內蒙古農牧交錯區沙蒿根圍AM真菌物種多樣性

賀學禮，郭輝娟，王銀銀，趙麗莉

（河北大學 生命科學學院，河北 保定 071002）

內蒙古農牧交錯區沙蒿根圍AM真菌物種多樣性

賀學禮，郭輝娟，王銀銀，趙麗莉

（河北大學 生命科學學院，河北 保定 071002）

2009年4月、7月和10月分別在內蒙古農牧交錯區元上都、黑城子和大河鄉樣地采集沙蒿（Artemisiasphaerocephala）根圍土壤樣品，利用形態學和微形態學特征分離鑒定沙蒿根圍AM真菌種類，研究了AM真菌物種多樣性.共分離鑒定出AM真菌3屬20種，其中盾巨孢囊霉屬（Scutellospora）2種，無梗囊霉屬（Acaulospora）4種，球囊霉屬（Glomus）14種.3屬AM真菌在3個樣地均有分布.3個樣地共同優勢種是黑球囊霉（G.melanosporum）和網狀球囊霉（G.reticulatum）.AM真菌物種豐度、香濃-威納指數和均勻度在時間上表現為4月＜7月＜10月，空間上表現為元上都＜黑城子＜大河鄉.掃描電鏡下不同屬種孢子表面紋飾特征差異明顯，可作為AM真菌分類的參考依據.

AM真菌；物種多樣性；掃描電鏡；沙蒿；農牧交錯區

農牧交錯帶是農耕區與草原牧區相連接的半干旱生態過渡帶，生態環境十分脆弱，在農牧交錯帶上，生態系統的結構、功能及生態過程相當復雜，對于氣候變化和人類干擾均極端敏感，環境因子、生物類群和社會經濟活動均處于相變的臨界區間，農牧交錯帶退化草地和農田已經被證明是京津地區沙塵暴的源頭［1］.沙蒿（Artemisiasphaerocephala）屬菊科蒿屬的沙生半灌木，抗旱性強，是我國北方荒漠草原區的重要固沙植物，在促進植物群落演替、保護和改善荒漠生態環境、促進植被恢復中發揮著重要作用，并有重要飼用和經濟價值.

AM（arbuscular mycorrhiza）真菌能夠與90%的植物形成共生關系，提高宿主植物對土壤N，P和水分的吸收，提高植物抗逆性，促進宿主植物生長，其在植物根圍形成龐大菌絲網絡和分泌的黏性物質可以改善土壤結構，在植被恢復和生態重建方面發揮著重要作用［2-4］.目前，關于農田、草地等生態系統中AM真菌資源、生態分布、生物多樣性等方面的研究已有廣泛報道［5-7］，而農牧交錯帶及荒漠植物AM真菌分布和活動的研究較少［8］，有關沙蒿AM真菌物種多樣性的研究未見報道.本實驗研究了內蒙古農牧交錯區沙蒿根圍AM真菌種質資源、物種多樣性及其時空分布，為利用菌根技術進行生態恢復提供依據.

1 材料和方法

1.1 研究樣地

樣地為內蒙古錫林郭勒盟多倫縣大河鄉（42°11′601″N，116°36′870″E）、黑城子（42°09′817″N，115°56′107″E）和元上都遺址（42°15′842″N，116°10′741″E）.該區域為中溫帶大陸性氣候，年均降水量200～365mm，全年降水量主要集中在夏季，年蒸發量1 000～2 600mm，年均氣溫0～3.4℃，海拔1 312～1 321m.土壤為風沙土.

1.2 樣品采集

2009年4月、7月和10月，在每個樣地選取4株生長良好的沙蒿植株，去掉表層的枯枝落葉，采集植株根圍0～30cm土層土壤，裝入密封塑料袋，帶回實驗室.4℃冷藏，過2mm篩，用于AM真菌的種類鑒定.

1.3 AM真菌孢子分離鑒定

用濕篩傾析-蔗糖離心法［9］分離AM真菌孢子，在體視顯微鏡下記錄孢子數和孢子大小、顏色等特征，挑取孢子置于載玻片上，加水、乳酸等浮載劑壓片觀察，并輔助使用Melzer's試劑觀察孢子壁及內含物特異性反應.根據有關AM真菌分類鑒定的資料鑒定［10］.

將目標孢子從體視顯微鏡下挑出，自然風干，挑到粘有雙面膠的樣品臺上，做好標記，經離子濺射儀噴金鍍膜后，在KYKY-2800B型掃描電子顯微鏡下進行掃描拍照.

