甘肅酒泉甘草根際土壤線蟲群落多樣性研究

郭長輝,　呂　卉,　柳　莉,　陳泰祥,　李春杰

(蘭州大學草地農業科技學院, 蘭州　730020)

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甘肅酒泉甘草根際土壤線蟲群落多樣性研究

郭長輝,呂卉,柳莉,陳泰祥,李春杰*

(蘭州大學草地農業科技學院, 蘭州730020)

為明確甘肅酒泉地區甘草根際土壤線蟲群落特征,于2014年7月和9月,采集甘草根際土壤,利用淘洗-過篩-蔗糖離心法分離線蟲,根據線蟲形態學特征進行鑒定。結果表明,從甘草根際土壤樣品中共分離到植物寄生線蟲1目4科5屬,非植物寄生線蟲4目7科16屬。真滑刃屬(Aphelenchus)和中桿屬(Mesorhabditis)為甘草根際土壤線蟲的優勢屬。與7月份相比,9月份甘草根際土壤線蟲個體密度和類群數顯著減少,多樣性指數(H′)和豐富度指數(SR)降低,且豐富度指數(SR)降幅顯著,均勻度指數(J′)顯著高于7月份,月份間PPI/MI差異顯著,表明外界環境及人類活動對甘草土壤線蟲功能類群影響較大;瓦斯樂斯卡指標(WI)為6.55,且7月份顯著大于9月份,表明酒泉地區土壤健康指數較高,土壤健康狀況良好。

甘肅酒泉;甘草根際;土壤線蟲;多樣性;土壤健康

甘草(Glycyrrhiza uralensis)為豆科甘草屬多年生草本植物,以根與根莖入藥,具有補脾益氣、清熱解毒、祛痰止咳、緩急止痛、調和諸藥等功效,是我國臨床最常用的中藥材之一[1]。甘肅是我國甘草生產和種植的主要產區之一,種植面積已超過2萬hm2,產量占全國的25%以上,僅酒泉地區種植面積已達1萬hm2,其中瓜州縣種植面積已超過0.7萬hm2,成為全國最大的人工甘草種植基地,經濟效益顯著,發展勢頭好,是當地農民增收、致富的重要來源之一。

土壤線蟲類群多,數量大,廣泛分布于各種生境的土壤中,以土壤有機體為食,在土壤食物網中占重要地位。線蟲分為有益線蟲和有害線蟲,其中有益線蟲,如食細菌線蟲、食真菌線蟲和捕食/雜食性線蟲等在土壤耕作過程中起積極作用[2];而有害線蟲是一類造成農作物嚴重損失的植物寄生線蟲[3]。它在侵入寄主的過程中對植物細胞造成損傷,其食道腺分泌物對植物組織造成傷害并導致病害發生。植物寄生線蟲還可以傳播病菌和病毒從而加重植物的受害程度,造成農作物產量下降,農產品的品質降低[45]。近年來甘草種植地區根腐病的發生日趨嚴重,線蟲的危害是主要原因之一。調查分析作物根際土壤線蟲種群結構,了解植物根際土壤健康狀況、有害線蟲的危害程度和有益線蟲的利用都具有重要意義[5],對病害防治起到指導作用[67]。本試驗對甘肅省酒泉市甘草根際土壤線蟲群落多樣性進行研究,旨在為甘草根際有益線蟲的利用和有害線蟲的防治以及土壤的可持續利用提供科學依據。

1　材料和方法

1.1樣本采集

于2014年7月、9月,在甘肅省酒泉市瓜州縣布隆吉鄉、腰站子鄉和河東鄉甘草種植區,每個鄉定點選取一塊甘草種植田,采用五點取樣法對甘草根際進行土壤線蟲取樣。用直徑2.4cm土鉆取深度為0～40cm土壤樣品約300g,放入封口塑料袋中,寫好標簽,帶回實驗室處理。

1.2土壤線蟲的分離和鑒定

每份土樣稱取100g,采用淘洗過篩蔗糖離心法分離提取土壤線蟲[8]。將土壤線蟲懸浮液置于60℃水浴鍋3min殺死線蟲,用TAF固定液進行固定。在光學顯微鏡下根據線蟲形態特征進行線蟲屬的鑒定[911],分別統計各屬線蟲的數量,根據土壤含水量將各類線蟲折算成每100g干土含有的線蟲數量。計算土壤線蟲類群數(個/100g干土)和個體密度(條/100g干土)。根據線蟲的頭部形態學特征和取食生境將土壤線蟲分為食細菌線蟲(bacterivores,Ba)、食真菌線蟲(fungivores,Fu)、植物寄生線蟲(plantparasites,PP)、捕食性/雜食性線蟲(predators/omnivores,PO)四大類[12]。

