葛藤-Puerrarialobata-根际AM真菌生态学研究-cropped

报(版)Jourlfe报(版)JourlfeiUierity(Naturlieeito)第26卷 第4期2006年 7月ol.26o.4Jl.2006藤(Puerrarialbata)际AM究庆1,礼1,23,山1,峰2王(1.西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100;2.河北大学生命科学学院河北保定071002)摘 要:2004年7月至12月每月中旬分别从0～10,10～20,20～30和30～40cm土层采集根际土样,陕西武功县葛藤根际AM真菌进行了系统的生态学研究.结果表明,AM真菌的分布和定殖与时间变化密切相关,菌根真菌的最高定殖率伴随有最大的孢子密度,最高值都出现在2004年11月.土壤pH值与泡囊殖率呈极显著负相关.孢子密度与泡囊定殖率呈显著正相关,速效磷与泡囊定殖率呈显著负相关;碱解氮与孢子密度总定殖率泡囊菌丝定殖率呈极显著负相关.在检测和评估土壤生态状况和植物形成菌根能力方面,AM真菌孢子密度和不同结构定殖程度是十分有用的指标,尤其是泡囊定殖率可作为葛藤优化盐碱地状况的重要指标.土样中AM真菌多为球囊霉属(loms)种类,也有少数无梗囊霉属(Acaulspora)和盾巨孢囊霉属(Scutellspora)的种类.关键词:AM真菌;葛藤;时间变化文章编号:1000-1565(2006)04-0420-06中图分类号:Q949.32文献标识码:Aclgaleachfrcarcrhalnginhzosef PuerrarialobataNGing1,Eu-i1,2,Ni-sha1,UWe-feg2(1.oleefLfeiees,orthwet-chUierityfAgricltureandoretry,aning712100,Cia;2.oleefLfeiees,eiUierity,Boing071002,Cia)actolaplesfom0～10,10～20,20～30and30～40cmpthswereolctedontly2twenJlyandemer2004unerteapyfPuerrarialbatainWuong,Shaani.Teresltsowedthatfuniitributon,ooatonisolyrlatedwithtetie.TeeanperentooatonandoreenityfAMfunirecedaillesinoemer2004.olpHlehadaigfianteatieorrl2tonwitheiclarperentooaton.oreenityhadpoitieffctoneiclarperentooaton.olalalePhadaeatieorrlatonwitheiclarperentooaton.ollkiolutonNhada2tieffctonoreenityandtotlperentooaton.OurresltssportteopionthatoreenityandfferenttrcturesfAMfuiinteroperefPuerrarialbataareufliniatorsforelatigchanesinoloytems,epilyteeiclarperentooatonareteufliniatonforelatigchanesini-lkieol.eyrsAMfuni;Puerrarialbata;teorlchane收稿日期:2005-10-28基金项目:国家自然科学基金资助项目(4047163);教育部留学回国人员科研启动项目(教外司留200314号)作者简介:王庆(1979-)女陕西长安人西北农林科技大学在读硕士研究生主要从事环境生物学和土壤生态学研究.3通讯联系人根是真菌与植物形成的互惠共生体,广泛存在于自然界,根是真菌与植物形成的互惠共生体,广泛存在于自然界,尤其是AM真菌分布最为广泛1.研究表明菌根对调节植物体内的代谢活动,增强植物抗逆性,增加生物产量,改善植物品质具有有益效应2.葛藤(Puerrarialbata(l)Ohwi)属豆科葛属一种蔓生性多年生落叶藤本植物,在我国分布广泛,几乎遍布全各省区.