1.4 AM真菌物種多樣性測定

根據賀學禮等方法［8］計算AM真菌種豐度、相對多度、分離頻度、重要值、香濃-維納指數、均勻度以及優勢度的劃分等.

1.5 數據分析

采用SPSS 16.0統計軟件對數據進行單因子方差（One-Way ANOVA）分析和Pearson法相關分析.

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3屬20種（圖1，圖2）.其中盾巨孢囊霉屬（Scutellospora）2種，無梗囊霉屬（Acaulospora）4種，球囊霉屬（Glomus）14種.幼套球囊霉（G.etunicatum）和長孢球囊霉（G.dolichosporum）僅在黑城子和元上都樣地分布，美麗盾巨孢囊霉（S.calospora）僅在黑城子和大河鄉樣地分布.

圖1 20種AM真菌光鏡照片（×400）Fig.1 20AM fungal species under the optical microscope（×400）

圖2 18種AM真菌電鏡照片Fig.2 18AM fungal species under SEM

2.2 AM真菌形態特征描述

AM真菌主要形態特征和微形態特征描述見表1.

表1 AM真菌形態特征描述Tab.1 Morphological characteristics description of AM fungi

續表1Continue tab.1

2.3 AM真菌分離頻度、相對多度和重要值

從表2可知，3個樣地共同優勢種是黑球囊霉（G.melanosporum）和網狀球囊霉（G.reticulatum），3個樣地共同最常見種是聚叢球囊霉（G.aggregatum），黑城子樣地最常見種還有粘質球囊霉（G.viscosum）和寬柄球囊霉（G.magnicaule）；雙網無梗囊霉（A.bireticulata）是大河鄉和元上都樣地共同最常見種.光壁無梗囊霉（A.laevis）為元上都稀有種；美麗盾巨孢囊霉（S.calospora）為大河鄉和黑城子樣地共同偶見種；幼套球囊霉（G.etunicatum）和長孢球囊霉（G.dolichosporum）為黑城子和元上都樣地共同偶見種；大河鄉樣地稀有種還有多梗球囊霉（G.multicaule）、地球囊霉（G.geosporum）、摩西球囊霉（G.mosseae）、孔窩無梗囊霉（A.foveata）、凹坑無梗囊霉（A.excavata）和亮色盾巨孢囊霉（S.fulgida）.

表2 3個樣地AM真菌的多樣性指標Tab.2 Diversity indexes of AM fungi at three sampling sites

2.4 AM真菌多樣性時空變化

據表3可知，AM真菌物種豐度在4月顯著低于7月和10月，7月和10月無顯著差異；香農-威納指數和均勻度在月份間的變化規律為，4月＜7月＜10月，但是月份間無顯著差異.由表4可知，AM真菌物種豐度在樣地間的變化趨勢為：元上都＜黑城子＜大河鄉，但是樣地間無顯著差異；元上都的香農-威納指數顯著低于其他2個樣地；大河鄉的均勻度顯著高于元上都.樣地 物種豐度 香農-威納指數 均勻度

表3 不同月份沙蒿根圍AM真菌多樣性Tab.3 AM fungal diversity in the rhizosphere of Artemisiasphaerocephalain different months

表4 不同樣地沙蒿根圍AM真菌多樣性Tab.4 AM fungal diversity in the rhizosphere of Artemisiasphaerocephala at different sites

3 討論與結論

從沙蒿根圍土壤共分離鑒定出AM真菌3屬20種，其中球囊霉屬所占比例最高，這與張美慶、蓋京蘋［11-12］等對我國北方地區AM真菌生態分布的研究結果相一致，說明球囊霉屬在干旱條件下有更好的生態適應性.3個樣地共同優勢種是黑球囊霉和網狀球囊霉，這為篩選沙蒿高效AM菌種提供了依據.另外，這幾種AM真菌體積小，這是AM真菌對荒漠環境的生態適應.然而，長孢球囊霉和幼套球囊霉僅在元上都和黑城子樣地有極少分布，在大河鄉樣地未見分布，說明這2種AM真菌對氣候、環境等因子變化敏感、要求較高，故在條件瘠薄的荒漠地區無明顯生長優勢.此外，本研究結果比錢偉華等［13］在毛烏素沙地及騰格里沙漠油蒿根圍分離到的28種AM真菌的結果少，這可能與宿主植物種類、土壤類型、氣候等因素有關.

