河北灤平10種藥用植物根圍AM真菌空間異質(zhì)性

趙婧 郭穎超 王志華 劉衛(wèi)

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北承德 067000）

河北省是中藥材大省，近年來(lái)隨著中藥材產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，以不與糧爭(zhēng)地為前提，引導(dǎo)中藥材生產(chǎn)向“兩帶（太行山、燕山產(chǎn)業(yè)帶）三區(qū)（壩上高原區(qū)、冀中平原區(qū)、冀南平原區(qū)）”轉(zhuǎn)移。灤平縣位于河北省承德市西南部，燕山山脈中段，全年平均氣溫7.6°C，自然生態(tài)環(huán)境良好，為中藥材種植營(yíng)造了最佳農(nóng)業(yè)環(huán)境，當(dāng)?shù)赝寥烙袡C(jī)質(zhì)含量高，是全國(guó)最適合種植中藥材的地區(qū)之一，境內(nèi)野生中藥材達(dá)600多種。灤平縣自古以來(lái)就有種植中藥材的歷史，黃芩、柴胡、牡丹、金銀花、桔梗、防風(fēng)、牛膝、板藍(lán)根、旱半夏、黃芪10個(gè)品種在灤平已有久遠(yuǎn)的種植歷史，“熱河黃芩”“金銀花”等久負(fù)盛名，“灤平黃芩”更是在2020年獲得了地理標(biāo)志證明商標(biāo)。按國(guó)家GAP 要求，推進(jìn)中藥材種植規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，對(duì)藥用植物在種植過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題采取生物防治方法，才是從根本上解決目前我國(guó)中藥材質(zhì)量問(wèn)題的有效途徑。目前，藥用植物與AM 真菌共生關(guān)系以及菌根生物技術(shù)的應(yīng)用倍受人們關(guān)注，大量研究表明，AM (arbuscular mycorrhiza)真菌對(duì)植物具有廣泛的侵染性，能與80%以上高等植物形成叢枝菌根，叢枝菌根能夠增加植物對(duì)土壤礦質(zhì)元素和水分的吸收，增強(qiáng)植物抗逆性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，提高次生代謝產(chǎn)物含量，從而提高中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)河北灤平縣10種藥用植物根圍土壤樣品采集和分析，研究不同藥用植物根圍AM 真菌空間分布以及與土壤因子的相關(guān)性，以便為充分利用AM真菌資源提高中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

2021 年7 月在河北省灤平縣中藥材種植基地，分別從柴胡、牡丹、金銀花、防風(fēng)、黃芪、板藍(lán)根、牛膝、黃芩、桔梗、旱半夏等10 種藥用植物根圍采集0～30cm 土層土樣，每種植物隨機(jī)采樣9 份，裝袋編號(hào)帶回實(shí)驗(yàn)室，過(guò)2mm 篩后收集土樣和根樣以備土壤成分和菌根分析。

1.2 方法

AM 真菌定殖率按pH值illips和Hayman[1]方法測(cè)定。將每100 g 風(fēng)干土中所含孢子數(shù)量計(jì)為孢子密度。采用Melzer's 試劑作為浮載劑將孢子置于載玻片上觀(guān)察，根據(jù)經(jīng)典分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[3]和INVAM（http://invam.caf.wvu.edu）上的照片資料，并參閱近幾年發(fā)表的新種、新記錄種等鑒定材料進(jìn)行鑒定。根據(jù)Smith和Smith[4]方法確定菌根類(lèi)型。

土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法；土壤水解性氮用水解性擴(kuò)散法；土壤有效磷用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法；土壤pH值用電位法[5]。

采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同藥用植物菌根結(jié)構(gòu)類(lèi)型

調(diào)查結(jié)果顯示，10種藥用植物均能與AM真菌形成叢枝菌根結(jié)構(gòu)，其中桔梗、旱半夏和牛膝具有Paris型菌根（以下簡(jiǎn)稱(chēng)P-型菌根），其粗壯的菌絲在根皮層細(xì)胞內(nèi)卷曲、纏繞生長(zhǎng)，并在皮層細(xì)胞間直接延伸，胞間菌絲、叢枝和胞內(nèi)泡囊較少；柴胡、牡丹、金銀花、防風(fēng)、黃芪、板藍(lán)根和黃芩具有Arum 型菌根（以下簡(jiǎn)稱(chēng)A-型菌根），其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)育成典型的叢枝結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙發(fā)育有泡囊。

