攀枝花市麻疯树根际土壤内生菌根菌主要种类的初步研究

林 静,林 强**,简 毅,谢大军,谢小强,陈 瑶

(1.四川省林业科学研究院,四川成都 610081;2.四川省凉山州林业局,四川凉山 661500)

菌根(Mycorrhizae)即土壤中某些特定真菌与植物根系所建立的互惠共生体,广泛存在于自然界中,是植物对土壤营养吸收的重要器官[1]。参与形成菌根的真菌则为菌根菌。通常将其分为外生菌根菌(Ectomycorrhizae)、内生菌根菌(Endomycorrhizae)和内外菌根(Ectoendomycorrhizae)3大类[2]。其中丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)在内生菌根菌中最为重要[3]。AM菌根菌能参与植物许多生理代谢过程,对植物有多方面的作用[4～12]:①能够有效地促进植物对各种矿物质的吸收;②增强植物的抗逆抗病等生理作用;③促进土壤物质循环,改善土壤理化性质;④土壤结构,调节植物土壤水关系等方面具有积极的作用;⑤生态系统尺度上,AM是自然生态系统的重要组成部分,在植物群落的发生、演替和区系组成等方面都起着重要作用,并且影响着植物在自然生态系统中的各种生态学过程。

麻疯树(Jatropha curcas L.)又称小桐子,膏桐、臭桐树、黄肿树、芙蓉树、假花生等,为大戟科(Euphorbiaceae)麻疯树属(Jatropha L.)植物[13]。麻疯树原产于热带美洲,现广泛分布于赤道附近国家及热带区域,尤以亚洲中南的缅甸、泰国、印度以及我国四川攀西地区和云贵干热河谷区为中心分布。近年来关于麻疯树生长立地条件等的研究很多,对于麻疯树根际土壤微生物的研究也有,但关于麻疯树根际土壤内生菌根菌的种类研究几乎没有。天然麻疯树喜生长在干热河谷地带,AM菌根菌可能为它吸收养分和改善水分微环境起到至关重要的作用,但究竟是何种 AM菌根菌起主要作用,每种 AM菌根菌在所有内生菌根菌中占的比例及作用,迄今缺乏研究。因此本文通过随机采样的方法对攀枝花市天然麻疯树根际土壤中内生菌根菌进行调查,初步分析探讨了麻疯树内生菌根菌资源种类、数量及分布特征,对麻疯树育苗繁殖和栽植推广提供科学依据。

1 研究区概况

攀枝花市仁和区是攀枝花市的县级近郊区,地处攀西大裂谷,总面积1 727.07 km2,属于亚热带西段金沙江 -龙川江岛状南亚热带半干热河谷季风气候区,区境内日照时数为2 595.6 h◦a-1、年均气温为 20.4℃、最冷月均温 12.5℃、7月份平均气温24.8℃、极端高温 38.4℃,是四川省热量最丰富的地方之一,全年无霜期 290 d～330 d、年均降水量589.3 mm。土壤以赤红壤为主。

2 材料与方法

2.1 采样方法

2008年 12月在仁和区沿天然麻疯树垂直分部区布点,采用 GPS定位,综合考虑植物须根的分布范围和内生菌根菌的分布特征,选取仁和区总发乡、啊嘞乡、太平乡等 5个乡镇的公路沿线具有代表性地段的野生麻疯树根际土根混合物为对象,设计 20个采样点,用梅花形布点法采样,共采集 20个 (0～20 cm的表层土壤)土壤样本[14]。由于麻疯树根系在空间分布上具有不均一性,所以应多点采样并均匀混合成具有代表性的土根样品 (同一地点采 3个～5个麻疯树根际土壤样品,就地混合为一个样品,将混合后的土壤反复按 4分法弃取,留下 2kg左右装入样品袋,贴上标签备用),采回的土样置于阴暗处,一部分不过筛,待测;另一部分,过 60目筛,待测。

2.2 分析方法

(1)孢子检测方法

①称取 50.0 g土壤样品于三角瓶中,加入一定量的去离子水浸泡 20 min～30 min,再放入震荡机中震荡 15 min～30 min[2]。

②将震荡好的混合物液体立即全部通过土壤筛(d=20 cm),土壤筛的孔径选用 25目,40目,140目,270目,600目 5个径级,按从大到小的径级顺序叠放,再用少量的去离子水冲洗盛装混合液的三角瓶,将洗涤液通过土壤筛。冲洗筛网,以免在筛内仍夹藏着本该流入下层筛网的孢子存在。

