泉州地区28种药用植物根围土壤中AM真菌的分布和侵染情况

王明元，姜攀，刘建福

（华侨大学 化工学院，福建 厦门361021）

丛枝菌根（AM）真菌是一类与植物共生的微生物群体，能够与大多数的陆生植物形成互惠共生体［1］.AM真菌在果蔬花、大田作物等植物中的研究已有几十年的发展历史，药用植物领域的研究已成为当前AM真菌的研究热点之一［2-5］.Zubek等［6］研究了17科33属36种药用植物丛枝菌根真菌分布情况，发现其中34种药用植物有菌根存在.黄文丽等［7］从四川6个产地的三角叶黄连中共分离出了6属30种AM真菌.任嘉红等［8］从10个不同产区的三七根围中共分离出15种AM真菌.目前，药用植物面临着野生资源日趋枯竭，药用成分不断下降的严重问题.为了获得较高的药用植物生物量和质量较好的药材，近年来研究重点是探索药用植物根围有益微生物，而药用植物根围AM真菌则是重点的研究对象［6，9］.福建泉州位于北纬24°22′～25°56′，东经117°34′～119°05′，境内分布清源山、云中山、戴云山，山峦起伏，地势西北高东南低，植被茂密，年降雨量1 000～1 800 mm，造就了泉州丰富的药用植物资源.本文研究泉州地区28种常见药用植物，分析根围AM真菌的侵染，探讨AM真菌的资源多样性.

1 材料与方法

1.1 材料

2011年10月，在福建泉州云中山采集到28种野生常见药用植物根样及其根围土样.28种野生常见药用植物分别是五味子（Schisandrachinensis（Turcz.）Baill.）、福建青冈（Cyclobalanopsischungii（Metc.）Y.C.Hsu et H.W.Jen ex Q.F.Zheng）、金毛狗（Cibotiumbarometz（L.）J.Sm.）、对叶百部（StemonatuberosaLour.）、福建莲座蕨（AngiopterisfokiensisHieron.）、土茯苓（SmilaxglabraRoxb.）、毛冬青（IlexpubescensHook.et Arn）、五加（AcanthopanaxgracilistylusW.W.Smith）、山姜（Alpiniajaponica（Thunb.）Miq.）、桫椤（Alsophilaspinulosa（Wall.ex Hook.）R.M.Tryon）、山菅兰（Dianellaensifolia（L.）DC）、三叶崖爬藤（TetrastigmahemsleyanumDiels et Gilg）、三叶鬼针草（BidenspilosaL.）、三桠苦（Evodialepta（Spreng.）Merr.）、半边旗（PterissemipinnataL.）、石

蝉草（PeperomiadindygulensisMiq.）、野枇杷（MachilusvelutinaChamp.ex Benth.）、毛果算盘子（GlochidioneriocarpumChamp.ex Benth.）、土牛膝（AchyranthesasperaL.）、牡荆（VitexnegundoL.var.cannabifolia（Sieb.et Zucc.）Hand.-Mazz.）、余甘子（PhyllanthusemblicaL.）、商陆（PhytolaccaacinosaRoxb.）、大青（ClerodendrumcyrtophyllumTurcz.）、野芝麻（LamiumbarbatumSieb.et Zucc.）、九节木（Psychotriarubra（Lour.）Poir.）、山麦冬（Liriopespicata（Thunb.）Lour.）、薜荔（FicuspumilaLinn.）、络石（Trachelospermumjasminoides（Lindl.）Lem.）.每种植物随机取6株根围0～30 cm剖面土样（含植物细小根系），每份土样1～2 kg，装袋编号.收集的根样切成1 cm根段，用于丛植菌根侵染率测定.土壤自然风干后过2 mm筛，用于测定土壤理化性质和分离AM真菌孢子.

1.2 试验方法

1.2.1 菌根侵染 药用植物菌根侵染率（η）依照文献［10］方法测定.根据根系被AM真菌侵染的营养根数目，将侵染强度分为5个等级：0～5%为1级；6%～25%为2级；26%～50%为3级；51%～75%为4级；76%～100%为5级［11］.

