松嫩鹽堿草地土壤理化特性與叢枝菌根真菌侵染的相關(guān)性

岳英男，楊春雪

(東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040)

叢枝菌根(Arbuscular Mycorrhizal，AM)真菌能與90%以上的高等植物形成叢枝菌根，促進植物對土壤中礦質(zhì)元素，尤其是磷的吸收，同時改善植物對水分的吸收能力，促進植物的滲透調(diào)節(jié)并提高植物的光合作用，從而提高植物在鹽脅迫下的耐性［1］。另一方面，隨著鹽脅迫強度的增大，AM真菌孢子萌發(fā)受到延緩或抑制，阻礙菌絲的生長，直接影響菌根的形成，進而影響AM真菌的侵染狀況［2］。

松嫩草地位于東北大平原的中部，具有獨特的群落構(gòu)成和植物區(qū)系，以羊草(Leymus chinense)+雜類草群落為主，其中羊草是松嫩草地的優(yōu)勢禾草［3］。目前，針對AM真菌與植物共生狀況的研究已有很多［4-5］，但針對松嫩鹽堿草地中土壤化學(xué)性質(zhì)和AM真菌侵染狀況關(guān)系的研究較少。本試驗探究松嫩鹽堿草地中AM真菌的侵染狀況和土壤的化學(xué)性質(zhì)，分析土壤化學(xué)性質(zhì)和AM真菌之間的關(guān)系，以期為不同鹽度的松嫩鹽堿草地退化草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)與重建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)選擇黑龍江省肇東市西南部的鹽堿土地，45°10'－ 46°20'N，125°22'－ 126°22'E，海拔137～138 m，地勢平坦，土質(zhì)肥沃。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候;冬季嚴寒干燥，夏季溫?zé)釢駶?年降水量為350～550 mm，主要集中在7－9月，而年蒸發(fā)量則為降水量的2～3倍。土壤類型多樣，多為黑鈣土和蘇打草甸土。

1.2 樣品采集與保存

2013年7月1日于肇東市的松嫩鹽堿草地采集了11科26種常見植物。按照“多點混合法與平行采樣對照法”［6］取樣，每種植物隨機選取3株作為重復(fù)，每株按東南西北4個方向，清除土壤表面5 cm深的雜草和地表土，用小鏟輕輕挖取距地表10－20 cm深的根際土壤，并取粘附在根上的細土，最后經(jīng)“四分法”［6］保留 1 kg，并剪取長度為 0.5 ～1.0 cm且粗細均勻的植物根系小段固定于1/2 FAA固定液(福爾馬林5 mL，冰醋酸5 mL，70%酒精90 mL)［7］中，土壤和根系統(tǒng)一編號后帶回，保存于4℃的冰箱中。

1.3 根際叢枝菌根侵染率測定

將小根段從固定液中取出，用清水沖洗3～5遍直到無刺激性氣味后用10%KOH水浴軟化透明，根系變軟后用5%的乳酸中和，采用“改良Phillips和Hayman染色法”，用Trypan-blue對根系染色，在MOTIC-BA400顯微鏡下鏡檢菌絲、叢枝、泡囊等的形態(tài)結(jié)構(gòu)［8］，用 Trouvelot等［9］方法統(tǒng)計叢枝豐度(%)、泡囊豐度(%)、侵染強度(%)和侵染率(%)，并詳細記錄菌絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)(利用 MYCOCALC軟件分析)。

1.4 根際土壤理化性質(zhì)的測定

參照《土壤農(nóng)化分析》［10］和中國科學(xué)院南京土壤研究所的方法測定［11］。土壤的pH值采用2.5∶1的水土比，用電位法(雷磁PHS-3C)測定;土壤全鹽量用電導(dǎo)率儀(雷磁DDS-307)測定;土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測定;土壤全氮量采用半微量凱氏法測定(德國，ATN-1100型全自動凱氏定氮儀)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 17.0軟件中的單因素方差分析(Duncans)和多重比較(α=0.05)分別對AM真菌侵染狀況和土壤化學(xué)性質(zhì)進行統(tǒng)計分析，用平均值和標準誤表示測定結(jié)果，用Duncans法對各測定數(shù)據(jù)進行多重比較;用Pearson相關(guān)系數(shù)分析土壤的化學(xué)性質(zhì)和AM真菌的侵染狀況之間的相關(guān)性;分析采用Microsoft Excel對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖。

2 結(jié)果

2.1 AM真菌的侵染狀況

所有植物均有典型的AM菌根結(jié)構(gòu)(圖1)，侵染率因植物的科屬和種類不同而異(表1)。薔薇科植物侵染率最高，100%被侵染;菊科和豆科平均侵染率分別為94.91%和99.77%，禾本科次之，平均侵染率為91.94%。其中，全葉馬蘭、艾蒿、蒲公英、羊草、大薊、黃芪、野大麥、虎耳草、蔓委陵菜和鵝絨委陵菜的侵染率均為100%，草木樨、堿蒿、大籽蒿、毛茛、星星草次之，分別為 99.53%、97.24%、94.82% 、94.33%、90.98% ，而堿蓬的侵染率最低，