2.2 不同藥用植物根圍AM真菌種類(lèi)

從土壤樣品中共分離到3屬16種AM 真菌，即多梗球囊霉、網(wǎng)狀球囊霉、地球囊霉、摩西球囊霉、透光球囊霉、明球囊霉、斑點(diǎn)球囊霉、黑球囊霉、雙網(wǎng)無(wú)梗囊霉、細(xì)凹無(wú)梗囊霉、孔窩無(wú)梗囊霉、凹坑無(wú)梗囊霉、瑞氏無(wú)梗囊霉、黑色盾巨孢囊霉、異配盾巨孢囊霉和紅色盾巨孢囊霉。其中地球囊霉和摩西球囊霉是10種藥用植物共同的優(yōu)勢(shì)種，多梗球囊霉僅在柴胡根區(qū)出現(xiàn)，明球囊霉僅在牡丹根區(qū)出現(xiàn)，細(xì)凹無(wú)梗囊霉僅在金銀花根區(qū)出現(xiàn)。

2.3 不同藥用植物根圍土壤AM 真菌定殖活動(dòng)和土壤狀況

10 種藥用植物中，板藍(lán)根叢枝定殖率最高，為12.6%，與黃芪和旱半夏無(wú)顯著差異，顯著高于其它7 種供試植物。菌根總定殖率和菌絲定殖率最高達(dá)100%；柴胡、牡丹、金銀花、桔梗、黃芪、牛膝、黃芩、板藍(lán)根、旱半夏等9 種藥用植物無(wú)明顯差異但顯著高于防風(fēng)，防風(fēng)總定殖率最低，為67.2%。總定殖率和菌絲定殖率變化規(guī)律相同。柴胡泡囊定殖率顯著高于牡丹、防風(fēng)和旱半夏，柴胡和金銀花、桔梗、黃芪、牛膝、黃芩及板藍(lán)根無(wú)顯著差異。旱半夏孢子密度最高，為2824.4 個(gè)·100g-1土，顯著高于柴胡、牡丹、金銀花、防風(fēng)、桔梗和黃芩，與其他4 種植物無(wú)明顯差異。

與全國(guó)土壤普查數(shù)據(jù)中土壤水解性氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量比較，10 種植物根圍土壤水解性氮含量均屬低等，有效磷含量中等，有機(jī)質(zhì)達(dá)到中等或中等以上水平。土壤pH值為8.14～8.62。10種藥用植物根圍理化性質(zhì)不同，其中黃芪和桔梗根圍土壤理化性質(zhì)優(yōu)于其他植物。

2.4 AM真菌與土壤因子的相關(guān)性分析

柴胡菌絲定殖率與土壤水解性氮極顯著正相關(guān)；金銀花叢枝定殖率與土壤pH 值極顯著負(fù)相關(guān)，泡囊與土壤有效磷顯著正相關(guān)；牛膝泡囊定殖率與土壤有效磷顯著負(fù)相關(guān)；黃芪孢子密度與土壤有效磷顯著負(fù)相關(guān)，泡囊與土壤水解性氮極顯著正相關(guān)；板藍(lán)根孢子密度與土壤有效磷顯著負(fù)相關(guān)；旱半夏泡囊定殖率與土壤pH 值極顯著正相關(guān)，菌絲定殖率和總定殖率與土壤pH 值顯著正相關(guān)，孢子密度與土壤水解性氮和有機(jī)質(zhì)極顯著正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

3.1 AM真菌資源與分布

本試驗(yàn)從10種藥用植物根圍土壤中共分離鑒定3 屬16 種AM 真菌，其中50%種類(lèi)屬于球囊霉屬，無(wú)梗囊霉屬種類(lèi)占31.3%，盾巨孢囊霉屬種類(lèi)為18.7%。這是因?yàn)椴煌瑢俜NAM 真菌對(duì)生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性不同。研究表明，灤平地區(qū)AM 真菌群落組成中，球囊霉屬種類(lèi)所占比例最大，無(wú)梗囊霉屬次之。

