艾纳香丛枝菌根与土壤因子的相关性

汝 姣,梁 娴，黄凌昌，罗 充*

(1.贵州师范大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550001；2.兴义民族师范学院，贵州 兴义 562400 ；3.兴义市中药材和茶叶技术推广站，贵州 兴义 562400)

艾纳香丛枝菌根与土壤因子的相关性

汝 姣1,梁 娴2，黄凌昌3，罗 充1*

(1.贵州师范大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550001；2.兴义民族师范学院，贵州 兴义 562400 ；3.兴义市中药材和茶叶技术推广站，贵州 兴义 562400)

【目的】探明艾纳香根系侵染特性及其与土壤因子的关系。【方法】采用湿筛倾析-蔗糖离心法进行孢子分离，根据《VA菌根鉴定手册》和国际丛枝菌根真菌保藏中心提供的种描述及图片，对贵州兴义市南盘江镇的歪染村和田房村艾纳香的根系及土壤进行AM真菌分离鉴定。【结果】歪染村和田房村艾纳香根系及土壤共分离鉴定出AM真菌4属53种，其中，球囊霉属25种，无梗囊霉属8种，巨孢囊霉属1种，盾巨孢囊霉属1种；歪染村样地中鉴定AM真菌2属35种，其中球囊霉属22种，无梗囊霉属13种，两样地的优势属均为球囊霉属。【结论】不同样地AM(Arbuscular Mycorrhizal)真菌种类分布有明显差异，AM真菌能与艾纳香根系共生形成疆南星型丛枝菌根；秋季AM真菌孢子密度明显高于夏季，但夏秋两季菌根侵染率无显著差异。AM真菌侵染率与土壤pH呈显著正相关(r=0.549，P<0.05)，AM真菌的空间分布及其侵染特性与土壤环境密切相关。

艾纳香；丛枝菌根真菌；侵染率；土壤因子

【研究意义】研究艾纳香与AM真菌的共生关系及艾纳香根系AM真菌侵染的相关因素,可为下一步艾纳香根系土壤AM真菌优良品种的筛选和人工接种AM真菌对艾纳香有效药用成分的研究提供理论基础。【前人研究进展】艾纳香(BlumeabalsamiferaL.)是菊科艾纳香属的多年生木质草本植物，在贵州列为十大苗药之一，可作原料药材提取天然冰片，又名冰片艾[1]。艾纳香的提取成分中含有挥发油和对肿瘤具有抗性的黄酮类物质，多种黄酮类化合物在其他植物中较罕见[2]。艾纳香提取物具有抗氧化、促凝血的功效，并用于医学制药[3]。AM真菌是一类可侵染植物根系的土壤真菌，并与宿主植物形成共生关系。AM真菌的菌丝可侵入根系细胞内并形成“丛枝”，丛枝结构可作为植物与真菌的物质交换场所[4]，这种共生体系可提高宿主植物对土壤水分和矿质营养的吸收利用。研究发现，该共生结构有利于宿主植物的生长状况和光合速率，对次生代谢也有一定的影响[5]。受AM真菌侵染的植物，抗逆性增强，有利于宿主植物在恶劣环境中的生长[6-8]。丛枝菌根还可以改善土壤理化性质、促进生态系统的养分循环,对于生态系统的重建与恢复有重要意义[9]。【本研究切入点】目前，对艾纳香所含化学成分的研究越来越多，但对艾纳香菌根学方面的研究未见报道，土壤微生物对艾纳香植株生长的影响也未涉及。【拟解决的关键问题】测定AM真菌对艾纳香根系侵染率、AM真菌的多样性及艾纳香根系土壤因子含量，探明艾纳香根系侵染特性及其与土壤因子的关系。

1 材料与方法

1.1 试验材料

样品取样时间为2015年6月和9月。随机4个不同方位取样，取无病害、生长状况良好的野生艾纳香根系及距离地面5～20 cm土层的根际土壤，编号放入自封袋带回实验室。土样自然风干后过30目筛。

