0502-04

深色有隔內(nèi)生真菌（dark septate endophytes，DSE）是泛指定殖于植物根細(xì)胞或間隙的小型真菌，菌絲顏色深，具有明顯橫隔膜，廣泛存在于植物根表皮、皮層和維管束組織的細(xì)胞內(nèi)或間隙，能夠在植物細(xì)胞形成微菌核，但不會(huì)在根組織內(nèi)形成病原菌所引起的病理學(xué)特征[1-2]。這類真菌在干旱、高溫、寒冷等極端生態(tài)環(huán)境中常常在植物根組織內(nèi)形成較高定殖率[3]。DSE廣泛的生態(tài)分布和類似菌根的潛在生態(tài)功能，特別是在不利于菌根發(fā)育環(huán)境屮的積極作用，在生態(tài)保護(hù)和修復(fù)、植被恢復(fù)、重建以及生物防治等多個(gè)方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[4]。蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）為亞洲中部荒漠特有種，分布范圍介于105°～108°E、37°～41°N之間，生長在海拔1 000～1 600 m的低山帶，屬國家3級(jí)瀕危保護(hù)植物[5-6]，具抗旱、抗寒、抗熱、耐堿、耐沙埋、抗風(fēng)蝕等特性，且地上部分枝葉多，冠幅大，阻沙能力強(qiáng)，是荒漠地區(qū)防風(fēng)固沙的優(yōu)良灌木[7]。近年來，不少學(xué)者對(duì)蒙古沙冬青根圍DSE定殖進(jìn)行了研究，但關(guān)于DSE真菌定殖隨海拔空間變化的研究較少，特別是有關(guān)我國西北荒漠地區(qū)不同海拔高度DSE變化特征的研究還未見報(bào)道。因此，根據(jù)綜合分布區(qū)生態(tài)條件，于2013年選定內(nèi)蒙古烏拉特后旗、磴口、阿拉善左旗及寧夏中衛(wèi)市沙坡頭等（圖1、表1）4個(gè)不同海拔高度的蒙古沙冬青生長地進(jìn)行其根圍DSE定殖空間變化多樣性的研究，以期為西北荒漠-森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)調(diào)控、退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集

2013年6月，在4個(gè)樣地（表1）隨機(jī)選取6株生長良好的沙冬青，貼近植株根頸部0～35 cm去其枯枝落葉挖土壤剖面，取0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm 共5個(gè)土層的根圍土壤和根樣約1 000 g，每個(gè)樣品重復(fù)5次，記錄采樣地點(diǎn)、時(shí)間和環(huán)境等并編號(hào)，將樣品裝入隔熱性能好的塑料袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室后4 ℃冷藏，過1～2 mm篩，用于土壤理化成分測定，根樣用于DSE定殖結(jié)構(gòu)與侵染狀況觀測。

1.2測定內(nèi)容與方法

DSE定殖結(jié)構(gòu)（菌絲、微菌核）和定殖率按Phillips等的方法[8]染色、Giovannetti等的方法[9]測定。土壤pH值用電位法測定，有機(jī)P用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定，有機(jī)N用堿解擴(kuò)散法測定，有機(jī)C用重鉻酸鉀氧化法測定[10]。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 19.0 生物統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差、相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1沙冬青根圍DSE的形態(tài)特征

堿解離酸性品紅染色法證實(shí)DSE菌絲在所選樣地沙冬青根系組織胞間或胞內(nèi)普遍定殖，根系中存在多種真菌侵染結(jié)構(gòu)特征（圖2-A、圖2-H），并存在一些菌絲特化結(jié)構(gòu)，如沿植物根細(xì)胞內(nèi)壁盤曲的菌絲圈和鏈珠狀的細(xì)胞串（圖2-B、圖2-C）、透明的微菌核圈結(jié)構(gòu)（圖2-G），顆粒狀、紡錘體狀、葉狀、印度梨形孢和腦狀等微菌核（圖2-F），有些菌絲頂端細(xì)胞往往膨大、突起，形成不規(guī)則的類似附著孢的結(jié)構(gòu)（圖2D），并觀察到“微菌核”的形成過程，主要由一些深色菌絲聚集而成（圖2-E）；此外，還能觀察到類似厚垣孢子的聚集（圖2-E）及微菌核與AM真菌泡囊共生結(jié)構(gòu)（圖2-I）。

2.2不同海拔蒙古沙冬青根圍DSE形態(tài)變化特征

隨著生態(tài)環(huán)境的變化，尤其是隨海拔升高（表1），不同樣地菌絲漸漸變粗，顏色逐漸黑化，并出現(xiàn)附著胞樣膨大細(xì)胞，暗色菌絲片段聚集，橫隔膜也變短（圖3-A至圖3-E）。微菌核形態(tài)變化更加多樣，由分散顆粒狀逐漸聚集成簇、成團(tuán)，并出現(xiàn)迷宮狀，顏色也顯現(xiàn)不同變化（圖3-F至圖3-J）。

