蒙古沙冬青AM真菌物種多樣性空間異質性

王曉乾，賀學禮，程春泉，陳嚴嚴，姜橋

(河北大學 生命科學學院，河北 保定 071002)

AM(arbuscular mycorrhiza)真菌根外菌絲構成菌絲網絡系統及其分泌的球囊霉素等代謝產物，將不同植物根系連接起來，這對保持荒漠植物多樣性和穩定性，生態系統不同組分之間的生物演化與分布，能量、信息傳遞，物質交換等具有重要意義[1-3]，在植物營養和水分狀況改善，提高植物抗逆性和適應性方面也有重要作用.研究表明，荒漠環境AM真菌物種多樣性豐富，不同宿主植物AM真菌群落組成和豐富度存在差異[4-6].因此，中國西部地區是受荒漠化危害較嚴重的地區，菌根生物技術研究的主要方向是通過AM菌劑-植物聯合修復逆境.由于環境條件和土壤類型的復雜性和多樣性，只有系統研究目標植物AM真菌在特定環境下物種多樣性和群落組成，才能提高宿主植物適宜度，強化AM真菌應用效果，是植被在特殊條件下恢復獲得成功的重要影響因素.

沙冬青屬(Ammopiptanthus)僅含蒙古沙冬青(A.mongolicus)和新疆沙冬青(A.nanus)，主要分布于中國西北荒漠地區，屬于超旱生常綠闊葉灌木樹種，是國家重點保護的珍稀瀕危植物[7].蒙古沙冬青具有抗寒抗凍、耐高溫、耐旱等特性，是荒漠地區用于防風固沙的優良灌木[8-9].近年來，有關沙冬青生理生態、遷地保護、區系分布與瀕危原因等方面以及內蒙古地區AM真菌多樣性研究[10]時有報道，人們從不同角度開展AM真菌物種多樣性研究[11-12]、AM真菌與球囊霉素及環境影響因子的研究[13]，對于荒漠環境AM真菌的研究多集中在菌根侵染及其結構類型等方面[14-15]，涉及沙冬青AM真菌共生關系、生態分布規律和物種多樣性的研究甚少.

本研究選取內蒙古不同荒漠樣地，通過野外采樣和室內分析，對蒙古沙冬青AM真菌群落組成和物種多樣性變化規律進行研究，以便為篩選優良AM真菌菌種，促進荒漠植被恢復以及蒙古沙冬青生長提供依據.

1 材料與方法

1.1 樣地概況

磴口縣(N 40°29′，E 106°30′)，海拔1 030 m，平坦沙地，年均降水量149.2 mm，年均蒸發量2 380.6 mm，主要伴生植物有駱駝刺(Alhagisparsifolia)和白刺(Nitrariatangutorum)，沙冬青高大粗壯直立，節間大，葉子較烏拉特后旗的狹長.

烏拉特后旗(N 41°45′，E 107°157′)，海拔1 295 m，平坦石質灘，年均降水量138.5 mm，年均蒸發量2 752.2 mm，主要伴生植物有沙蒿(Artemisiadesterorum)和駝駝蓬(Peganumharmala)，沙冬青低矮，葉片濃密.

阿拉善左旗(N 41°45′，E 107°57′)，海拔1 295 m，以平坦風蝕沙地為主，年均降水量112 mm，年均蒸發量3 217.7 mm，主要伴生植物有花棒(Hedysarumscoparium)和四合木(Tetraenamongolica)，沙冬青低矮，冠幅大，葉片濃密.

烏海(N 39°45′，E 106°57′)，海拔1 163 m，以洪水沖積溝灘為主，個別有大塊石頭堆積，土質松軟，年均降水量159.8 mm，年均蒸發量3 289 mm，主要伴生植物有蒙古扁桃(Amygdalusmongolica)和白刺(N.tangutorum)，沙冬青數量密集，葉片細長且稀疏.

1.2 樣品采集

2013年7月，分別從所選樣地隨機選取生長良好的沙冬青植株各5株，去除其枯枝落葉層后，貼近植株根頸部挖土壤剖面，從0～50 cm土層采集土樣，將土樣裝入塑料袋密封編號后帶回實驗室，土樣陰干過2 mm篩4 ℃冷藏備用.