1.2 试验地概况

试验在贵州兴义市南盘江镇的歪染村和田房村进行。田房村E104°59′，N24°52′，海拔828.1 m，年降水量1300～1500 mm，年均气温16.5 ℃，土壤类型为黄壤。歪染村E104°57′，N24°50′，海拔825.6 m，年降水量1300～1500 mm，年均气温16.5 ℃，土壤类型为褐壤。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 AM真菌的多样性 取10 g土壤，通过湿筛倾析-蔗糖离心法[10]进行孢子分离，在显微镜下观察挑取的单个孢子，记录孢子的外观形态及压破后与Melzer’s试剂的反应。根据《VA菌根鉴定手册》和国际丛枝菌根真菌保藏中心提供的种描述及图片[11]，对观察的孢子进行鉴定，筛选优势种，计算孢子密度、分离频度、相对多度、重要值和多样性指数采用。

孢子密度(Spore Number,SN)=某土样中AM真菌所有孢子数/土样数；

分离频度(Frequency,F)=(AM真菌某属或种出现的次数/土样数)×100 %；

相对多度(Relative Abundance,RA)=(AM真菌某属或某种孢子数/AM真菌总孢子数)×100 %；

重要值(Important value,I)=(F+RA)/2；

多样性指数采用Shannon-Wiener指数(H)，即：

1.3.2 AM真菌侵染率 取出FAA固定液中的根样，自来水冲洗干净，取吸收根并剪取1cm左右的根段100根，用碱解离酸性品红染色法对根段进行染色，观察每条根段的侵染情况和菌丝体形态，根据每段菌丝侵染长度占根段长度的百分比，计算侵染率。

菌根侵染率=[Σ(0×根段数+10 %×根段数+20 %×根段数+30 %×根段数……+100 %×根段数) /观察的100段数]×100 %[12]。

1.3.3 土壤指标 pH值用国际标准规定的仪器法进行测定，土壤营养成分全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质按照《土壤农化分析与环境监测》中方法进行测定[13]。

1.4 数据处理

试验数据通过SPSS19.0生物统计软件进行相关分析、主成分分析和方差分析，并利用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 艾纳香菌根的形态特征

艾纳香根系受真菌侵染形成菌丝，在未侵入根系表皮细胞形成的根外菌丝(图1-1、1-2)，无规则地散布于根系上。在所观察的根系中发现有散落的孢子(图1-2、1-3)，其中，部分孢子紧密地排列在一起(图1-4)；同时，真菌可以侵入根系内沿细胞间隙生长形成胞间菌丝(图1-5)，侵入细胞的菌丝在根细胞内能继续分支形成丛枝结构(图1-6)，即艾纳香根系与AM真菌共生形成的丛枝菌根；在高倍镜下，该丛枝结构由菌丝进行二叉式分支形成花椰菜或树枝状(图1-7)属疆南星型丛枝；在菌丝生长的末端有膨大的泡囊形成(图1-8、1-9)。

2.2 AM真菌种类及其分布

从表1看出，不同样地艾纳香根系土壤中的AM真菌种类分布不同，在同一样地的夏秋两季中AM真菌种类的分布是一致的。AM真菌的孢子密度在不同季节间有明显差异，其侵染率在不同样地间的差异性较大(表2)。

H(Hypha)为菌丝，A(Arbuscule)为丛枝；V(Vesicule)为泡囊；S(Spore)为孢子H,hupha; A,arbuscule; V,vesicule; S,spore图1 艾纳香丛枝菌根的结构Fig.1 Arbuscular mycorrhizal structure of Blumea balsamifera

表1 不同月份田房村和歪染村艾纳香根系土壤中AM真菌的分布情况Table 1 AM fungi distribution in soil of Blumea balsamifera roots in different months

续表1 Continued table 1

注：“+”表示有，“-”表示无。
Note: ‘+’,existence; ‘-’,nil.