35.44%;通常被認為不能或不易形成菌根的植物，如蓼科中的堿蓼、扁蓄蓼，十字花科的葶藶和茜草科的蓬子菜，也均有不同程度的侵染(圖1)。菌根侵染強度同樣也因植物種類而異(表1)，蒲公英的侵染強度最高，達到了79.25%;黃芪、全葉馬蘭次之，分別為68.76%和65.98%;扁蓄蓼侵染強度最低，僅有3.37%。但不是所有的植物都能形成叢枝結(jié)構(gòu)，蓼科的堿蓼和扁蓄蓼，十字花科的葶藶沒有觀察到叢枝結(jié)構(gòu)，其中叢枝豐度最高的是蒲公英，達到了50.19%;較低的是堿蓬，僅有 0.07%，不易形成叢枝的蓬子菜(圖1)，叢枝豐度也有1.16%。所有的植物均能形成泡囊結(jié)構(gòu)，蒲公英的泡囊豐度最高，達到了 45.16%;星星草的泡囊豐度最低，僅有1.22%。通常被認為不能或不易被侵染的堿蓼、扁蓄蓼和葶藶，也觀察到了泡囊結(jié)構(gòu)(圖1)。

表1 AM真菌侵染植物狀況Table 1 Plant’s colonization of AM fungi

續(xù)表1

圖1 AM真菌菌根典型顯微結(jié)構(gòu)Fig.1 Typical microstructure of mycorrhiza of AM fungi

2.2 AM真菌結(jié)構(gòu)類型

叢枝菌根有疆南星型(Arum-type，簡寫為 A-型)和重樓型(Paris-type，簡寫為 P-型)兩種類型。A-型的特征為:菌絲在宿主皮層細胞間隙生長，形成大量胞間菌絲，并側(cè)向分枝進入細胞，通過頂端不斷分叉形成典型的叢枝結(jié)構(gòu)。而P-型的菌絲在皮層細胞內(nèi)卷曲、纏繞生長，并在皮層細胞間直接傳播，胞間菌絲較少，叢枝結(jié)構(gòu)形成于卷曲的菌絲之間，且多限于緊貼中柱的幾層內(nèi)部皮層細胞［12］。在自然植物群落中，P-型較多見，尤其在苔蘚、蕨類植物、裸子植物和野生的被子植物中占主導(dǎo)地位;而A-型則常見于栽培植物中［13］。本研究結(jié)果顯示，被侵染的26種植物中，有18種植物形成A-型菌根，只有6種植物形成P-型菌根;而葶藶和大車前在觀察其侵染情況時只觀察到了少量的泡囊和一小部分的胞間菌絲，難以確定菌根結(jié)構(gòu)類型(圖1)。由此可見，菌根的結(jié)構(gòu)類型隨著植物種類的不同而變化。松嫩鹽堿草地的野生植物菌根類型多為A-型，這與土壤的鹽堿度、土壤質(zhì)地和當(dāng)?shù)貧夂驐l件有著直接的關(guān)系。

2.3 根際土壤性質(zhì)

隨著植物種類的不同，根際土壤的pH值、全鹽量、有機質(zhì)和全氮量也隨之變化(表2)，26種植物根際土壤的pH值平均為8.21。各植物之間pH和全鹽量相差不大，pH最高的是堿蓼，達到了8.96。蒲公英根際土壤的有機質(zhì)含量和全氮量均達到所有植物中的最高值，分別為 24.32 和 1.72 g·kg－1，最低的是扁蓄蓼，分別為19.06 和1.38 g·kg－1。

2.4 根際土壤性質(zhì)與AM真菌的相關(guān)性

pH值和侵染率、叢枝豐度之間的相關(guān)性不顯著(P＞0.05)，但和侵染強度呈顯著負相關(guān)(P＜0.05)，和泡囊豐度呈極顯著負相關(guān)(P ＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為－0.555和－0.729。土壤的全鹽量與菌根侵染率、叢枝豐度和侵染強度均無顯著相關(guān)性(P＞0.05)，僅與泡囊豐度呈顯著負相關(guān)(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)為 －0.449(表3)。土壤有機質(zhì)和全氮與侵染率、侵染強度、泡囊豐度和叢枝豐度均有極顯著影響(P ＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.832、0.898、0.589、0.531 和 0.744、0.849、0.506、0.517(表3)。從結(jié)果可以看出，土壤有機質(zhì)和全氮量對菌根侵染率和侵染強度的影響明顯。