1.3 AM真菌分離鑒定

分離AM真菌孢子用濕篩傾析-蔗糖離心法[16]，在體視顯微鏡下挑選大小相近、顏色相同的孢子置于乳酸、水等浮載劑中制片，觀察孢子分類學特征，根據Schenck 等[17-18]的“VA 菌根鑒定手冊”和國際AM真菌保藏中心(INVAM)在http://invam.caf.wvu.edu上提供的最新分類描述及圖片等資料進行分類鑒定.

1.4 AM真菌多樣性

孢子密度(spore density，SD)：每20 g土樣中含有的孢子數；種豐度 ( species richness，SR) ：每20 g土樣中含有AM 真菌種的數目，即 SR=AM 真菌總種次數 / 土樣數；分離頻度(frequency，F)：AM 真菌某屬或種出現次數/土樣數×100%；相對多度(relative abundance，RA)：該采樣點AM 真菌某屬或種的孢子數/該采樣點AM真菌總孢子數×100%；重要值( importance value，I)：頻度和相對多度之和的平均值，即I=(F+RA) /2；Shannon多樣性指數公式：H=-∑(Pi×lnPi)；Simpson多樣性指數公式：D=1-∑(Pi×Pi)；均勻度指數：J=H/lnS，式中：Pi為某樣地種i的孢子數(Ni)和該樣地孢子總數(N)之比，即Pi=Ni/N，S為某樣地AM真菌的種類總數.Sφrensen相似性系數公式:Cs= 2j/(a+b) ，j為AM真菌在A和B2個樣地共有種數,a為A樣地AM真菌全部物種數,b為B樣地AM真菌全部物種數.

將 AM 真菌優勢度按重要值(I) 劃分為 4 個等級，即I>60% 為優勢屬(種) ，40%

1.5 數據處理

采用SPSS19.0生物統計軟件對實驗數據進行單因素方差分析.

2 結果與分析

2.1 AM真菌群落組成

本實驗共分離鑒定出AM真菌5屬25種(圖1)，包括球囊霉屬(Glomus)12種，無梗囊霉屬 (Acaulospora)8種，管柄囊霉屬(Funneliformis)3種，盾巨孢囊霉屬(Scutellospora)和內養囊霉屬(Entrophospora)各1種，其中黑球囊霉、粘質球囊霉、網狀球囊霉、凹坑無梗囊霉、細凹無梗囊霉、光壁無梗囊霉和黑色盾巨孢囊霉等7種為4樣地共有種.

磴口樣地AM真菌有18種，阿拉善有21種，烏拉特后旗有19種，烏海有14種.球囊霉屬和無梗囊霉屬在4樣地均有分布，盾巨孢囊霉屬僅在阿拉善、烏拉特后旗和烏海出現，內養囊霉屬只在阿拉善樣地出現.不同屬種AM真菌孢子形態特征差異明顯，主要表現在孢子形態、顏色、大小、孢壁、表面紋飾和連孢菌絲等方面.

a.地表球囊霉(Glomus versiforme)；b.帚狀球囊霉(G.coremioides)；c.明球囊霉(G.clarum)；d.沙荒球囊霉(G.deserticola)；e.粘質球囊霉(G.viscosum)；f.聚叢球囊霉(G.aggregatum)；g.聚集球囊霉(G. glomerulatum)；h.近明球囊霉(G.claroideum)；i.長孢球囊霉(G.dolichosporum)；j.集球囊霉(G.fasciculatum)；k.黑球囊霉(G.melanosporum)；l.網狀球囊霉(G.reticulatum)；m.麗孢無梗囊霉(Acaulospora elegans)；n.光壁無梗囊霉(A.laevis)；o.凹坑無梗囊霉(A.excavata)；p.雙網無梗囊霉(A.bireticulata)；q.瑞士無梗囊霉(A.rehmii)；r.疣狀無梗囊霉(A.tuberculata)；s.瘤狀無梗囊霉(A.tuberculata)；t.細凹無梗囊霉(A.scrobiculata)；u.地管柄囊霉(Funneliformis geosporum )；v.摩西管柄囊霉(F.mosseae)；w.縮管柄囊霉(F.constrictum)；x.黑色盾巨孢囊霉(Scutellospora nigra)；y.稀有內養囊霉(Entrophospora infrequens).圖1 5屬25種AM真菌孢子形態 Fig.1 Spore morphology of 25 AM fungal species(×400)

2.2 AM真菌屬分離頻度、相對多度和重要值

由表1可知，球囊霉屬和無梗囊霉屬分離頻度、相對多度、重要值在4樣地較大，是共同優勢屬，內養囊霉屬僅在磴口和阿拉善出現，與管柄囊霉屬、盾巨孢囊霉屬構成磴口和阿拉善的亞優勢屬，烏拉特后旗和烏海的亞優勢屬是管柄囊霉屬和盾巨孢囊霉屬.