葛藤具有高产优质抗逆性强根瘤发达固氮多多年生分布广等特征,因此是发展现代农业的想农作物,增产潜力巨大,此外,葛藤扎根深,根茎发达,具有很强的保持水土的能力,我国沙土面积大,可利用葛藤防风固沙再进而改造成牧场或良田.但有关葛藤根际AM真菌的研究目前尚未见报道.研究葛藤菌根真菌孢子密度定殖率的生态特性及与土壤因子的关系,对于阐明葛藤菌根共生体机理,促进葛藤生长,提高产量具有重要意义.同时,菌根真菌与土壤因子相关性研究可为土壤环境检测和评价提供参考依据.1 法1.1 样地功县位于陕西关中平原的西部,地势北高南低,形成三道原地,土质为黄垆土,海拔高度413.2～611.7m.武功县属暖温带季风区半湿润气候.年平均气温12.9℃,极端最高气温42.0℃,极端最低气温-19.4℃,年平均降水量635mm无霜期228d.1.2 样品采集2004年7月至12月在陕西省武功县苏坊镇葛藤基地随机选取4株葛藤(菜葛),每月按0～10,10～20,20～30和30～40cm4个土层分别采集土样,统一编号,装袋密封.每份土样约1kg,过孔径为2mm的筛,用于土壤理化成分分析和AM真菌孢子密度测定,收集的根样切成1cm根段,用于AM真菌侵染率测定.1.3 实验方法土壤pH值用pH计测定;土壤碱解氮用碱解扩散法测定;土壤速效磷用0.5ol/L的NaHO3法测定;土壤有机质用重铬酸钾氧化法测定3-4.AM真菌定殖率按Pps和ayan4方法测定.根样用清水冲洗2～3次后,于100/LOH溶液中90下漂洗20in然后用体积分数为0.05的酸性品红在90下染色20in.随机选取50根1cm长的根段,镜检,计算AM真菌不同结构(丛枝泡囊菌丝)及总定殖率.计算公式:定殖率=(AM真菌感染根段数/检查总根段数)100%.AM真菌孢子密度测定:取25g风干土壤,用湿筛倾析-蔗糖离心法分离AM真菌孢子;体视显微镜下记录孢子数量,统计孢子总数.计算每g干土中所含孢子量,即为孢子密度.数据处理采用SPSS12.0统计软件进行结果统计分析.2 析2.1 土壤因子与AM真菌的时间分布由表1可知,各土壤因子在时间分布上变化差异显著.土壤pH值从7月到10月呈缓慢降低趋势,11月开始急剧降低.土壤有机质最高值出现在8月,最低值出现在9月,9月份后开始缓慢上升.碱解氮从7月开始缓慢降低,11月达到最低值,后急剧上升,12月出现了最高值.速效磷7月到12月变化波动较大,在8月和11月出现了2个峰值,9月和12月出现了2个低值,最高值在8月,最低值出现在9月.AM真菌孢子密度在7月至9月呈缓慢上升趋势,10月略有下降,后急剧上升,在11月份出现最高值,后又急剧下降,12月出现了最低值.AM真菌泡囊菌丝和总定殖率在时间分布上变化一致,0～20cm都呈缓慢的升高趋势,最高定殖率出现在11月;20～40cm从7月开始呈现升高降低再升高的趋势,10月份后变化不大,较稳定.丛枝定殖率在时间分布上变化较显著,7月至8月份较稳定,9月出现了最低值,随后急剧河北大学学报(自然科学版)2006年422·上升,10月份出现最高值,此后又开始降低.表1不同月份葛藤根际AM真菌和土壤因子的方差分析a.1ltaraeaalssfaranefrMfgiandolc河北大学学报(自然科学版)2006年422·上升,10月份出现最高值,此后又开始降低.表1不同月份葛藤根际AM真菌和土壤因子的方差分析a.1ltaraeaalssfaranefrMfgiandolcntnnteffntnthw/g-1)土层/cm有机质/%孢子密度/(个g-1)总侵染率/%泡囊/%菌丝/%丛枝/%月份pH速效磷碱解氮0～10789101112789101112789101112789101170.75a73.25a28.25c35.25c39.23b28.06c75.25a72.75a29.75c31.75c47.12b39.87c71.75a57.25ab31.50c41.00c42.92c32.69c63.50ab79.50a25.25d40.75cd53.26c61a61a65a0a20b68a67ab54b63ab60b1c79a61a68a63a58a26b67a67ab68a49ab44b1c2.30b3.22a1.02c2.43b2.08b2.59ab