荒漠地區AM真菌多樣性季節性變化的報道較少［14］.本實驗中，沙蒿根圍AM真菌物種豐度4月顯著低于7月和10月，香農-威納指數和均勻度4月最低，10月最高.7月到10月沙蒿生長旺盛，能夠滿足AM真菌生長發育需要的養分，使得AM真菌物種豐度提高.

目前，借助光學顯微鏡下觀察到的形態特征能夠確定大多數AM真菌的分類地位，但難以滿足形態相似種類及其系統發育關系的研究，此時，掃描電鏡和分子生物學技術獲得的微形態和分子特征能夠豐富AM真菌物種多樣性和系統分類研究內容.本實驗中，掃描電鏡下發現，球囊霉屬真菌孢子表面常見顆粒狀、脊狀紋飾或粘有表面附著物，孢子常具連孢菌絲；無梗囊霉屬真菌孢子表面除特有網紋、凹陷等紋飾外，幾乎無顆粒狀或脊狀紋飾、表面附著物和連孢菌絲；盾巨孢囊霉屬真菌孢子較大，表面光滑，紋飾較少，但連孢菌絲特征明顯，可作為屬的鑒定依據.

聚叢球囊霉為多個孢子聚集在一起，無明顯界限，似被一外套包裹在一起.粘質球囊霉孢壁外有一黏質外套，Walker等人［15］認為該黏質外套不屬于孢壁結構，主要成分為土壤顆粒；兩者的外套可防止孢子內部水分和養分流失，使其更適應干旱環境.

地球囊霉表面偶見侵蝕狀小孔，這與Roesti等［16］對地球囊霉的觀察結果一致.掃描電鏡下顯示摩西球囊霉表面偶而見到小孔，推測這些小孔是細菌裂解活性所致［17］.

掃描電鏡下孔窩無梗囊霉外壁較光滑，孔窩近圓形，較小，直接下陷，外圍無凸起輪廓；而凹坑無梗囊霉外壁粗糙，凹坑較大，形狀不規則，凹坑口處一周稍外凸.因此利用掃描電鏡有助于形態相似、親緣關系相近AM真菌的分類鑒定.

研究結果表明，沙蒿根圍AM真菌孢子明顯趨于小型化，孢子表面形成的不同附著物和紋飾結構，對于有效阻止孢子體內水分散失和病蟲害的侵擾，保持在極端荒漠環境中正常生長發育具有重要意義.通過研究荒漠植物AM真菌物種多樣性及其變化規律，不僅可評估荒漠土壤環境和菌根共生體生態意義，而且可為充分利用菌根技術進行生態重建提供資料.

［1］ 劉洪來，王藝萌，竇瀟，等.農牧交錯帶研究進展［J］.生態學報，2009，29（8）：4420-4425.LIU Honglai，WANG Yimeng，DOU Xiao，et al.Progress and perspective of agro-pasturage ecotone［J］.Acta Ecologica Sinica，2009，29（8）：4420-4425.

［2］ 邊秀舉，胡林，李曉林，等.VA菌根對坪草礦質養分吸收及草坪質量影響的研究［J］.草業學報，2001，10（3）：42-46.BIAN Xiuju，HU Lin，LI Xiaolin，et al.Effect of VA mycorrhiza on the turfgrass quality and mineral nutrient uptakes［J］.Acta Prataculturae Sinica，2001，10（3）：42-46.

［3］ VOGEL-MIKUS K，DROBNE D，REGVAR M.Zn，Cd and Pb accumulation and arbuscular mycorrhizal colonisation of pennycressThlaspipraecoxWulf.（Brassicaceae）from the vicinity of a lead mine and smelter in Slovenia［J］.Environmental Pollution，2005，133：233-242.

［4］ BEARDEN B N，PETERSEN L.Influence of arbuscular mycorrhizal fungi on soil structure and aggregate stability of avertisol［J］.Plant and Soil，1999，218：173-183.

［5］ OEHL F，SIEVERDING E，MADER P，et al.Impact of long-term conventional and organic farming on the diversity of arbuscular mycorrhizal fungi［J］.Oecologia，2004，138：574-583.

［6］ MANGAN S A，EOM A H，ADLER G H，et al.Diversity of arbuscular mycorrhizal fungi across a fragmented forest in Panama：insular spore communities differ from mainland communities［J］.Oecologia，2004，141：687-700.

［7］ HE Xueli，LI Yingpeng，ZHAO Lili.Dynamics of arbuscular mycorrhizal fungi and glomalin in the rhizosphere ofArtemisiaordosicaKrasch.in Mu Us sandland，China［J］.Soil Biology and Biochemistry，2010，42：1313-1319.