地球囊霉和摩西球囊霉數(shù)量最多，在10 種藥用植物根區(qū)土壤中都有分布，為共同優(yōu)勢(shì)種；明球囊霉僅在牡丹根區(qū)土壤中出現(xiàn)；多梗球囊霉僅在柴胡根圍土壤中出現(xiàn)。AM 真菌在宿主植物根區(qū)土壤中的分布具有一定的偏好性，這可能與不同植物根系結(jié)構(gòu)特征、分泌物質(zhì)、不同真菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求不盡相同有關(guān)。

3.2 菌根結(jié)構(gòu)

10 種藥用植物均能與AM 真菌形成叢枝菌根結(jié)構(gòu)。其中柴胡、牡丹、金銀花、防風(fēng)、黃芪、板藍(lán)根和黃芩形成A-型菌根，占供試藥用植物的70%；桔梗、旱半夏和牛膝形成P-型菌根，占供試藥用植物的30%。研究普遍認(rèn)為，P-型是野生植物中常見(jiàn)菌根類(lèi)型，A-型菌根常見(jiàn)于栽培作物，Smith等[6]認(rèn)為不同植物種類(lèi)根細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)及細(xì)胞間隙大小可能會(huì)導(dǎo)致AM 真菌侵染類(lèi)型不同。A-型菌根和P-型菌根的生理和功能還未全弄清楚，有通過(guò)解剖寄主根分析AM 真菌形態(tài)學(xué)發(fā)現(xiàn)A-型菌根的發(fā)展快于P-型菌根。AM 真菌形態(tài)學(xué)是植物和真菌種類(lèi)互做的結(jié)果，對(duì)廣泛區(qū)域內(nèi)不同生境充分了解A-型菌根和P-型菌根的控制機(jī)理是必要的。

3.3 AM真菌與土壤因子的關(guān)系

本試驗(yàn)所研究的10種藥用植物除金銀花以外均以根入藥，其根系化學(xué)物質(zhì)組成復(fù)雜。黃芩、黃芪、柴胡侵染率較高可能與這3 種藥用植物根部都含有黃酮類(lèi)物質(zhì)有關(guān)，而宿主植物根系分泌的黃酮類(lèi)化合物和一些揮發(fā)性物質(zhì)能夠刺激孢子萌發(fā)和芽管菌絲生長(zhǎng)，從而提高菌根侵染率。植物菌根定殖率受共生雙方生物學(xué)特性及其環(huán)境因子的影響，尤其是根系生長(zhǎng)的土壤條件，對(duì)AM 真菌定殖率影響較大。土壤pH 值直接影響AM 真菌種屬分布、產(chǎn)孢以及菌根形成，AM 真菌的有效性因pH 值不同而異。本試驗(yàn)中，板藍(lán)根根圍土壤pH 值為8.62，土壤有效磷顯著低于其他藥用植物，叢枝定殖率達(dá)到12.6%，說(shuō)明在堿性土壤中AM 真菌能夠與板藍(lán)根形成良好的共生關(guān)系。叢枝是宿主植物向真菌輸入碳的場(chǎng)所，也是真菌與宿主植物之間磷轉(zhuǎn)移和釋放部位，所以，當(dāng)土壤有效磷含量較少時(shí)，即使土壤pH 值值過(guò)高，叢枝菌根也會(huì)形成叢枝結(jié)構(gòu)。另外，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、水解性氮含量直接關(guān)系到AM 真菌生長(zhǎng)發(fā)育和與宿主植物的共生程度。含氮豐富的土壤中，有大量硝酸離子存在，會(huì)降低菌根的作用；在含氮和磷過(guò)量的土壤中，宿主植物不能正常生長(zhǎng)發(fā)育，也會(huì)影響到菌根形成。如在本試驗(yàn)中，當(dāng)水解性氮含量為15.96ug·g-1時(shí)促進(jìn)菌絲生長(zhǎng)，而在26.79 ug·g-1時(shí)則抑制菌絲生長(zhǎng)。旱半夏孢子密度與有機(jī)質(zhì)極顯著正相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)是菌根生長(zhǎng)的基本元素，土壤有機(jī)質(zhì)可能與根外菌絲的保存和延伸有關(guān)，從而間接影響孢子在根外菌絲頂端的發(fā)育形成。