1.2.2 种属的鉴定 采用湿筛倾析-蔗糖离心法［12］分离AM真菌孢子，通过体视镜观察并记录孢子的颜色、大小、连孢菌丝的特征、孢子果形态等.挑取孢子加不同浮载剂（水、Melzer′s试剂、PVLG）进行压片，在生物显微镜下测量孢子的大小，观察孢子的颜色、纹饰、类型等特征并进行拍照，并辅助使用Melzer′s试剂观察孢子壁及内含物的特异反应.根据AM真菌鉴定手册［13］及国际AM真菌保藏中心（INVAM）的最新分类描述，结合国内外发表的新种、新记录种进行种属的检索、鉴定.

1.2.3 土壤理化性质测定 根据鲍士旦方法［14］测定土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、电导率.p H值测定时的水土比为5：1.

1.2.4 AM真菌多样性计算及数据处理 参照张美庆等［15］方法计算AM真菌丰度（SR）、孢子密度密度（SD）、Shannon-Wiener多样性指数（H值）和物质均匀度（J值）.采用SPSS 18.0软件进行ANOVA方差分析，利用Pearson法进行因子间相关关系分析.

2 结果与分析

2.1 药用植物根围土壤理化性质

泉州地区28种药用植物根围土壤理化性质，如表1所示.表1中：同一列数据中字母不同者表示在0.05水平上差异有统计学意义.由表1可知：土壤有机质（OM）的质量浓度为17.47～209.52 g·kg-1，其中对叶百部根围最高，达到209.52 g·kg-1；土壤p H 值为3.98～6.68；电导率为23～355μs·cm-1，其中薜荔根围土壤EC值最大，为355μs·cm-1，显著高于其他药用植物；有效磷（AP）的质量浓度为15.64～111.56 mg·（kg）-1，其中野枇杷根围 AP最高，达到111.56 mg·kg-1；碱解氮（AN）质量浓度为15.4～140.0 mg·（kg）-1，其中大青的最高，达到140.0 mg·kg-1；速效钾（AK）为49.90～96.52 mg·（kg）-1，其中薜荔根围土壤 AK质量浓度最高，达到96.52 mg·kg-1.

表1 28种药用植物根围土壤理化性质Tab.1 Characteristics of rhizospheric soil in 28 medicinal plants

续表Cotinue table

2.2 AM真菌资源

从泉州地区28种药用植物根围土壤中共分离、鉴定出AM真菌5属56种，如表2所示.其中：球囊霉属（Glomus）35种、无梗囊霉属（Acaulospora）14种、盾巨孢囊霉属（Scutellospora）5种、原囊霉属（Archaeospora）1种、巨孢囊霉属（Gigaspora）1种.球囊霉属在28种药用植物的根围均有分布，为优势属；黑球囊霉（Glomusmelanosporum）在28种药用植物的根围土壤中均有分布，为共有优势种.

表2 28种药用植物根围的AM真菌Tab.2 AM fungi in the rhizosphere of the 28 medicinal plants

28种药用植物的菌根侵染率、侵染强度、孢子密度、种的丰度、Shannon-Weiner指数、均匀度，如表3所示.从表3可知：半边旗、大青、山麦冬的菌根侵染率最高达到100%；土牛膝根系未检测出AM真菌侵染；五味子、福建青冈、福建莲座蕨、土茯苓、五加、山姜、山菅兰、三叶崖爬藤、三叶鬼针草、半边旗、石蝉草、野枇杷、余甘子、商陆、大青、九节木、山麦冬等17种药用植物的侵染强度最高为5级，显著高于叶百部、野芝麻、络石；金毛狗根围中的孢子的密度最高为20.8个·g-1，桫椤根围中的最少，只有0.8个·g-1，二者差异显著；但桫椤根围AM真菌的均匀度最高达到0.95；络石根围AM真菌种的丰度和Shannon-Weiner指数均最高，分别达到14和2.09，福建莲座蕨均最低，只有2和0.35，二者差异明显.

2.3 AM真菌多样性与土壤因子的相关关系

28种药用植物根围AM真菌多样性与土壤因子相关性分析，如表4所示.从表4可看出：AM真菌孢子密度与土壤因子均无显著相关，但与种的丰度极显著相关，与均匀度负相关；Shannon-Weiner指数与电导率极显著正相关，与有机质、有效磷显著正相关；均匀度与电导率、有效磷极显著正相关，与p H值显著正相关.

