河北滦平10种药用植物根围AM真菌空间异质性

赵婧 郭颖超 王志华 刘卫

（华北地质勘查局五一四地质大队，河北承德 067000）

河北省是中药材大省，近年来随着中药材产业加快发展，以不与粮争地为前提，引导中药材生产向“两带（太行山、燕山产业带）三区（坝上高原区、冀中平原区、冀南平原区）”转移。滦平县位于河北省承德市西南部，燕山山脉中段，全年平均气温7.6°C，自然生态环境良好，为中药材种植营造了最佳农业环境，当地土壤有机质含量高，是全国最适合种植中药材的地区之一，境内野生中药材达600多种。滦平县自古以来就有种植中药材的历史，黄芩、柴胡、牡丹、金银花、桔梗、防风、牛膝、板蓝根、旱半夏、黄芪10个品种在滦平已有久远的种植历史，“热河黄芩”“金银花”等久负盛名，“滦平黄芩”更是在2020年获得了地理标志证明商标。按国家GAP 要求，推进中药材种植规模化、标准化、产业化发展，对药用植物在种植过程中出现的问题采取生物防治方法，才是从根本上解决目前我国中药材质量问题的有效途径。目前，药用植物与AM 真菌共生关系以及菌根生物技术的应用倍受人们关注，大量研究表明，AM (arbuscular mycorrhiza)真菌对植物具有广泛的侵染性，能与80%以上高等植物形成丛枝菌根，丛枝菌根能够增加植物对土壤矿质元素和水分的吸收，增强植物抗逆性，促进植物生长发育，提高次生代谢产物含量，从而提高中药材产量和品质。

本试验通过对河北滦平县10种药用植物根围土壤样品采集和分析，研究不同药用植物根围AM 真菌空间分布以及与土壤因子的相关性，以便为充分利用AM真菌资源提高中药材产量和品质提供依据。

1 材料和方法

1.1 样品采集

2021 年7 月在河北省滦平县中药材种植基地，分别从柴胡、牡丹、金银花、防风、黄芪、板蓝根、牛膝、黄芩、桔梗、旱半夏等10 种药用植物根围采集0～30cm 土层土样，每种植物随机采样9 份，装袋编号带回实验室，过2mm 筛后收集土样和根样以备土壤成分和菌根分析。

1.2 方法

AM 真菌定殖率按pH值illips和Hayman[1]方法测定。将每100 g 风干土中所含孢子数量计为孢子密度。采用Melzer's 试剂作为浮载剂将孢子置于载玻片上观察，根据经典分类标准[3]和INVAM（http://invam.caf.wvu.edu）上的照片资料，并参阅近几年发表的新种、新记录种等鉴定材料进行鉴定。根据Smith和Smith[4]方法确定菌根类型。

土壤有机质测定采用重铬酸钾氧化法；土壤水解性氮用水解性扩散法；土壤有效磷用碳酸氢钠-钼锑抗比色法；土壤pH值用电位法[5]。

采用SPSS 16.0统计软件对试验结果进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同药用植物菌根结构类型

调查结果显示，10种药用植物均能与AM真菌形成丛枝菌根结构，其中桔梗、旱半夏和牛膝具有Paris型菌根（以下简称P-型菌根），其粗壮的菌丝在根皮层细胞内卷曲、缠绕生长，并在皮层细胞间直接延伸，胞间菌丝、丛枝和胞内泡囊较少；柴胡、牡丹、金银花、防风、黄芪、板蓝根和黄芩具有Arum 型菌根（以下简称A-型菌根），其菌丝在宿主根皮层细胞间延伸生长，形成大量胞间菌丝，并侧向分支进入细胞内发育成典型的丛枝结构，在细胞内和细胞间隙发育有泡囊。

2.2 不同药用植物根围AM真菌种类

从土壤样品中共分离到3属16种AM 真菌，即多梗球囊霉、网状球囊霉、地球囊霉、摩西球囊霉、透光球囊霉、明球囊霉、斑点球囊霉、黑球囊霉、双网无梗囊霉、细凹无梗囊霉、孔窝无梗囊霉、凹坑无梗囊霉、瑞氏无梗囊霉、黑色盾巨孢囊霉、异配盾巨孢囊霉和红色盾巨孢囊霉。其中地球囊霉和摩西球囊霉是10种药用植物共同的优势种，多梗球囊霉仅在柴胡根区出现，明球囊霉仅在牡丹根区出现，细凹无梗囊霉仅在金银花根区出现。

2.3 不同药用植物根围土壤AM 真菌定殖活动和土壤状况

10 种药用植物中，板蓝根丛枝定殖率最高，为12.6%，与黄芪和旱半夏无显著差异，显著高于其它7 种供试植物。菌根总定殖率和菌丝定殖率最高达100%；柴胡、牡丹、金银花、桔梗、黄芪、牛膝、黄芩、板蓝根、旱半夏等9 种药用植物无明显差异但显著高于防风，防风总定殖率最低，为67.2%。总定殖率和菌丝定殖率变化规律相同。柴胡泡囊定殖率显著高于牡丹、防风和旱半夏，柴胡和金银花、桔梗、黄芪、牛膝、黄芩及板蓝根无显著差异。旱半夏孢子密度最高，为2824.4 个·100g-1土，显著高于柴胡、牡丹、金银花、防风、桔梗和黄芩，与其他4 种植物无明显差异。