3 討論

3.1 土壤p H值和全鹽量對AM真菌的影響

土壤pH值對AM真菌的分布具有重要影響［14］。本研究發(fā)現(xiàn)，根際土壤的pH值與侵染率和叢枝豐度無顯著相關(guān)(P＞0.05)，與侵染強度呈顯著負相關(guān)(P＜0.05)，與泡囊豐度呈極顯著負相關(guān)(P＜0.01)，這說明土壤的pH值對泡囊豐度和侵染強度有顯著的影響。這可能是由于土壤pH值影響了AM真菌種的相對多度和產(chǎn)孢數(shù)量，從而影響了菌根的侵染強度，這與Gai等［15］對AM真菌侵染率的研究結(jié)果一致。Aliasgharzadeh等［16］認為，土壤鹽堿化不僅沒有抑制孢子的產(chǎn)生量，還使得AM真菌孢子的種類變得豐富，原因是在高鹽度條件下，細胞內(nèi)外會形成一種滲透壓，細胞內(nèi)的一些離子會在一定程度上滲透到土壤中，如，Na+、K+、Cl－、HCO3－，這就給AM真菌的侵染提供了一條通路，促進了AM真菌侵染植物根細胞，同時也促進了AM真菌孢子的形成，豐富了孢子的種類。中性偏酸的土壤鹽堿度更有利于AM真菌侵染宿主植物，pH值過高則會抑制AM真菌菌絲的形成［16］。這與本研究中pH值與菌根侵染狀況呈負相關(guān)的研究結(jié)果一致。本研究中，全鹽量僅與泡囊豐度呈顯著負相關(guān)(P＜0.05)，Sheng等［17］對甘肅地區(qū)的土壤全鹽量和 AM真菌侵染狀況之間的關(guān)系做了詳細研究，結(jié)果顯示，土壤全鹽量和pH值呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，隨著土壤全鹽 量的 增加，AM 真 菌的侵染率和叢枝豐度呈現(xiàn)上升趨勢，全鹽量在0.21% ～0.25%范圍內(nèi)，AM真菌的侵染率、侵染強度、叢枝豐度達到最高。

表2 鹽堿植物根際土壤的化學(xué)性質(zhì)Table 2 The rhizosphere soil chemical properties of salt-tolerant plants

續(xù)表2

表3 土壤性質(zhì)與AM真菌之間的相關(guān)性Table 3 The correlation between AM fungi and soil properties

3.2 土壤有機質(zhì)和全氮量對AM真菌的影響

土壤有機質(zhì)對AM真菌的侵染狀況均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，pH值僅與泡囊豐度表現(xiàn)出極顯著負相關(guān)(P＜0.01)，全鹽量僅與泡囊豐度表現(xiàn)出顯著負相關(guān)(P＜0.05)，說明根際土壤有機質(zhì)含量與AM真菌的侵染狀況最為密切，在同一土壤環(huán)境下，土壤有機質(zhì)對AM真菌侵染狀況的影響要強于土壤pH值和全鹽量對AM真菌侵染的影響，但這也與土壤有機質(zhì)和氮素(無機態(tài)氮和有機態(tài)氮)含量的多少有密切關(guān)系，以侵染狀況好(侵染率為100%)的薔薇科植物和侵染狀況差(平均侵染率＜60%)的蓼科植物為例，蔓委陵菜和鵝絨委陵菜的侵染率均為 100%，侵染強度分別為73.19%和54.91%，比堿蓼和扁蓄蓼的侵染率高出30.17%和50.84%，侵染強度高出 64.23%和50.82%，與此相對應(yīng)，蔓委陵菜和鵝絨委陵菜的有機質(zhì)含量分別為24.22 和23.16 g·kg－1，全氮量分別為1.71 和1.65 g·kg－1，比堿蓼和扁蓄蓼的有機質(zhì)含量高出4.26、3.16 和 3.20、4.10 g·kg－1，全氮量高出0.31、0.33和0.25、0.27 g·kg－1，且土壤有機質(zhì)和氮素含量與侵染率的相關(guān)系數(shù)為0.832和0.744，與侵染強度的相關(guān)系數(shù)為0.898和0.849，均有著極顯著相關(guān)。這說明，土壤有機質(zhì)和氮素含量越高，土壤肥力和養(yǎng)分越豐富，就越有利于AM真菌的形成，本研究結(jié)果與已報道的一些研究結(jié)果一致［17］，Agwa和 Abdel［14］調(diào)查了埃及鹽堿土中AM真菌的侵染狀況后表明，AM真菌的種的豐度和孢子相對多度與有機質(zhì)含量呈正相關(guān);Joner和Jakobsen［18］通過顯微觀察植物根系中的菌絲量發(fā)現(xiàn)，高含量的土壤有機質(zhì)對透光球囊霉(Glomus diuphauam)菌絲的形成和發(fā)育具有積極作用，并能促進叢枝的發(fā)生;但本研究結(jié)果也與以往的研究結(jié)果略有不同，趙青華等［19］發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)有機質(zhì)含量與AM真菌的侵染率、叢枝豐度和泡囊豐度表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，但超過一定范圍后，AM真菌的侵染率和叢枝豐度就隨著有機質(zhì)含量的增加而減少。這可能是由于土壤有機質(zhì)通過影響土壤其他因子來達到對AM真菌侵染狀況的影響，由此可以看出，土壤有機質(zhì)對AM真菌的影響始終處于動態(tài)變化之中，而不同地區(qū)土壤肥力、養(yǎng)肥和質(zhì)地都存在著差異，因此在不同地區(qū)的鹽堿地對有機質(zhì)含量和AM真菌之間關(guān)系的研究可能會得出矛盾的結(jié)果。