2.55b4.74a1.01c2.46b2.34b2.78b2.62a2.34ab0.91c2.18b2.28ab2.57ab2.23a3.14a0.88b2.40a2.33a8.25a8.08c8.12b8.10b7.98c7.82d8.24a8.06b8.05b8.10ab7.95b7.85c8.20ab8.21a8.07ac8.17ab8.01c7.91c8.23a8.17ab8.11ab8.09c7.97c2.43cd6.87ac8.08ab5.15cd10.84a1.18d2.55c7.75b7.71b3.88c13.66a1.19c2.45c5.83c7.79b5.26c16.69a0.87c2.86b4.97b5.64b5.11b15.28a88.40a81.93a86.08a100.00a99.23a100.00a93.63a83.33a92.38a99.23a100.00a97.50a66.83b88.78ab75.10ab96.78ab100.00a95.00ab64.18b90.60ab73.13ab99.40a99.20a66.50a68.45a69.20a80.68a90.65a93.15b63.45ab68.60ab74.98ab86.05ab98.35a89.45ab43.25c62.28ac50.88c81.33ac95.05a90.00ab45.35c53.20c44.68c83.10ac93.83a86.45a81.50a82.85a97.48a99.23a100.00a91.65a83.28a80.90a97.65a100.00a94.15a56.23b82.83ab67.60ab93.88a99.18a95.00a57.65c84.50ac60.30c94.85a99.08a0.00b0.48b0.00b6.55a3.98ab3.40ab0.00b0.50ab0.00b2.26a1.60ab0.00b0.50b0.98ab0.00b2.78a1.65ab0.00b0.93b1.45b0.00b7.45a0.00b10～2020～3030～40 12 29.11d 56ab 2.32a 7.82d 0.86b 93.73ab 88.85ab89.40ab 0.00b 同一列数据中字母不同者表示在P<0.05水平上差异显著2.2 土壤因子与AM真菌的空间分布土壤因子与AM真菌的空间分布结果见表2.表2不同土层葛藤根际AM真菌与土壤因子的方差分析a.2ltaraeaalssfaranefrMfgiandolcntnnffntolrw/g-1)土层/cm有机质/%孢子密度/(个g-1)总侵染率/%泡囊/%菌丝/%丛枝/%月份pH速效磷碱解氮70～1010～2020～3030～400～1010～2020～3070.75a75.20a71.51a63.50a73.09a72.65a57.05a61a67a61a67a61a54a68a2.30a2.55a2.62a2.23a3.22ab4.74a2.33b8.25a8.24a8.20a8.23a8.08a8.06a8.21a2.43a2.55a2.45a2.86a6.87a7.75a5.83a90.23a92.40a57.95a58.13a81.50a83.75a82.83a69.03a65.30a34.93a41.18a68.45a68.60a62.28a87.70a89.20a52.35a49.58a81.50a83.28a82.83a0.00a0.00a0.00a1.63a0.48a0.50a0.98a8 30～40 79.31a 68a 3.14ab 8.17a 4.97a 85.98a 53.20a 84.50a 1.45a