2.3DSE真菌定殖沿海拔梯度的空間分布

同一海拔樣地，菌絲定殖率和總定殖率在土層間無規(guī)律性變化。其中沙坡頭和磴口40～50 cm土層顯著高于其他土層；阿拉善左旗0～10 cm土層顯著高于其他土層；烏拉特后旗0～20 cm土層達(dá)最大值。微菌核定殖率沙坡頭0～10、40～50 cm 土層極顯著高于其他土層； 阿拉善左旗和烏拉特

后旗0～10 cm土層極顯著高于其他土層；磴口10～20、30～40 cm土層極顯著高于其他土層（圖4）。隨著海拔由高到低，菌絲定殖率、微菌核定殖率和總定殖率逐漸減小。阿拉善左旗顯著高于烏拉特后旗；烏拉特后旗顯著高于沙坡頭；沙坡頭顯著高于磴口。

2.4DSE定殖及生態(tài)環(huán)境因子間相關(guān)性分析

DSE菌絲定殖率與有機(jī)C含量、有機(jī)N含量和含水量極顯著正相關(guān)，微菌核定殖率與有機(jī)C含量和有機(jī)N含量顯著正相關(guān)，與有機(jī)P含量顯著負(fù)相關(guān)，總定殖率與各因子間相關(guān)性不強(qiáng)（表2）。

3討論與結(jié)論

3.1蒙古沙冬青根圍DSE真菌定殖形態(tài)隨海拔梯度的變化

本研究表明，DSE侵染蒙古沙冬青根系能產(chǎn)生多個(gè)典型結(jié)構(gòu)。已有的研究認(rèn)為，DSE具有廣泛的宿主和生態(tài)分布，且在植物根上定居后并無穩(wěn)定的病理學(xué)特征[11-12]。通常情況下植物形成菌根后可提高宿主的抗逆性，而DSE在脅迫環(huán)境中的普遍存在及其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，得到了許多研究結(jié)果的支持[13-14]。沙冬青屬于直根系，須根極少。DSE在沙冬青根內(nèi)分布廣泛，AM和DSE共生體的形成可能是沙冬青適應(yīng)極端荒漠環(huán)境的有效途徑。盡管目前研究尚不能對(duì)DSE菌絲及微菌核多態(tài)性在其整個(gè)生命周期中的意義做出解釋，但在某種程度上其可能與增強(qiáng)DSE在極端環(huán)境中抗逆性有關(guān)，并且暗示了其與蒙古沙冬青間復(fù)雜的相互作用。

本研究發(fā)現(xiàn)，隨樣地生態(tài)條件尤其是海拔的變化，DSE定植形態(tài)出現(xiàn)一定規(guī)律性。已有研究表明，黑色素在DSE菌絲細(xì)胞壁內(nèi)的聚積是一個(gè)逐漸的過程，且可能是菌絲在逆境中的自我保護(hù)，因?yàn)楹谏啬懿东@和消除非生物脅迫引起的氧自由基，增強(qiáng)菌絲細(xì)胞壁的強(qiáng)度和對(duì)脅迫環(huán)境的耐受[15-16]。這樣，在高海拔的烏拉特后旗和阿拉善左旗，菌絲的黑化極有可能基于黑色素對(duì)菌絲的保護(hù)作用，且有隨環(huán)境壓力增大，干旱程度加劇加深的可能，因?yàn)殡S著植物的生理活性的降低，根內(nèi)DSE主要以深色菌絲呈現(xiàn)。橫隔變短，進(jìn)一步說明高海拔惡劣的環(huán)境條件，養(yǎng)分的運(yùn)輸更加困難。微菌核的多樣性變化也說明了微菌核成為了繁殖結(jié)構(gòu)以抵抗環(huán)境的壓力。這種差異的存在基于不同海拔樣地生境的差異，也有可能表明DSE的生態(tài)適應(yīng)性。相對(duì)于高海拔地區(qū)，土壤的干燥引起土壤有機(jī)物累積和分解受限。這樣真菌能夠更好地參與土壤中有機(jī)物的分解和營養(yǎng)元素的循環(huán)過程，并在土壤濕度極低的情況下轉(zhuǎn)運(yùn)營養(yǎng)物和制造有機(jī)物。

3.2DSE定殖率隨海拔梯度的的空間變化

Casanova-Katny等調(diào)查了智力安第斯山脈3 200、3 600 m 海拔環(huán)境中23種植物共生真菌的定殖，發(fā)現(xiàn)海拔越高 DSE 侵染程度越大[17]。Zubek等調(diào)查斯洛伐克西喀爾巴阡山脈Soldanella carpatica、Homogyne alpine的AM真菌和DSE的定殖狀況發(fā)現(xiàn)，隨海拔的升高，AM真菌的定植率降低，DSE的侵染率升高，且DSE與AM真菌共存于同一根系中[18]。Read等對(duì)澳大利亞一定海拔范圍內(nèi)高山區(qū)菌根狀況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，DSE定植程度與海拔存在一定相關(guān)性[19]。DSE在研究的所有海拔范圍內(nèi)均有分布，但是最高定殖率發(fā)生在高海拔區(qū)域，說明DSE在高海拔區(qū)的適應(yīng)性和普遍性可能比AM真菌更為重要[19-20]。本研究結(jié)果呈現(xiàn)出一致性，即隨海拔的升高，菌絲定殖率、微菌核定殖率和總定植率逐漸增大，進(jìn)一步表明DSE的存在可能具有協(xié)助植物生長和抗逆的功能，預(yù)示DSE可能在逆境中是一群具有重要生態(tài)功能的真菌，與菌根真菌一樣，在植物吸收營養(yǎng)和水分方面具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉潔. 植物深色有隔內(nèi)生真菌（DSE）的研究進(jìn)展[J]. 文山學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，23（1）：145-150.