与全国土壤普查数据中土壤水解性氮、有效磷、有机质含量比较，10 种植物根围土壤水解性氮含量均属低等，有效磷含量中等，有机质达到中等或中等以上水平。土壤pH值为8.14～8.62。10种药用植物根围理化性质不同，其中黄芪和桔梗根围土壤理化性质优于其他植物。

2.4 AM真菌与土壤因子的相关性分析

柴胡菌丝定殖率与土壤水解性氮极显著正相关；金银花丛枝定殖率与土壤pH 值极显著负相关，泡囊与土壤有效磷显著正相关；牛膝泡囊定殖率与土壤有效磷显著负相关；黄芪孢子密度与土壤有效磷显著负相关，泡囊与土壤水解性氮极显著正相关；板蓝根孢子密度与土壤有效磷显著负相关；旱半夏泡囊定殖率与土壤pH 值极显著正相关，菌丝定殖率和总定殖率与土壤pH 值显著正相关，孢子密度与土壤水解性氮和有机质极显著正相关。

3 讨论与结论

3.1 AM真菌资源与分布

本试验从10种药用植物根围土壤中共分离鉴定3 属16 种AM 真菌，其中50%种类属于球囊霉属，无梗囊霉属种类占31.3%，盾巨孢囊霉属种类为18.7%。这是因为不同属种AM 真菌对生态环境的适应性不同。研究表明，滦平地区AM 真菌群落组成中，球囊霉属种类所占比例最大，无梗囊霉属次之。

地球囊霉和摩西球囊霉数量最多，在10 种药用植物根区土壤中都有分布，为共同优势种；明球囊霉仅在牡丹根区土壤中出现；多梗球囊霉仅在柴胡根围土壤中出现。AM 真菌在宿主植物根区土壤中的分布具有一定的偏好性，这可能与不同植物根系结构特征、分泌物质、不同真菌对营养物质需求不尽相同有关。

3.2 菌根结构

10 种药用植物均能与AM 真菌形成丛枝菌根结构。其中柴胡、牡丹、金银花、防风、黄芪、板蓝根和黄芩形成A-型菌根，占供试药用植物的70%；桔梗、旱半夏和牛膝形成P-型菌根，占供试药用植物的30%。研究普遍认为，P-型是野生植物中常见菌根类型，A-型菌根常见于栽培作物，Smith等[6]认为不同植物种类根细胞形态结构及细胞间隙大小可能会导致AM 真菌侵染类型不同。A-型菌根和P-型菌根的生理和功能还未全弄清楚，有通过解剖寄主根分析AM 真菌形态学发现A-型菌根的发展快于P-型菌根。AM 真菌形态学是植物和真菌种类互做的结果，对广泛区域内不同生境充分了解A-型菌根和P-型菌根的控制机理是必要的。

3.3 AM真菌与土壤因子的关系

本试验所研究的10种药用植物除金银花以外均以根入药，其根系化学物质组成复杂。黄芩、黄芪、柴胡侵染率较高可能与这3 种药用植物根部都含有黄酮类物质有关，而宿主植物根系分泌的黄酮类化合物和一些挥发性物质能够刺激孢子萌发和芽管菌丝生长，从而提高菌根侵染率。植物菌根定殖率受共生双方生物学特性及其环境因子的影响，尤其是根系生长的土壤条件，对AM 真菌定殖率影响较大。土壤pH 值直接影响AM 真菌种属分布、产孢以及菌根形成，AM 真菌的有效性因pH 值不同而异。本试验中，板蓝根根围土壤pH 值为8.62，土壤有效磷显著低于其他药用植物，丛枝定殖率达到12.6%，说明在碱性土壤中AM 真菌能够与板蓝根形成良好的共生关系。丛枝是宿主植物向真菌输入碳的场所，也是真菌与宿主植物之间磷转移和释放部位，所以，当土壤有效磷含量较少时，即使土壤pH 值值过高，丛枝菌根也会形成丛枝结构。另外，土壤有机质、有效磷、水解性氮含量直接关系到AM 真菌生长发育和与宿主植物的共生程度。含氮丰富的土壤中，有大量硝酸离子存在，会降低菌根的作用；在含氮和磷过量的土壤中，宿主植物不能正常生长发育，也会影响到菌根形成。如在本试验中，当水解性氮含量为15.96ug·g-1时促进菌丝生长，而在26.79 ug·g-1时则抑制菌丝生长。旱半夏孢子密度与有机质极显著正相关，土壤有机质是菌根生长的基本元素，土壤有机质可能与根外菌丝的保存和延伸有关，从而间接影响孢子在根外菌丝顶端的发育形成。