表1 4樣地AM真菌各屬分離頻度(F)、相對多度(RA)和重要值(I)

2.3 AM真菌種分離頻度、相對多度和重要值

由表2可見，25種AM真菌中，黑球囊霉分離頻度、相對多度和重要值最高，為4樣地共同優勢種.光壁無梗囊霉、細凹無梗囊霉、粘質球囊霉和黑色盾巨孢囊霉是4樣地共同亞優勢種.集球囊霉僅分布在烏拉特后旗，是亞優勢種.

表2 4樣地AM真菌種分離頻度(F)、相對多度(RA)、重要值(I)和優勢度(Dom)

2.4 AM真菌物種多樣性空間差異

AM真菌分布具有明顯空間差異，不僅樣地AM真菌屬種構成存在差異，而且阿拉善和烏拉特后旗AM真菌孢子密度、種豐度、香農指數和辛普森指數明顯高于其他樣地，均勻度指數烏拉特后旗≈阿拉善>磴口>烏海(表3).

表3 4樣地AM真菌孢子密度、種豐度和物種多樣性指標

同一列數據中不同上標字母表示在P<0.05水平上差異顯著，孢子密度為20 g土樣中含有的孢子數.

2.5 AM真菌組成的相似性

通過對2個樣地間Sφrensen相似性系數計算得出，磴口和阿拉善相似性系數最大為0.87，阿拉善與烏拉特后旗相似性系數次之，為0.80，烏海與阿拉善和烏拉特后旗的相似性系數分別為0.63和0.55.統計分析表明，烏海與阿拉善和烏拉特后旗AM真菌組成差異顯著.

3 討論

AM真菌與植物屬于共同進化，其存在和活躍性受宿主和土壤類型顯著影響[19].張淑容等[20]研究表明，蒙古沙冬青的須根以及荒漠環境下土壤透氣性好，為AM真菌生長發育提供了侵染條件，使菌絲侵入到根組織細胞內，與蒙古沙冬青形成良好共生關系，而共生關系的形成有利于宿主植物生長和對極端荒漠環境的生態適應.

本實驗共分離鑒定出5屬25種AM真菌，多于沙坡頭蒙古沙冬青根圍的3屬12種[11]，與陳烝[21]等在塞北荒漠檸條錦雞兒根圍分離的4屬24種AM真菌相接近，少于寧夏和甘肅荒漠地區蒙古沙冬青的4屬36種[12].同時，球囊霉屬和無梗囊霉屬在4樣地占比例最大.說明球囊霉屬和無梗囊霉屬是荒漠環境的廣譜生態型[22].

由于樣地間土壤類型、年均降雨量及蒸發量等不同，使得不同樣地蒙古沙冬青生長狀態存在差異，同時影響AM真菌群落的種屬組成、孢子密度、種豐度及多樣性指數.內蒙古樣地AM真菌孢子密度和種豐度與劉春卯[12]研究的寧夏、甘肅樣地存在明顯差異，磴口、烏海樣地孢子密度和種豐度與寧夏相近，阿拉善與烏拉特后旗孢子密度和種豐度接近，甘肅孢子密度和種豐度明顯高于其他樣地.說明隨著蒙古沙冬青生態地理變化，導致與之共生的AM真菌物種多樣性發生了空間演替.

25種AM真菌中，有7種為4樣地共有種.這7種共有種雖在不同樣地均有分布，但7種AM真菌生態適應性不盡相同，主要體現在分離頻度、相對多度、重要值、優勢度，以及孢子顏色、表面紋飾等方面，共有種在不同樣地間的差異，可能與土壤理化性質以及蒙古沙冬青生長狀態有關.

AM真菌屬于專性共生真菌，適宜環境條件有利于AM真菌生長發育，生態環境(土壤類型、理化性質、植被類型和氣候條件)差異對AM真菌多樣性有重要影響[23].同時，AM真菌在長期進化過程中，也產生了相應的生態適應性.這對于進一步篩選優良AM真菌菌種，促進蒙古沙冬青生長和資源保護有重要意義.

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