表3 28种药用植物菌根侵染率、侵染强度和多样性Tab.3 Mycorrhizal colonisation，infection intensity and diversity in 28 medicinal plants

表4 28种药用植物菌根侵染率与土壤因子的相关关系Tab.4 Correlation between mycorrhizal colonization and rhizospheric soil factors of the 28 medicinal plants

3 讨论

从泉州地区28种常见药用植物根围土壤中分离鉴定出56种AM真菌的属和形态种的总数看，药用植物的AM真菌多样性不低于其他类似结果［16］.由此可见，泉州地区药用植物根围AM真菌资源丰富.实验结果显示：球囊霉属AM真菌种类最多，占62.5%，巨孢囊霉属和原囊霉属种类最少.泉州位于福建东南沿海地区，土壤为赤红壤，富含含游离铁、铝，良好的土壤环境和亚热带季风气候创造了球囊霉属丰富的种类.研究表明：球囊霉属在所有土壤类型中分布最广，数量最多，是广幅生态型［17］.

泉州地区28种药用植物中有27种能够与AM真菌形成良好共生关系.土牛膝的侵染率为0，侵染强度最小.研究发现：AM真菌对苋科植物侵染少，即使有侵染，侵染程度比较轻，往往带有不确定性［18］.研究中的材料土牛膝为苋科植物，因此，土牛膝根系未见侵染属于正常现象.泉州28种药用植物根围土壤AM真菌孢子密度、物种多样性存在明显差异，这是由于AM真菌与宿主植物间的相互选择，以及AM真菌所处生态环境的共同作用的结果［19-20］.相关性分析结果表明，AM真菌孢子密度与土壤因子均无显著相关关系.研究显示：土壤p H值直接影响AM真菌的分布和产孢量［21-22］；自然界中AM真菌有对应的适宜生存的p H值［23］；AM真菌孢子密度与土壤p H无显著相关关系，可能是土壤样品p H值刚好处在AM真菌的适宜范围内.

有效磷与H值显著正相关，与J值极显著正相关.土壤有效磷会直接影响AM真菌的发育与功能［24］.当土壤磷浓度处于植物生长的亚适中状态时，有利于AM真菌的生长.在有效磷较高的情况下，常观察到AM的形成和发育受到限制［25］.有机质与H值显著正相关 .在一定范围内有机质质量浓度越高，AM真菌种和属的种类就越多，AM真菌菌丝的生长加快［26］.土壤p H值与J值显著正相关 .泉州地区的土壤p H值偏酸性，AM真菌适宜于中性-微酸性土壤，p H值除了对孢子发芽和菌丝生长有直接影响外，还可通过提高土壤中的一些物质的可溶性，从而对菌根形成产生间接作用，土壤p H值过高或过低均不利于AM真菌侵染和菌根形成［27］.电导率与H值，J值极显著正相关，与SD负相关，这可能是因为在盐胁迫条件下叶绿素质量浓度的降低必然影响色素蛋白复合体的功能，使类囊体膜比例减小，叶绿体中基粒数量和质量下降，光合作用强度降低，进而减少光合产物向根部的输送，影响AM真菌孢子的生长和发育［28-29］.

［1］ SMITH S E，READ D J.Mycorrhizal Symbiosis［M］.London：Academic Press，2008：45-49.

［2］ PUSHPA K K，LAKSHMAN H C.Biochemical assessment on three medicinal plants with inoculation of arbuscular mycorrhiza and growth regulators［J］.Academic Journal of Plant Sciences，2011，4（3）：84-93.

［3］ KARAGIANNIDIS N，THOMIDISA T，LAZARI D，et al.Effect of three Greek arbuscular mycorrhizal fungi in improving the growth，nutrient concentration，and production of essential oils of oregano and mint plants［J］.Scientia Horticulturae，2011，129（2）：329-334.

［4］ PRASAD A，KUMAR S，KHALIQ A，et al.Heavy metals and arbuscular mycorrhizal（AM）fungi can alter the yield and chemical composition of volatile oil of sweet basil（OcimumbasilicumL.）［J］.Biology and Fertility of Soils，2011，47（8）：853-861.

［5］ ZUBEK S，MIELCAREK S，TURNAU K.Hypericin and pseudohypericin concentrations of a valuable medicinal plant Hypericum perforatum L.are enhanced by arbuscular mycorrhizal fungi［J］.Mycorrhiza，2012，22（2）：149-156.