［1］Prasad A，Kumar S，Khaliq A，Pandey A.Heavy metals and arbuscular mycorrhizal(AM)fungi can alter the yield and chemical composition of volatile oil of sweet basil(Ocimum basilicum L.)［J］.Biology and Fertility of Soils，2011，47:853-861.

［2］黃文麗，范昕建，嚴鑄云，馬云桐，孟憲麗.三角葉黃連叢枝菌根真菌的多樣性研究［J］.中藥材，2012，35(5):689-693.

［3］杜曉光，鄭慧瑩，劉存德.松嫩平原主要鹽堿植物群落生物生態(tài)學(xué)機制的初步研究［J］.植物生態(tài)學(xué)報，1994，18(1):41-49.

［4］Sheng M，Tang M，Chen H，Yang B W，Zhang F F，Huang Y H.Influence of arbuscular mycorrhizae on root system of maize plants under salt stress［J］.Canadian Journal of Microbiology，2009，55(2):879-886.

［5］Wu Q S，Srivastava A K，Zou Y N.AMF-induced tolerance to drought stress in citrus:A review［J］.Journal of Arid Environments，2013，164:77-87.

［6］孟繁榮.林木菌根學(xué)［M］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社，1996:137-150.

［7］Isabel B，Mário C，Luís A，Michael J G.Managing arbuscular mycorrhizal fungi for bioprotection:Mn toxicity［J］.Soil Biology ＆Biochemistry，2014，68:78-84.

［8］Philips JM，Hayman D S.Improved procedures for clearing and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection［J］.Transactions of the British Mycological Society，1970，55:158-161.

［9］Trouvelot A，Kough J L，Gianinazzi-Pearson V G.Mesure du taux de mycorhization VA d’unsysteme radiculaire.Recherche de methodes d’estimation ayant une significantion fonctionnelle［M］.Paris:INRA Press，1986，217-221.

［10］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000:22-42.

［11］中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤物理研究室.土壤物理性質(zhì)測定法［M］.北京:科學(xué)出版社，1978:11-86.

［12］Gerdemann J W.Versicular-arbusclar mycorrhizea formed on maize and tuliptree by Endogone fasciculate［J］.Mycologia，1965，57:562-575.

［13］Smith F A，Smith SE.Structural diversity in arbuscular mycorrhizal symbioses［J］.New Phytologist，1997，137:373-388.

［14］Agwa H E，Abdel G M.Arbuscular mycorrhizal fungi(Glomales)in Egypt.II.An ecological view of some saline affected plants in the deltaic Mediterranean coastal land［J］.Acta Botanica Hungarica，2002，44:1-17.

［15］Gai J P，F(xiàn)eng G，Li X L.Diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in field soils from north China［J］.Biodiversity Science，2004，12，435-440.

［16］Aliasgharzadeh N，Rastin N S，Towfighi H，Alizadeh A.Occurrence of arbuscular mycorrhizal fungi in saline soils of the Tabriz plain of Iran in relation to some physical and chemical properties of soil［J］.Mycorrhiza，2001，11(3):119-122.

［17］Sheng M，Tang M，Zhang F F，Huang Y H.Effect of soil factors on arbuscular mycorrhizal fungi in saline alkaline soils of Gansu，Inner Mongolia and Ningxia［J］.Biodiversity Science，2011，19(1):85-92.

［18］Joner E J，Jakobsen I.Growth and extracellular phosphatase activity of arbuscular mycorrhizal hyphaeas influenced by soil organic matter［J］.Soil Biology and Biochemistry，1995，27:1153-1159.

［19］趙青華，孫立濤，王玉，丁兆堂，李敏.叢枝菌根真菌和施氮量對茶樹生長、礦質(zhì)元素吸收與茶葉品質(zhì)的影響［J］.植物生理學(xué)報，2014，50(2):164-170.