③配制浓度为 40%的蔗糖溶液,将留在筛底部的残渣洗入 100m L烧杯,再分别转入 100mL的离心管(不超过总容量的 2/3),离心(2 000 r◦min-1)5m in。离心后土壤和其他微粒(孢子和有机碎屑)悬浮在蔗糖溶液中[14]。

④将每个离心管中的上清液迅速过滤,将带有孢子的滤纸置于培养皿中,待测。

(2)土壤含水量测定参照 LY/T 1214-1999测定。

2.3 观测方法

将盛有滤纸的培养皿放在解剖镜下进行观测(图 1),挑取保存完好 AM菌根菌孢子在载玻片上进行观测,并测孢子直径。

2.4 数据处理

研究中所涉及的数据和图表由 Excel 2003和SPSS13 forwindows分析绘制。

3 结果与分析

3.1 麻疯树根际土壤内生菌根菌种类鉴定

内生菌根菌没有专一性,筛分出的孢子很多,由于没有仪器进行精确的检测,本文只选取了 4种孢子数最多的进行鉴定。本研究采用形态学鉴定方法,主要以孢子的形态、直径大小、颜色等为依据。表 1为每个样品中含量最多的 4种内生菌根菌,分别用 A、B、C、D表示,认真对比 4种内生菌根菌的种类特征后得出巨囊霉属类型 2个(A、D),球囊霉属类型 1个(B),无梗囊霉属类型 1个(C)(表 2)。

图 1 解剖镜中的内生菌根菌Fig.1 Endomycorrhizae in anatom ical lens

表 1 内生菌根菌种类特征Table 1 Characteristics of endom ycorrhizae spore carps types

表 2 内生菌根菌种类鉴定Table 2 Identification of endomycorrhizae spore carps types

图 2 显微镜中的内生菌根菌孢子Fig.2 Endmycorrhizae in microscope

内生菌根菌是一类广泛分布,并与植物根部形成共生体系的绝对共生菌,离开宿主植物无法单独完成生活史。丛枝菌根真菌对宿主植物虽然没有表现出严格的专一性,但它们对宿主植物具有一定的选择性。本研究对筛分出的 4种孢子或孢子果,初步确定为巨囊霉属类型 2个,球囊霉属类型 1个,无梗囊霉属类型 1个。几乎所有的样品中都能见到,说明这 4种 AM菌根菌比较适应麻疯树根际土壤环境,对麻疯树的生长可能会起到一定的作用,具体情况还需要进一步的研究验证。值得注意的是,还有一些孢子产生于植物组织细胞中,使用简单的筛分法还不能将其从植物组织细胞中分离出来,所以只在根段碎屑中见到,具体科属仍在鉴定中。

3.2 麻疯树根际土壤内生菌根菌种类之间的关系

为了检测每种内生菌根菌在总量中的比例,用解剖针在每个培养皿中随意蘸取 6次,镜检。表 3为 20个麻疯树根际土壤样品中不同内生菌根菌种类所占的比例。比例平均值最高的是 A(黑巨孢囊霉),32.31%;最小的是 D(球状巨孢囊霉),20.77%。总的来看,巨囊霉属在内生菌根菌中所占比例是最高的,表明巨囊霉属菌根菌可能与麻疯树的生长有较大关联。

表 3 内生菌根菌不同种类的百分比Table 3 Percentage of differentendomycorrhizae types

因为 A种不属于正态分布,其他 3种都属于正态分布,所以采用肯德尔多变量相关分析法分析[15],检验不同种类之间的相关程度。从表 4可见,B和 C,A和 D之间存在高相关,且在 0.01的水平上相关显著。再结合表 5中的相关系数可以得出,B和 C,A和 D之间存在高的线性负相关关系,且在 0.01的水平上相关显著。说明 A、D两种巨囊霉之间存在相互的竞争关系,B球囊霉属与 C无梗囊霉属之间存在相互的竞争关系。

表 4 内生菌根菌不同种类的关系矩阵Table 4 Relationship matrix of different endomycorrhizae types

表 5 AM菌根菌不同种类两两相关系数Table 4 Correlation coefficients of AM mycorrhizal fungi in different types

麻疯树根中含有丰富的内生菌根菌,在土壤中形成一个相对稳定的微生态环境。一方面,它能抵御外来微生物的侵入,保护麻疯树不受伤害,同时分解土壤中的有机物质供给麻疯树生长。另一方面,麻疯树在生长发育过程中也能释放一些对菌类生长发育有利的物质。因此,这种互惠互利的关系,促使麻疯树能适应土壤贫瘠的干热河谷生态环境[16]。在这样互惠互利的关系中,具体是哪种 AM菌根菌占主导地位,菌根菌之间是否是相互影响制约等问题都还不明确。本研究初步分析了不同属种之间存在一定竞争关系,为麻疯树的栽培和生物菌剂的配制提供了基础,但 AM菌根菌不同种类与麻疯树生长的关系还需要进一步研究。