ntnea.2w/g-1)土层/cm有机质/%孢子密度/(个g-1)总侵染率/%泡囊/%菌丝/%丛枝/%月份pntnea.2w/g-1)土层/cm有机质/%孢子密度/(个g-1)总侵染率/%泡囊/%菌丝/%丛枝/%月份pH速效磷碱解氮90～1010～2020～3030～400～1010～2020～3030～400～1010～2020～3030～400～1010～2020～3030～4028.23ab29.81ab31.51a25.28b33.73ab31.23ab40.80a39.24b39.00a47.25a42.75a53.25a28.06a39.09a32.69a29.11a65a63a63a49a60a60a58a44a20b17b26a19b68ab79a67ab56b1.02a1.01a0.91a0.88a2.42a2.46a2.18a2.40a2.08a2.34a2.28a2.33a2.59a2.78a2.57a2.32a8.12a8.05a8.07a8.11a8.10a8.10a8.17a8.09a7.98a7.95a8.03a7.97a7.82a7.85a7.91a7.82a8.08a7.71a7.79a5.64a5.15a3.88a5.26a5.11a10.84a13.66a12.52a15.28a1.18a1.19a0.87a0.86a86.08a92.38a75.10a73.13a100.00a99.23a96.78a99.40a99.23a100.00a100.00a99.20a100.00a97.50a95.00a93.73a72.05a78.63a62.83a54.90a83.65a90.85a79.18a89.70a90.65a98.35a95.05a93.83a93.15a89.45a90.00a88.85a83.43a83.35a71.98a72.08a96.95a97.65a93.58a98.55a99.23a100.00a99.18a99.08a100.00a94.15a95.00a89.40a0.00a0.00a0.73a0.00a14.38a3.66a5.50a6.53a3.98a1.60ab1.65ab0.00b3.40a0.00b0.00b0.00b101112同一列数据中字母不同者表示在P<0.05水平上差异显著表2可知,土壤各因子与AM真菌在空间上均无显著性差异.随土层加深,土壤各因子变化不大,9月至10月份速效磷在20～30cm较其他土层显著,11月至12月碱解氮较其他土层显著;AM真菌孢子密度与菌丝泡囊总定殖率均在土层无显著差异,0～10cm土层丛枝定殖率在11月至12月显著高于其他土层.2.3 葛藤根际AM真菌与土壤因子的相关性表3可知,速效磷与泡囊定殖率呈显著负相关;碱解氮与孢子密度总定殖率呈极显著负相关,与泡囊菌丝定殖率呈显著负相关;有机质与AM真菌孢子密度和各项定殖率之间无明显相关性;土壤pH值与泡囊定殖率呈极显著负相关;孢子密度与泡囊定殖率呈显著正相关.表3葛藤根际AM真菌与土壤因子之间的相关性分析atveaalssetnolfactrandntclnatnfMfgia.3项目速效磷碱解氮有机质pH孢子密度-0.54533-0.28033-0.37233-0.29533-0.026孢子密度总定殖率泡囊定殖率菌丝定殖率丛枝定殖率-0.031-0.074-0.0801-0.101-0.2093-0.0590.047-0.182-0.28333-0.1890.1760.22030.1880.0880.115-0.0980.077-0.0330.0733表示两者之间在P<0.05水平显著;33表示两者之间在P<0.01水平显著3论与AM系明藤AM达0%殖为7.5%;达6.3/g.明际AM属(lms),少河北大学学报(自然科学版)2006年河北大学学报(自然科学版)2006年424·属(Aaulsr)属(Scullsr)类道.3.1AM真菌的时空分布AM真菌的各项定殖率在时间分布上呈显著增高趋势.Abott等8证明土壤温度的高低直接影响AM菌分布及侵染能力.贺学礼等9发现随着AM真菌发育时间延长,其定殖率呈递增趋势.由于泡囊菌丝植物体内存活时间较长,通常新泡囊和菌丝的产生伴随着老泡囊的存在,因此,在同一根段中可以看到不同时期产生的泡囊,其定殖率也随时间延长呈递增趋势.在空间分布上,葛藤根际AM真菌的各项定殖率在0～20cm土层高于20～40cm土层,这是由于土壤物理环境化学和通气特性直接影响着土壤生物的分布,而土壤真菌对低氧环境特别敏感的缘故10-13.有些研究表明,AM真菌最高定殖率并不伴随有最大的孢子密度9-12,而另一些研究结果却相反10-11.