［6］ ZUBEK S，BLASZKOWSKI J，MLECZKO P.Arbuscular mycorrhizal and dark septate endophyte associations of medicinal plants［J］.Acta Societatis Botanicorum Poloniae，2011，80（4）：285-292.

［7］ 黄文丽，范昕建，严铸云，等.三角叶黄连丛枝菌根真菌的多样性研究［J］.中药材，2012，35（5）：689-693.

［8］ 任嘉红，刘瑞祥，李云玲.三七丛枝菌根（AM）的研究［J］.微生物学通报，2007，34（2）：224-227.

［9］ 程俐陶，刘作易，郭巧生，等.药用植物丛枝菌根研究进展［J］.中草药，2009，40（1）：156-160.

［10］ PHILLIPS J M，HAYMAN D S.Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection［J］.Transactions of the British Mycological Society，1970，55（1）：158-161.

［11］ 刘润进，陈应龙.菌根学［M］.北京：科学出版社，2007：1-75.

［12］ DANIELS B A，SKIPPER H D.Methods for the recovery and quantitative estimation of propagules from soil［C］／／Methods and Principles of Mycorrhizal Research.Saint Paul：American Society for Phytopathology，1982：29-37.

［13］ SCHENCK N C，PEREZ Y.Manual for the Identification of VA mycorrhizal fungi［M］.Saint Paul：American Phytopathological Society，1989：1-197.

［14］ 鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社，2000：30-37.

［15］ 张美庆，王幼珊，邢礼军.AM 真菌在我国东、南沿海各土壤气候带的分布［J］.菌物系统，1999，18（2）：145-148.

［16］ 赵婧，贺学礼.河北省安国市药用植物 AM 真菌资源和分布研究［J］.河北农业大学学报，2010，33（1）：39-44.

［17］ WANG Y Y，VESTBERG M，WALKER C，et al.Diversity and infectivity of arbuscular mycorrhizal fungi in agricultural soils of the Sichuan Province of mainland China［J］.Mycorrhiza，2008，18（2）：59-68.

［18］ 杨玲，王国华，任立成，等.苋科植物的丛枝菌根［J］.云南植物研究，2002，24（1）：37-40.

［19］ 孙向伟，王晓娟，陈牧，等.生态环境因子对 AM真菌孢子形成与分布的作用机制［J］.草业学报，2011，20（1）：214-221.

［20］ TAHAT M M，KAMARUZAMAN S，RADZIAH O，et al.Plant host selectivity for multiplication ofGlomusmosseaespore［J］.International Journal of Botany，2008，4（4）：466-470.

［21］ RILLIG M C，ALLEN M F.What is the role of arbuscular mycorrhizal fungi in plant-to-ecosystem responses to elevated atmospheric CO2［J］.Mycorrhiza，1999，9（1）：1-8.

［22］ 王发园，刘润进.环境因子对 AM 真菌多样性的影响［J］.生物多样性，2001，9（3）：301-305.

［23］ 许秀强，李敏，刘润进.农药污染土壤中 AM 真菌多样性初步调查［J］.青岛农业大学学报：自然科学版，2009，26（1）：1-3.

［24］ 王银银.沙蒿根围 AM 真菌多样性与生态分布研究［D］.保定：河北大学，2011：39.

［25］ 弓明钦，陈应龙，仲崇禄.菌根研究及应用［M］.北京：中国林业出版社，1997：1-223.

［26］ ANGELA H，CAMPBELL C D，FITTER A H.An arbuscular mycorrhizal fungus accelerates decomposition and acquires nitrogen directly from organic material［J］.Nature，2001，413（20）：297-299.

［27］ 刘润进，李晓林.丛枝菌根及其应用［M］.北京：科学出版社，2000：1-224.

［28］ LANDIS F C，GARGAS A，GIVNISH T J.The influence of arbuscular mycorrhizae and light on Wisconsin（USA）sand savanna understories［J］.Mycorrhiza，2005，15（7）：555-562.

［29］ JAHROMI F J，AROCA R，PORCEL R，et al.Influence of salinity on the in vitro development of Glomus intraradices and on the in vivo physiological and molecular responses of mycorrhizal lettuce plants［J］.Microbial Ecology，2008，55（1）：45-53.