2.3 常见菌种的分离频度、相对多度、重要值及多样性

从表3看出，真菌分离频度均在75 %以上，说明以下菌种分布范围广泛；比较真菌相对多度和重要值发现，在田房村近明球囊霉的相对多度最大，在歪染村褐色球囊霉的相对多度最大，而且近明球囊霉、褐色球囊霉的重要值在两样地的不同月份均较高，歪染村明球囊霉的重要值比田房村高，红色无梗囊霉和脆无梗囊霉在两样地的分布中相差不大。

表2 不同月份田房村和歪染村艾纳香根系土壤中AM真菌的孢子密度和菌根侵染率Table 2 Spore density and mycorrhiza infection rate of AM fungi in soil of Blumea balsamifera roots in different months

表3 不同月份田房村和歪染村艾纳香根系土壤中常见AM真菌的分离频度、相对多度和丰富度Table 3 Separation frequency (F),relative abundance(RA) and important value (I) of AM fungi in soil of Blumea balsamifera roots in different months

注：“-”表示无。

2.4 土壤因子主成分的相关性

从表4看出，根系AM真菌侵染率与土壤pH(5.5～7.5)呈显著正相关(r=0.549,*P<0.05)；通过土壤因子主成分分析(表5)，根据相关矩阵特征值大于1，方差累计贡献率大于80 %的原则，有3个主成分。3个主成分的累积方差贡献率为84.101%。第一主成分中，pH和全磷的载荷较高(权重在0.926～0.928)，说明AM真菌侵染率受土壤pH的影响较显著；有机质和全氮的载荷次高(权重0.725～0.762)，有机质和全氮是宿主植物及土壤微生物不可或缺的营养物质，对植物和微生物的生长有直接影响。第二主成分中水解氮的载荷较高(权重为0.791)，第三主成分中速效磷和全磷有较高载荷(权重0.54～0.568)。

表4 艾纳香根系土壤中AM真菌侵染率与土壤因子的相关性分析结果Table 4 Correlations between soil factors and AM fungi infection rate in soil of Blumea balsamifera roots

注：**和*分别表示在0.01和0.05水平上显著相关。
Note: ** and * indicate significance of difference atP<0.01 andP<0.05 level,respectively.

表5 土壤因子的主成分载荷矩阵、特征值和贡献率Table 5 Principal component matrix,eigenvalue and contribution rate of soil factors

2.5 土壤因子的变化

从表6看出，田房村土壤pH呈酸性，歪染村的呈中性；土壤中全氮及碱解氮的含量两样地均随时间的推移呈下降趋势；全钾含量相对较高，速效磷的含量相对较低；歪染村全磷及有机质的含量明显高于田房村。

3 讨 论

(1)艾纳香根系能被AM真菌侵染，菌丝能侵入细胞内形成疆南星型丛枝，即AM真菌在艾纳香的根系皮层中有大量的胞间菌丝形成，菌丝侧生的二叉状丛枝直接穿透皮层的细胞壁，形成典型的丛枝结构[4]。丛枝结构的形成有利于艾纳香在贫瘠的土壤中生长，幼嫩的细根更容易受到AM 真菌的侵染，对多年生的草本植物艾纳香的生长是有利的。

(2)两样地间AM真菌的种类分布有明显差异，这与样地间土壤因子的差异性有关，说明不同土壤因子对AM真菌种类的分布有直接影响[14-15]。徐辉[16]等对土壤因子对AMF的影响研究中，发现pH等土壤因子对AM真菌的种类有直接或间接的影响。该结果出现的原因可能与孢子果的成熟和土壤因子的变化有关。不同季节中两样地的孢子密度及物种多样性指数均在歪染村处较高，这可能与土壤环境有关，相对酸性黄壤的田房村，歪染村的土壤养分更丰富有机质累积更多。