本实验结果表明,葛藤菌根最大定殖率的出现伴随有最大的孢子密度,这可能与植物生长状况产孢特性植物根际微环境以及土壤营养物质的有效性等有关10-14.3.2AM真菌与土壤因子的相关性分析实验结果表明,速效磷与泡囊定殖率呈显著负相关.贺学礼15等人研究表明土壤速效磷与泡囊定殖率呈极显著正相关.ayan等人16研究表明,AM真菌定殖率和土壤肥力之间的相关性差或没有相关性.许同类实验却得出了不一致的结果,这可能是由于被测植物AM真菌以及土壤差异所致.本实验中,葛藤根际土壤含磷量丰富,含磷量为29.11～79.31/g,明显高于贺学礼等人研究的刺槐根际土壤含磷量,说明土因子对AM真菌定殖率的影响是综合作用的结果,各土壤因子并不是独立地对AM真菌产生作用,而是作为一个整体综合发挥作用.各土壤因子彼此之间相互制约相互联系.一个土壤因子的变化,往往会引起其他因子的一系列变化.因此,当研究一个土壤因子对AM真菌的影响时,不能忽视与其他因子的关系.土壤碱解氮与泡囊菌丝总定殖率孢子密度之间呈极显著负相关.这个结果与AM真菌本身的生长特性有关,自然界中AM真菌的初侵染源都是来自土壤中的孢子,当土壤中的孢子在合适环境条件下萌发时吸收了土壤中大量的N素,当孢子萌发形成较多的吸收结构菌丝时,特别是在根际形成网络结构后更促进了葛藤根系对土壤碱解氮的吸收利用,从而使土壤碱解氮含量大大降低.泡囊是一个储存养分的器官,土壤碱解氮含量较高时,利于被葛藤吸收,促进葛藤根系分泌更多的营养物质,为更多的泡囊形成提供养料,提高植物AM真菌的泡囊定殖率,从而使土壤中的氮素含量降低.囊定殖率与土壤pH值呈显著负相关.AM真菌可改变根际土壤pH值已被证实5.Buwlat6认为与菌根植物吸收阴阳离子不平衡有关,因为谷类植物被AM真菌侵染后,阴离子吸收总量增加,改变了根际土壤pH值.泡囊为AM真菌储存养分的器官,孢子为AM真菌的繁殖体,这2个器官的形成都需要丝从土壤中吸收大量的养分,由于菌根植物较非菌根植物能更有效地利用N4+-N17,当AM真菌菌丝吸收N4+-N后,植物吸收的阳离子总量大于吸收阴离子总量,为达到菌丝内的电化学平衡,菌丝分泌N4+,酸化了葛藤根际土壤.机质与AM真菌孢子密度和各项定殖率之间无明显相关性.刘润进7等研究了土壤有机质含量对AM真菌分布的影响.结果表明,在有机质质量分数为1.0～2.0时AM真菌各属随有机质含量增加,其出现频率也相应增大,在一定范围内AM真菌的数量随有机质含量升高而增多;另一方面,土壤养分含量过多,则不利于AM真菌生长发育,所以超过一定有机质含量范围,AM真菌的数量呈下降趋势.孢子密度与泡囊定殖率呈显著正相关.贺学礼3研究结果表明孢子密度与AM真菌泡囊定殖率呈正相关.这个结果与AM真菌的发育阶段密切相关.孢子作为AM真菌的主要繁殖体,能在土壤中存活较长时间;泡囊定殖时间长,在根内组织间大量存在,有时还可随受损组织进入土壤中,起繁殖体的作用继续侵染其他植物根系4.在检测和评估土壤生态状况和植物形成菌根能力等方面,AM真菌孢子密度和不同结构定殖程度是十有用的指标9.泡囊定殖率可作为葛藤优化盐碱地状况的重要指标,本实验中,泡囊定殖率与土壤碱解氮速效磷土壤pH呈不同程度的负相关,在一定程度上反映了土壤理化指标的变化.尤其是土壤pH随泡参考文献:刘润进参考文献:刘润进薛炳烨黄镇等.山东果树泡囊-丛枝(V)菌根调查J.山东农业大学学报,1987,5(1):25-31.马琼黄建国.菌根及其在植物吸收矿质元素营养中的作用J.吉林农业科学,2003,28(2):l-43.贺学礼.荒漠植物AM真菌的空间分布和定殖J.植物生态学报,2002,26(2):223-229.贺学礼李生秀.泡囊-丛枝菌根生态学研究进展J.干旱地区农业研究,1996,14(1):35-39.MITHSE,MITHFA.trctureandfuctonfteintefesinotpcymoesastyrlateonutienttranortJ.NewPhooit,1990,14:1-38.BULAJG,STRLEYDP,inerPB.craedptaefboieandcoieyplantsifctedithecla-arbu2clarorrasJ.NewPhooit,1983,93:217-225.刘润进刘鹏起徐坤等.中国盐碱土壤中AM真菌的生态分布J.应用生态学报,1999,10(6):