1.3土壤線蟲群落多樣性評價

各類群多度根據每個屬個體線蟲數量占總捕獲量的百分比劃分,將其劃分為3個等級:10%以上為優勢屬(+++);1%～10%為常見屬(++);1%以下為稀有屬(+)[1213]。

本文采用國內外學者普遍采用的Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J′)和Margalef豐富度指數(SR)對土壤線蟲群落進行多樣性分析[1415];采用自由生活線蟲(非植物寄生性線蟲)成熟度指數(maturityindex,MI)、植物寄生線蟲成熟度指數(plantparasiteindex,PPI)、所有線蟲(非植物寄生線蟲和植物寄生線蟲)的總成熟度指數(∑MI)和PPI/MI表示各生境土壤線蟲群落功能結構特征[1617];以瓦斯樂斯卡指標(Wasilewskaindex,WI)表示土壤線蟲結構組成,反映土壤健康本質[1819]。公式如下:

Margalef豐富度指數:SR=(S-1)/lnN;

瓦斯樂斯卡指標:WI=(Ba+Fu)/PP;

式中Pi為第i個屬的個體所占的比例;S為土壤線蟲群落中所鑒定屬的數目;N為線蟲群落中線蟲的總個體數;n為非植物寄生性(或植物寄生性)土壤線蟲類群數;cPi為非植物寄生性(或植物寄生性)土壤線蟲第i類群colonizer-persister(c-p)值,根據Bongers[16]給出的c-p值表,c-p的范圍為1～5;Ba為食細菌線蟲數量,Fu為食真菌線蟲數量,PP為植物寄生線蟲數量。

1.4數據統計

運用SPSS17.0和Excel軟件對數據進行統計分析,所得數據均用平均數±標準誤表示。利用單因素方差分析和LSD比較平均值的差異顯著性(P<0.05)。

2　結果與分析

2.1甘草根際土壤線蟲群落組成

在甘肅省瓜州縣不同地區甘草根際土壤中分離獲得的線蟲隸屬于5目11科21屬(表1)。其中植物寄生線蟲1目4科5屬,包括短體屬(Pratylenchus)、偽墊刃屬(Nothotylenchus)、散香屬(Boleodorus)、絲尾墊刃屬(Filenchus)和螺旋屬(Helicotylenchus);非植物寄生線蟲4目7科16屬,其中食細菌線蟲2目4科10屬,食真菌線蟲1目2科2屬,捕食性/雜食性性線蟲1目1科4屬。植物寄生線蟲中短體屬(Pratylenchus)數量最多,占總捕獲量的3.49%;食細菌線蟲中中桿屬(Mesorhabditis)數量最多,占總捕獲量的18.82%;食真菌線蟲中真滑刃屬(Aphelenchus)數量最多,占總捕獲量的19.78%;捕食性/雜食性線蟲中盤咽屬(Discolaimus)數量最多,占總捕獲量的6.37%。

表1　甘草根際土壤線蟲群落組成及個體數量1)

1)Ba:食細菌線蟲;Fu:食真菌線蟲;PP:植物寄生線蟲;PO:捕食/雜食性線蟲

Ba:Bacterivores;Fu:Fungivores;PP:Plantparasites;PO:Predators/omnivores

甘草根際土壤線蟲中真滑刃屬(Aphelenchus)和中桿屬(Mesorhabditis)為優勢屬,個體數占總捕獲量的38.60%;擬麗突屬(Acrobeloides)等為常見屬,個體數占總捕獲量的59.62%;滑刃屬(Aphelenchoides)、孔咽屬(Aporcelaimus)和地單宮屬(Geomonhystera)為稀有屬,個體數占總捕獲量的1.78%。

2.2甘草根際土壤線蟲多樣性

對不同月份間甘草根際土壤線蟲有關生態指數進行比較。7月份(生長期)土壤線蟲類群數和個體密度均高于9月份(收獲期),并且差異顯著(P<0.05)。與7月份相比,9月份多樣性指數(H′)和豐富度指數(SR)都下降,而且豐富度指數(SR)下降幅度較大,與7月份差異顯著(P<0.05);但均勻度指數(J′)較7月份顯著升高(P<0.05)(表2)。