(3)AM真菌的侵染特性受土壤pH的影响较大，与Rilling等[17]的植物菌根的形成受土壤pH的直接影响相符合。相对田房村的酸性土壤，AM真菌在歪染村中性土壤的侵染率更高，可能AM真菌在pH呈中性的环境中更具侵染特性。

表6 不同月份土壤因子的变化Table 6 Variation of soil factors in different months

4 结 论

两样地中共分离鉴定出AM真菌4属53种，其中球囊霉属33种，无梗囊霉属18种，巨孢囊霉属1种，盾巨孢囊霉属1 种。田房村样地共鉴定AM真菌4属35种，其中球囊霉属25种，无梗囊霉属8种，巨孢囊霉属1种，盾巨孢囊霉属1种；歪染村样地中鉴定AM真菌2属35种，其中球囊霉属22种，无梗囊霉属13种，两样地的优势属均为球囊霉属。田房村夏季的孢子密度85个/10g，秋季的孢子密度为109个/10g；歪染村夏季的孢子密度97个/10g，秋季孢子密度114个/10g；两样地中秋季的孢子密度明显高于夏季。

菌根侵染率在两个样地间有明显差异，歪染村的侵染率明显高于田房村，AM真菌侵染艾纳香根系的总侵染率受生长环境的影响较大。相关性分析发现，pH 5.5～7.5时AM真菌的侵染率与土壤pH显著正相关(r=0.549,P<0.05)，即AM真菌的侵染特性受土壤pH的影响较大，

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CorrelationsbetweenSoilFactorsandArbuscularMycorrhizalFungiofBlumeabalsamifera

RU Jiao1,LIANG Xian2,HUANG Ling-chang3,LUO Chong1*

(1.College of Life Science,Guizhou Normal University,Guizhou Guiyang 550001,China; 2.Xingyi Normal University For Nationalities,Guizhou Xingyi 562400,China; 3.Xingyi Technique Popularization Station of Traditional Chinese Medicinal Materials and Tea,Guizhou Xingyi 562400,China )

【Objective】The present paper aims to discuss the infection characteristics ofBlumeabalsamiferaroots and correlations between soil factors and AM fungi ofBlumeabalsamifera.【Method】The AM fungi isolated from soil andBlumeabalsamiferaroots in Wairan and Tianfang Villages,Xingyi City were identified by the wet sieving decant-sucrose centrifugation method according to the species description and pictures provided byVesicular-arbuscularMycorrhizaAppraisalHandbookand International Arbuscular Mycorrhizal Fungi Conservation Center.【Result】53 AM fungi species are isolated from soil andBlumeabalsamiferaroots in Wairan and Tianfang Villages and 33 species,18 species,1 species and 1 species belong toglomus,Acaulospora,GigasporaandScutellosporaseparately.35 AM fungi species are isolated from soil andBlumeabalsamiferaroots in Wairan Village and 22 species and 13 species belong toglomusandAcaulosporarespectively.The dominant genera isglomusin two sample plots.【Conclusion】 There is an obvious difference in species distribution of AM fungi between two sample plots.AM fungi can form the arum-type AM withBlumeabalsamiferaroots symbiotically.The spore density of AM fungi in Autumn is obviously higher than in Summer but there is no significant difference in mycorrhizal infection rate between Autumn and Summer.The infection rate of AM fungi is positively related to soil pH significantly (r=0.549，P<0.05).The spatial distribution and infection rate of AM fungi are related to soil environment closely.

Blumeabalsamifera; Arbuscular mycorrhizal fungi; Infection rate; Soil factor

1001-4829(2017)4-0817-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.4.018

2016-09-14

贵州省教育厅自然科学研究项目“艾纳香根际AM真菌多样性研究”[黔教合KY字(2014)293]

汝 姣(1990-)，女，山东东阿人，在读硕士，主要研究方向为植物生理生态学，E-mail:1074447817@qq.com，Tel：18285171412，*为通讯作者：罗 充，Email:gzluochong@sina.com。

S154.3

A

(责任编辑 聂克艳)