[2]Addy H D，Piercey M M，Currah R S. Microfungal endophytes in roots[J]. Canadian Journal of Botany，2005，83（1）：1-13.

[3]梁昌聰，肖艷萍，趙之偉. 云南會(huì)澤廢棄鉛鋅礦區(qū)植物叢枝菌根和深色有隔內(nèi)生真菌研究[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2007，13（6）：811-817.

[4]班宜輝，徐舟影，楊玉榮，等. 不同程度鉛鋅污染區(qū)叢枝菌根真菌和深色有隔內(nèi)生真菌侵染特征[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2012，32（11）：2336-2343.

[5]Li B K，He X L，He C，et al. Spatial dynamics of dark septate endophytes and soil factors in the rhizosphere of Ammopiptanthus mongolicus in Inner Mongolia，China[J]. Symbiosis，2015，65（2）：75-84.

[6]何恒斌，郝玉光，丁瓊，等. 沙冬青植物群落特征及其根瘤多樣性研究[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（4）：123-128.

[7]Wei Q，Guo Y J，Cao H M. Cloning and characterization of an AtNHX2-like Na+/H+ antiporter gene from Ammopiptanthus mongolicus（Leguminosae）and its ectopic expression enhanced drought and salt tolerance in Arabidopsis thaliana[J]. Plant Tissue and Organ Culture，2011，105（3）：309-316.

[8]Phillips J M，Hayman D S. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscualr mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection[J]. Transacitons of the British Mycological Society，1970，55：158-161.

[9]Giovannetti M，Mosse B. An evaluation of technique for measuring vesicular-arbuscularmycorrhizaal infection in roots[J]. New Phytologist，1980，84：489-500.

[10]He X L，Li Y P，Zhao L L. Dynamics of arbuscular mycorrhizal fungi and glomalin in the rhizosphere of Artemisia ordosica Krasch.in Mu us sandland，China[J]. Soil Biology and Biochemistry，2010，42（8）：1313-1319.

[11]Bagyalakshmi G，Muthukumar T，Sathiyadash K，et al. Mycorrhizal and dark septate fungal associations in shola speciesof Western Ghats，southern India[J]. Mycoscience，2010，51：44-52.

[12]Kauppinen M，Raveala K，Wali P R，et al. Contrasting preferences of arbuscular mycorrhizal and dark septate fungi colonizing boreal and subarctic Avenella flexuosa[J]. Mycorrhiza，2014，24（3）：171-177.

[13]Lugo M，Reinhart K O，Menoyo E，et al. Plant functional traits and phylogenetic relatedness explain variation in associations with root fungal endophytes in an extreme arid environment[J]. Mycorrhiza，2015，25（2）：85-95.

[14]Reininger V，Sieber T N. Mitigation of antagonistic effects on plant growth due to root co-colonization by dark septate endophytes and ectomycorrhiza[J]. Environmental Microbiology Reports，2013，5（6）：892-898.

[15]Mandyam K，Jumpponen A. Seeking the elusive function of the root-colonising dark septate endophytic fungi[J]. Studies in Mycology，2005，53：173-189.

[16]Porras-Alfaro A，Herrera J，Sinsabaugh R L，et al. Novel root fungal consortium associated with a dominant desert grass[J]. Applied and Environmental Microbiology，2008，74：2805-2813.

[17]Angelica Casanova-Katny M，Adolfo Torres-Mellado G A，Cavieres L A. The best for the guest：high Andean nurse cushions of Azorella madreporica enhance arbuscular mycorrhizal status in associated plant species[J]. Mycorrhiza，2011，21（7）：613-622.

[18]Zubek S，Blaszkowski J，Delimat A，et al. Arbuscular mycorrhizal and dark septate endophyte colonization along altitudinal gradients in the tatra mountains[J]. Arctic Antarctic and Alpine Research，2009，41（2）：272-279.

[19]Read D J，Haselwandter K. Observations on the mycorrhizal status of some Alpine plant communities[J]. New Phytologist，1981，88：341-352.

[20]Mandyam K，Jumpponen A. Seeking the elusive function of the root-colonising dark septate endophytic fungi[J]. Studies in Mycology，2005，53：173-189.吳元華，王永，石屹，等. 冬牧70黑麥秸稈還田對(duì)煙田土壤氮素礦化的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（5）：506-509.