不同海拔蒙古沙冬青根系深色有隔內生真菌DSE定殖的空間變化

李寶庫++賀學禮++吳偉家

摘要：為闡明荒漠植物蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）根圍深色有隔內生真菌定殖的形態特征隨海拔變化，2013年6月，選取內蒙古烏拉特后旗、磴口、阿拉善左旗，寧夏中衛市沙坡頭等西北荒漠地區4個不同海拔梯度樣地，分別從0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm 5 個土層采集蒙古沙冬青根和土壤樣品，系統研究了不同海拔深色有隔內生真菌定殖空間變化規律。結果發現，深色有隔內生真菌菌絲和微菌核在所選樣地沙冬青根系組織普遍定殖，產生多種典型的結構；并隨海拔從低到高，定殖形態出現規律性變化，即菌絲變粗，顏色逐漸變深，橫隔膜縮短。微菌核由分散顆粒狀聚集成簇、成團，并出現迷宮狀，顏色也顯現不同變化規律，且菌絲定殖率、微菌核和總定殖率逐漸增大。

關鍵詞：DSE真菌；定殖率；蒙古沙冬青；海拔梯度；空間變化

中圖分類號： X171.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0502-04

深色有隔內生真菌（dark septate endophytes，DSE）是泛指定殖于植物根細胞或間隙的小型真菌，菌絲顏色深，具有明顯橫隔膜，廣泛存在于植物根表皮、皮層和維管束組織的細胞內或間隙，能夠在植物細胞形成微菌核，但不會在根組織內形成病原菌所引起的病理學特征[1-2]。這類真菌在干旱、高溫、寒冷等極端生態環境中常常在植物根組織內形成較高定殖率[3]。DSE廣泛的生態分布和類似菌根的潛在生態功能，特別是在不利于菌根發育環境屮的積極作用，在生態保護和修復、植被恢復、重建以及生物防治等多個方面具有潛在的應用價值[4]。蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）為亞洲中部荒漠特有種，分布范圍介于105°～108°E、37°～41°N之間，生長在海拔1 000～1 600 m的低山帶，屬國家3級瀕危保護植物[5-6]，具抗旱、抗寒、抗熱、耐堿、耐沙埋、抗風蝕等特性，且地上部分枝葉多，冠幅大，阻沙能力強，是荒漠地區防風固沙的優良灌木[7]。近年來，不少學者對蒙古沙冬青根圍DSE定殖進行了研究，但關于DSE真菌定殖隨海拔空間變化的研究較少，特別是有關我國西北荒漠地區不同海拔高度DSE變化特征的研究還未見報道。因此，根據綜合分布區生態條件，于2013年選定內蒙古烏拉特后旗、磴口、阿拉善左旗及寧夏中衛市沙坡頭等（圖1、表1）4個不同海拔高度的蒙古沙冬青生長地進行其根圍DSE定殖空間變化多樣性的研究，以期為西北荒漠-森林生態系統養分循環調控、退化生態系統的恢復和重建提供理論依據。

1材料與方法

1.1樣品采集

2013年6月，在4個樣地（表1）隨機選取6株生長良好的沙冬青，貼近植株根頸部0～35 cm去其枯枝落葉挖土壤剖面，取0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm 共5個土層的根圍土壤和根樣約1 000 g，每個樣品重復5次，記錄采樣地點、時間和環境等并編號，將樣品裝入隔熱性能好的塑料袋密封帶回實驗室后4 ℃冷藏，過1～2 mm篩，用于土壤理化成分測定，根樣用于DSE定殖結構與侵染狀況觀測。

1.2測定內容與方法

DSE定殖結構（菌絲、微菌核）和定殖率按Phillips等的方法[8]染色、Giovannetti等的方法[9]測定。土壤pH值用電位法測定，有機P用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定，有機N用堿解擴散法測定，有機C用重鉻酸鉀氧化法測定[10]。

1.3數據統計與分析

采用SPSS 19.0 生物統計軟件對試驗數據進行方差、相關性分析。

2結果與分析

2.1沙冬青根圍DSE的形態特征

堿解離酸性品紅染色法證實DSE菌絲在所選樣地沙冬青根系組織胞間或胞內普遍定殖，根系中存在多種真菌侵染結構特征（圖2-A、圖2-H），并存在一些菌絲特化結構，如沿植物根細胞內壁盤曲的菌絲圈和鏈珠狀的細胞串（圖2-B、圖2-C）、透明的微菌核圈結構（圖2-G），顆粒狀、紡錘體狀、葉狀、印度梨形孢和腦狀等微菌核（圖2-F），有些菌絲頂端細胞往往膨大、突起，形成不規則的類似附著孢的結構（圖2D），并觀察到“微菌核”的形成過程，主要由一些深色菌絲聚集而成（圖2-E）；此外，還能觀察到類似厚垣孢子的聚集（圖2-E）及微菌核與AM真菌泡囊共生結構（圖2-I）。