2.3甘草根際土壤線蟲功能類群特征

運用∑MI指數、MI指數、PPI指數和PPI/MI研究不同月份甘草根際土壤線蟲功能類群特征。與7月份相比,9月份MI指數和∑MI指數降低,但差異不顯著(P>0.05);PPI指數和PPI/MI值升高,并且差異顯著(P<0.05)。甘草地WI的平均值為6.55,其中9月份WI值低于7月份,并且差異顯著(P<0.05)(表3)。

表2　甘草根際土壤線蟲群落多樣性指數1)

1) 表中同一列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Differentlowercaselettersinthesamecolumnindicatesignificantdifference(P<0.05).Thesamebelow.

表3　甘草根際土壤線蟲功能類群特征

2.4甘草根際土壤線蟲各營養類群組成

對甘草根際土壤線蟲各營養類群優勢度進行分析,非植物寄生線蟲優勢度為87.38%,其中食細菌線蟲占主要優勢,優勢度達到55.79%,食真菌線蟲和捕食性/雜食性線蟲優勢度分別為20.70%和10.89%,而植物寄生線蟲的優勢度僅為12.62%(表1)。與7月份相比,9月份食細菌線蟲、食真菌線蟲和捕食性/雜食性線蟲個體數量降低,且食細菌性線蟲和捕食性/雜食性線蟲個體數量降幅顯著(P<0.05),而植物寄生線蟲個體數量升高,但差異不顯著(P>0.05)(表4)。

表4　甘草根際土壤各營養類型線蟲數量

3　結論與討論

本研究從甘肅省酒泉市甘草根際土壤中分離獲得植物寄生線蟲4科5屬,個體數占總捕獲量的12.62%,短體屬(Pratylenchus)和偽墊刃屬(Nothotylenchus)占主要優勢,其次是散香屬(Boleodorus)、絲尾墊刃屬(Filenchus)和螺旋屬(Helicotylenchus)。其中短體屬線蟲是一類不定居的遷移性半內寄生植物線蟲,主要取食根表皮造成根部損傷,引起根部組織壞死,并能誘引其他病原物的繼發性侵染而導致根腐,使植物呈現生長衰退和萎蔫癥狀,導致嚴重的根部病害[2023];螺旋屬線蟲是世界上10個重要的植物寄生線蟲屬之一,發生普遍[24],危害多種農作物,引起根部細胞壞死,可以與其他病原物如青枯菌等聯合作用加重植株的受害程度[25]。偽墊刃屬、散香屬、絲尾墊刃屬等都是植物病原線蟲,對植物也可以造成一定的危害。據此認為,植物寄生線蟲可能是引起甘草根腐病發生的重要原因之一。從甘草根際土壤獲得非植物寄生線蟲7科16屬,其中食細菌線蟲4科10屬,是主要的營養類群,中桿屬(Mesorhabditis)占主要優勢;食真菌線蟲2科2屬,真滑刃屬(Aphelenchus)占主要優勢,并且個體數在總捕獲量中最多;捕食性/雜食性線蟲1科4屬,盤咽屬(Discolaimus)占主要優勢。在一般農事操作的土壤生態系統中,植物寄生線蟲數量占總線蟲數量的6%～20%,食細菌線蟲數量占總線蟲數量的48%～76%[26]。本研究甘草地植物寄生線蟲和食細菌線蟲的數量都在常規范圍內,表明本地區土壤線蟲營養類群結構處于穩定狀態。從甘草根際土壤獲得的線蟲類群種類和數量可能與當地的氣候條件、地理位置和土壤類型等有關,這些因素對土壤線蟲類群有顯著的影響。

生物多樣性是群落組成結構的重要指標,它能反映群落內物種的多少和生態系統食物網的復雜程度及穩定性,并能反映各生境之間的相似性和差異性[27]。甘草根際土壤線蟲多樣性分析結果顯示,與7月份相比,9月份線蟲類群數和個體密度明顯降低;多樣性指數(H′)和豐富度指數(SR)也降低;只有均勻度指數(J′)有所升高。這與研究地區的環境和氣候變化密切相關,7月份氣溫較高,灌溉施肥及時,植株生長良好,而9月份氣溫偏低,植株到了收獲期,從而造成甘草根際土壤線蟲群落類群數、個體密度以及多樣性的差異。