4 结论和讨论

从初步的研究结果看,筛分出的 4种孢子或孢子果鉴定的结果为巨囊霉属类型 2个,球囊霉属类型 1个,无梗囊霉属类型 1个。值得注意的是,还有一些存在于植物组织细胞的 AM菌根菌仍在鉴定中。

对现有的 4种 AM菌根菌分析的结果表明,A、D两种巨囊霉之间存在相互的竞争关系和高的线性负相关关系。B球囊霉属与 C无梗囊霉属之间存在相互的竞争关系和高的线性负相关关系。

AM菌根菌能参与植物许多生理代谢过程,对植物有多方面的作用,我们可以将 AM真菌的这些特性应用于麻疯树实际生产中。虽然 AM真菌作为生物护剂、生物促进剂、生物肥料、生物农药等[17～19]已得到运用,但是 AM真菌在实际应用中还存在很多问题,推广上存在一定的限制。比如 AM真菌还不能进行纯培养,AM真菌只有侵入根系才能存活、繁殖并发挥作用,使其在大面积栽培条件下接种困难。因此,我们需要在多方面对 AM真菌展开深入研究,比如 AM真菌与麻疯树之间相互作用的效应及激励、丛枝菌根与土壤肥力关系、AM真菌与麻疯树根际土壤中的其他微生物的相互作用等。相信不久的将来 AM真菌在麻疯树的繁殖生产中将发挥巨大作用,创造出不可估量的生态效益和经济的效益。

[1] 刘永俊.丛枝菌根的生理生态功能[J].西北民族大学学报(自然科学版),2008,29(69).

[2] 弓明钦,陈应龙,仲崇禄著.菌根研究及应用[M].中国林业出版社,1997,223.

[3] Newman E I,Reddell P.Thedistribution ofmycorrhiza among families of vascular plants.New Phytologist,1987,106:745～751.

[4] Sm ith S E,Sm ith F A,Jakobsen I.Mycorrhizal fungi can dom inate phosphate supply to plants irrespective of growth responses.Plant Physiology,2003,133:16～20.

[5] Ibijbijen J,Urquaiga S,Ismali M,et al.Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on growth,mineral nutrition,and nitrogen fixation of three varieties of common bean(Phaseolusvulgaris).New Phytologist,1996,134:353～360.

[6] Bago B,Pfeffer P,Shachar-Hill Y.Could the urea cyc le be translocating nitrogen in the arbuscularmycorrhizal symbiosis.New Phytologist,2001,149:4～8.

[7] Declerck S,Risede L M,Rufyikiri G,et al.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on severity of root rot of bananas caused by Cylindrocladium spathiphlli.Plant Pathology,2002,51:109～115.

[8] Auge R M.Water relations,droughtand vesicularmycorrhizal symbiosis.Mycorrhiza,2001,11:3～42.

[9] Rilling M C,W right SF,Eviner V T.The role of arbuscularmycorrhizal fungi and glomalin in soil aggregation:comparing effects of five plant species.Plant and Soil,2002,238:325～333.

[10] 杨宏宇,赵丽莉,贺学礼.丛枝菌根在退化生态系统恢复和重建中的作用[J].干旱区地理,2005,28:836～842.

[11] Rillig M C.A rbuscular mycorrhizae and terrestrial ecosystem processes.Ecology Letters,2004,7:740～754.

[12] HartM M,Reader R J,Klironomos JN.Life-history strategies of arbuscular mycorrhizal fungi in relation to their successional dynam ics.Mycologia,2001,93:1186～1194.

[13] 国家林业局科学技术司,中国林业科学研究院编.麻疯树丰产栽培实用技术[M].中国林业出版社,2008,62.

[14] 孟繁荣,等编著.林木菌根学[M].东北林业大学出版社,1996,239.

[15] SPSS 13.0在生物统计中的应用[M].厦门大学出版社,2006,6,183.

[16] 袁理春,赵琪,张克华,等.麻疯树根部内生真菌分离及鉴定[J].西南农业学报,2009,22(1):95～98.

[17] 吴强盛,夏仁学,张琼华.果树上的一种新型生物肥料 -丛枝菌根[J].北方园艺,2003,27(6):27～28.

[18] 刘润进,李敏.AM菌剂生物肥料田间应用试验[J].莱阳农学院学报,2001,18(2):81～84.

[19] 刘润进,王洪娴,王淼焱,等.菌根生物技术在城郊生态农业上的应用[J].山东科学,2006(6):98～101.