［8］ 賀學禮，楊靜，趙麗莉.荒漠沙柳根圍AM真菌的空間分布［J］.生態學報，2011，31（8）：2159-2168.HE Xueli，YANG Jing，ZHAO Lili.Spatial distribution of arbuscular mycorrhizal fungi in Salix psammophila root-zone soil in Inner Mongolia desert［J］.Acta Ecologica Sinica，2011，31（8）：2159-2168.

［9］ IANSON D C，ALLEN M F.The effects of soil texture on extraction of vesicular arbuscular mycorrhizal spores from arid soils［J］.Mycologia，1986，78：164-168.

［10］ SCHENCK N C，PEREZ Y.Manual for the identification of VA mycorrhizal fungi［M］.2nd ed.Florida：FNVAM Gainesville，1988：91-97.

［11］ 張美慶，王幼珊，張弛，等.我國北方 VA菌根真菌某些屬和種的生態分布［J］.真菌學報，1994，13（3）：166-172.ZHANG Meiqing，WANG Youshan，ZHANG Chi，et al.The ecological distribution characteristics of cenera and species of VAM fungi in northern China［J］.Acta mycologica sinica，1994，13（3）：166-172.

［12］ 蓋京蘋，馮固，李曉林.我國北方農田土壤中 AM 真菌的多樣性［J］.生物多樣性，2004，12（4）：435-440.GAI Jingping，FENG Gu，LI Xiaolin.Diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in field soils from North China［J］.Biodiversity Science，2004，12（4）：435-440.

［13］ 錢偉華，賀學禮.荒漠生境油蒿根圍AM真菌多樣性［J］.生物多樣性，2009，17（5）：506-511.QIAN Weihua，HE Xueli.Diversity of arbuscular mycorrhizal fungi associated with a desert plantArtemisiaordosica［J］.Biodiversity Science，2009，17（5）：506-511.

［14］ KLIRONOMOS J N，HART M M，GURNEY J E，et al.Interspecific differences in the tolerance of arbuscular mycorrhizal fungi to freezing and drying［J］.Canadian Journal of Botany，2001，79：1161-1166.

［15］ WALKER C，GIOVANNETTI M，AVIO L，et al.A new fungal species forming arbuscular mycorrhizas：Glomusviscosum［J］.Mycological Research，1995，99：1500-1506.

［16］ ROESTI D，INEICHEN K，BRAISSANT O，et al.Bacteria associated with spores of the arbuscular mycorrhizal fungiGlomusgeosporumandGlomusconstrictum［J］.Applied and Environmental Microbiology，2005，71：6673-6679.

［17］ FILIPPI C，BAGNOLI G，CITERNESI A S，et al.Ultrastructural spatial distribution of bacteria associated with sporocarps ofGlomusmosseae［J］.Symbiosis，1998，24：1-12.

Species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in the rhizosphere ofArtemisiasphaerocephalain Inner Mongolia

HE Xueli，GUO Huijuan，WANG Yinyin，ZHAO Lili
（College of Life Sciences，Hebei University，Baoding 071002，China）

To study AM fungal species diversity and its spatio-temporal distribution，soil samples were collected in the rhizosphere ofArtemisiasphaerocephalafrom three sites of Inner Mongolia in April，July and October 2009，and morphological and micro-morphological characteristics separation-identification methods were used.The results showed that 20AM fungal species in three genera were isolated and identified from the rhizosphere ofA.sphaerocephalain Inner Mongolia，2species belong toScutellospora，4toAcaulosporaand 14toGlomus.G.melanosporumandG.reticulatumwere the dominant species in three sites.AM fungal species richness，Shannon-Wiener index and evenness displayed April＜July＜October in time，and Yuanshangdu＜Heichengzi＜Dahexiang on space.SEM showed that fungal spore morphology was different among species，especially in surface ornamentation，that could be used as a reference index for AM fungal identification.

AM fungi；species diversity；scanning electron microscope；Artemisiasphaerocephala；Farming-pastoral zone

Q949.3

A

1000-1565（2012）05-0506-09

2011-11-20

國家自然科學基金資助項目（40471075）；保定市科學技術研究與發展計劃項目（11ZN032）

賀學禮（1963-），男，陜西蒲城人，河北大學教授，博士生導師，主要從事生物多樣性及土壤生態學研究.

E-mail：xuelh1256＠yahoo.com.cn

趙藏賞）