Bongers[16]提出用MI和PPI來反映土壤線蟲群落功能結構特征,后來Yeates等[17]又提出∑MI。其中MI和PPI分別用于指示非植物寄生線蟲和植物寄生線蟲r-和k-選擇類群的比例,顯示線蟲生活周期、繁殖力和抗干擾能力的強弱[28]。本研究9月份MI和∑MI低于7月份,而PPI顯著高于7月份,表明月份間不同外界環境和人類生產活動的干擾對甘草地各類線蟲r-和k-選擇類群的比例有一定的影響,與非植物寄生線蟲相比,植物寄生線蟲對外界干擾更敏感。在MI、PPI和∑MI的基礎上Bongers等[29]又提出了PPI/MI值,他認為擾動會使土壤線蟲群落PPI/MI值升高,而未受擾動的自然環境線蟲PPI/MI值將低于擾動環境,PPI/MI值可能更適合于反映來自外界環境的干擾特征。本研究9月份甘草土壤線蟲PPI/MI值顯著高于7月份,這表明人類生產活動對甘草土壤生態環境產生了較為明顯的干擾,改變了甘草土壤線蟲功能類群的組成。

瓦斯樂斯卡指標(WI)表明土壤線蟲種群結構組成,反映土壤健康本質。WI越大,說明土壤越健康;當WI為1時,表明單位土壤中有益的非植物線蟲的數量與有害的植物線蟲的數量相當,說明土壤健康程度一般;WI小于1時,說明土壤健康程度差,需要重視土壤的合理使用。關于甘肅地區植物根際土壤線蟲種群結構和土壤健康指數之間的相互關系有一些報道,劉奇志等[3031]研究發現天水地區油菜園和小麥地植物寄生線蟲占很大的比例,分別為61%和68%,WI都小于1,表明這些地區蔬菜田和小麥田土壤健康指數很低,土壤健康狀況差,應引起高度警惕;而漆永紅等[5]研究發現嘉峪關地區洋蔥根際植物寄生線蟲僅占11%,其WI為8.09,表明嘉峪關地區洋蔥種植地土壤健康狀況良好。本研究結果表明,WI的平均值為6.55,遠大于1,說明本地區甘草種植田土壤健康指數較高,土壤健康狀況良好。7月份WI顯著大于9月份,說明人類活動對甘草土壤線蟲營養類型的組成有較大的影響。

國內外關于甘草根際土壤線蟲群落多樣性結構及營養類群的研究報道較少。本文首次報道了甘肅酒泉甘草根際土壤線蟲的群落組成、多樣性結構、功能類群特征及營養類群組成,并依據土壤線蟲種群結構組成反映種植甘草的土壤健康程度。找出了可能造成甘草根腐病的幾種主要的植物寄生線蟲,關于具體是哪種植物寄生線蟲影響甘草根腐病的發生有待進一步的研究。

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(責任編輯：楊明麗)

PopulationdiversityofnematodesinGlycyrrhiza uralensisrhizospheresoilinJiuquan,GansuProvince

GuoChanghui,LüHui,LiuLi,ChenTaixiang,LiChunjie

(CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China)

ToclarifythecommunitycharacteristicsofsoilnematodesinGlycyrrhiza uralensisrhizosphereinJiuquanCityofGansuProvince,soilnematodeswereextractedandidentifiedinJulyandSeptember, 2014.Theresultsshowedthat1order, 4familiesand5generaofnematodesintheG. uralensisrhizospherebelongedtoplant-parasiticnematodesand4orders, 7familiesand16generaofnematodesbelongedtonon-plant-parasiticnematodes.Amongthem, AphelenchusandMesorhabditiswerethedominantgenera.Theindividualdensity,genericnumberandmaturityindexofsoilnematodesinSeptemberweresignificantlylowerthanthoseinJuly,whereasthePielouindexwassignificantlyhigherthanthatinJuly.ThePPI/MIratiowassignificantlydifferentamongdifferentmonths.TheresultssuggestedthatexternalenvironmentandhumanactivityhadgreatinfluenceonfunctionalgroupsofsoilnematodesofG. uralensis.Wasilewskaindexwas6.55,whichindicatedthehealthindexofG. uralensissoilinJiuquanwasrelativelyhigh,andthesoilhealthconditionwasfine.

Jiuquan,Gansu;Glycyrrhiza uralensisrhizosphere;soilnematode;diversity;soilhealth

20150323

20150406

甘肅省中藥材產業科技攻關項目(GYC13-04)

E-mail:chunjie@lzu.edu.cn

S435.67

ADOI：10.3969/j.issn.05291542.2016.03.021