2.2不同海拔蒙古沙冬青根圍DSE形態變化特征

隨著生態環境的變化，尤其是隨海拔升高（表1），不同樣地菌絲漸漸變粗，顏色逐漸黑化，并出現附著胞樣膨大細胞，暗色菌絲片段聚集，橫隔膜也變短（圖3-A至圖3-E）。微菌核形態變化更加多樣，由分散顆粒狀逐漸聚集成簇、成團，并出現迷宮狀，顏色也顯現不同變化（圖3-F至圖3-J）。

2.3DSE真菌定殖沿海拔梯度的空間分布

同一海拔樣地，菌絲定殖率和總定殖率在土層間無規律性變化。其中沙坡頭和磴口40～50 cm土層顯著高于其他土層；阿拉善左旗0～10 cm土層顯著高于其他土層；烏拉特后旗0～20 cm土層達最大值。微菌核定殖率沙坡頭0～10、40～50 cm 土層極顯著高于其他土層； 阿拉善左旗和烏拉特

后旗0～10 cm土層極顯著高于其他土層；磴口10～20、30～40 cm土層極顯著高于其他土層（圖4）。隨著海拔由高到低，菌絲定殖率、微菌核定殖率和總定殖率逐漸減小。阿拉善左旗顯著高于烏拉特后旗；烏拉特后旗顯著高于沙坡頭；沙坡頭顯著高于磴口。

2.4DSE定殖及生態環境因子間相關性分析

DSE菌絲定殖率與有機C含量、有機N含量和含水量極顯著正相關，微菌核定殖率與有機C含量和有機N含量顯著正相關，與有機P含量顯著負相關，總定殖率與各因子間相關性不強（表2）。

3討論與結論

3.1蒙古沙冬青根圍DSE真菌定殖形態隨海拔梯度的變化

本研究表明，DSE侵染蒙古沙冬青根系能產生多個典型結構。已有的研究認為，DSE具有廣泛的宿主和生態分布，且在植物根上定居后并無穩定的病理學特征[11-12]。通常情況下植物形成菌根后可提高宿主的抗逆性，而DSE在脅迫環境中的普遍存在及其對環境的適應，得到了許多研究結果的支持[13-14]。沙冬青屬于直根系，須根極少。DSE在沙冬青根內分布廣泛，AM和DSE共生體的形成可能是沙冬青適應極端荒漠環境的有效途徑。盡管目前研究尚不能對DSE菌絲及微菌核多態性在其整個生命周期中的意義做出解釋，但在某種程度上其可能與增強DSE在極端環境中抗逆性有關，并且暗示了其與蒙古沙冬青間復雜的相互作用。

本研究發現，隨樣地生態條件尤其是海拔的變化，DSE定植形態出現一定規律性。已有研究表明，黑色素在DSE菌絲細胞壁內的聚積是一個逐漸的過程，且可能是菌絲在逆境中的自我保護，因為黑色素能捕獲和消除非生物脅迫引起的氧自由基，增強菌絲細胞壁的強度和對脅迫環境的耐受[15-16]。這樣，在高海拔的烏拉特后旗和阿拉善左旗，菌絲的黑化極有可能基于黑色素對菌絲的保護作用，且有隨環境壓力增大，干旱程度加劇加深的可能，因為隨著植物的生理活性的降低，根內DSE主要以深色菌絲呈現。橫隔變短，進一步說明高海拔惡劣的環境條件，養分的運輸更加困難。微菌核的多樣性變化也說明了微菌核成為了繁殖結構以抵抗環境的壓力。這種差異的存在基于不同海拔樣地生境的差異，也有可能表明DSE的生態適應性。相對于高海拔地區，土壤的干燥引起土壤有機物累積和分解受限。這樣真菌能夠更好地參與土壤中有機物的分解和營養元素的循環過程，并在土壤濕度極低的情況下轉運營養物和制造有機物。

3.2DSE定殖率隨海拔梯度的的空間變化

Casanova-Katny等調查了智力安第斯山脈3 200、3 600 m 海拔環境中23種植物共生真菌的定殖，發現海拔越高 DSE 侵染程度越大[17]。Zubek等調查斯洛伐克西喀爾巴阡山脈Soldanella carpatica、Homogyne alpine的AM真菌和DSE的定殖狀況發現，隨海拔的升高，AM真菌的定植率降低，DSE的侵染率升高，且DSE與AM真菌共存于同一根系中[18]。Read等對澳大利亞一定海拔范圍內高山區菌根狀況的調查發現，DSE定植程度與海拔存在一定相關性[19]。DSE在研究的所有海拔范圍內均有分布，但是最高定殖率發生在高海拔區域，說明DSE在高海拔區的適應性和普遍性可能比AM真菌更為重要[19-20]。本研究結果呈現出一致性，即隨海拔的升高，菌絲定殖率、微菌核定殖率和總定植率逐漸增大，進一步表明DSE的存在可能具有協助植物生長和抗逆的功能，預示DSE可能在逆境中是一群具有重要生態功能的真菌，與菌根真菌一樣，在植物吸收營養和水分方面具有重要作用。

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