梵净山不同海拔丛枝菌根真菌多样性1)

尚昆 石磊 李海波 姚莉梅 周光荣 江龙

(贵州大学，贵阳，550025) (贵州梵净山国家级自然保护区管理局) (贵州大学)

丛枝菌根(AM)真菌起源于4.6亿a前奥陶纪[1]，能与80%以上的陆生植物根系形成互惠共生关系[2]，广泛分布于森林、草地、湿地、沙漠、极地、农田等各种陆地生境，是“唱响生物共生交响曲的主角”[3]。尤其是AM真菌多样性，在促进和提高植物群落的多样性、稳定性和生产力等方面具有独特生态功能[4]。研究表明，海拔[5]、土壤[6-7]等环境因子显著影响AM真菌物种多样性和群落结构稳定性。梵净山国家级自然保护区位于贵州省东北部，是武陵山脉主峰，具有地球同纬度带上保存最为完好的森林生态系统[8]，是中亚热带-中温带生态系统中垂直分布植被带生物多样性的典型代表[9]，AM真菌物种极其丰富[10-11]，自山麓到山顶有2 000 m的海拔落差，是研究海拔对AM真菌物种多样性影响的极佳样地。

本文采集梵净山不同海拔的植物根际土壤，分离AM真菌孢子，通过比较形态学法鉴定其种类，分析海拔对AM真菌物种多样性的影响，旨在为中亚热带-中温带生态系统中垂直分布植被带AM真菌物种多样性研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 土样采集

2018年10月，在梵净山国家级自然保护区5个海拔梯度(500～600、900～1 000、1 300～1 400、1 700～1 800、2 100～2 200 m)采集植物根际土壤，每个海拔梯度垂直间隔20～30 m确定3个采样点，每个采样点水平间隔20 m，采集3份土样，共45份土样。采集时，先去除土壤表面的杂草、落叶，然后采集土层深度5～30 cm的植物根际土壤，每份土样采集2 kg，置于室内通风处自然风干后，于冰箱中4 ℃保存备用。

1.2 AM真菌孢子的分离与形态鉴定

称取20 g风干土样，采用湿筛倾注-蔗糖离心法[12]分离AM真菌孢子。用Olympus SZX16体式显微镜挑取形态相对完整、具有代表性的幼龄以及成熟孢子，在Olympus BX53生物显微镜下观察其颜色、大小、形态、内含物、孢子壁层数和厚度、连孢菌丝的形态特征以及在染色试剂(Melzer’s、棉蓝等)下的反应等特征。

根据AM真菌分类专业网站(http://www.amf-phylogeny.com/)和相关INVAM网站(http://invam.wvu.edu/home)、波兰农业大学(http://www.zor.zut.edu.pl/)、Mycobank数据库(http://mycobank.org/)的种类描述，参阅本实验室的AM真菌资源进行种属鉴定。

1.3 AM真菌多样性指数测定方法

按上述孢子分离方法，每个土样重复3次测定以下指标。

孢子密度(Ds)：20 g风干土样中孢子的总数。

物种丰富度(Rs)：该采样点20 g土样中含有的AM真菌种类数。

相对多度(Ar)：该采样点某种孢子数占该采样点总孢子数的比例。

相对频度(Fr)：(某个种的频度/所有种的频度总和)×100%。

重要值(I)：频度和相对多度的平均值，I=(Fr+Ar)/2。

采用R 3.5.3软件计算多样性指数Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)、Pielou均匀度指数(J)。Shannon-Wiener指数(H)，为该海拔梯度中AM真菌群落的复杂程度；Simpson指数(D)，为每个海拔梯度土样中随机抽取两个AM真菌孢子不属于同种AM真菌的概率；Pielou均匀度指数(J)，为每个海拔梯度不同AM真菌在数量上的接近程度[13]。

2 结果与分析

2.1 AM真菌种类

梵净山国家自然保护区AM真菌种类丰富，对不同海拔45份土壤样品进行鉴定，共确定出AM真菌物种3目4科6属23种(见表1、图1)，占球囊菌门已知目的75%、科的36%、属的16%。

表1 AM真菌物种

2.2 不同海拔AM真菌属种多样性

梵净山AM真菌群落分布与海拔密切相关，海拔不同，优势属、种均不同(见表2)。

海拔2 100～2 200 m，分布有无梗囊霉属*、双型囊霉属和巨孢囊霉属；物种9种，依重要值从大到小依次为细凹无梗囊霉*、柯氏无梗囊霉*、蜜色无梗囊霉*、光壁无梗囊霉、大型无梗囊霉、网纹双型囊霉、细小无梗囊霉、波状无梗囊霉、球状巨孢囊霉(*为优势属种)。

海拔1 700～1 800 m，分布无梗囊霉属*、双型囊霉属、巨孢囊霉属和球囊霉属；物种10种，依重要值从大到小依次为小果球囊霉*、网纹双型囊霉、双网无梗囊霉、疣状无梗囊霉、细齿无梗囊霉、柯氏无梗囊霉、蜜色无梗囊霉、波状无梗囊霉、球状巨孢囊霉、网状球囊霉(*为优势属种)。

海拔1 300～1 400 m，分布有球囊霉属*、无梗囊霉属、隔球囊霉属、硬囊霉属、双型囊霉属、巨孢囊霉属；物种10种，依重要值从大到小依次为叉状隔球囊霉*、悬钩子硬囊霉*、小果球囊霉、大果球囊霉、柯氏无梗囊霉、长孢球囊霉、网纹双型囊霉、大型无梗囊霉、蜜色无梗囊霉、球状巨孢囊霉(*为优势属种)。

图1 AM真菌种类

海拔900～1 000 m，分布有硬囊霉属*、球囊霉属*、隔球囊霉属、无梗囊霉属、双型囊霉属；物种9种，依重要值从大到小依次为悬钩子硬囊霉*、小果球囊霉*、叉状隔球囊霉*、卷曲球囊霉、蜜色无梗囊霉、大型无梗囊霉、网纹双型囊霉、台湾硬囊霉、缩隔球囊霉、双网无梗囊霉(*为优势属种)。

海拔500～600 m，分布有硬囊霉属*、球囊霉属*、隔球囊霉属、巨孢囊霉属、无梗囊霉属；物种9种，依重要值从大到小依次为悬钩子硬囊霉*、叉状隔球囊霉*、小果球囊霉、卷曲球囊霉、黑孢球囊霉、枫香硬囊霉、球状巨孢囊霉、蜜色无梗囊霉、台湾硬囊霉(*为优势属种)。

表2 不同海拔AM 真菌物种相对频度(Fr)、相对多度(Ar)和重要值(I)

续(表2)

随海拔降低，AM真菌优势群落由无梗囊霉属转变为球囊霉属，再转变为硬囊霉属；只有蜜色无梗囊霉分布各个海拔，网纹双型囊霉、球状巨孢囊霉、小果球囊霉分布较广，近半数种(11种)仅分布于某一海拔。另外，由表3可见，随着海拔的降低，AM真菌物种多样性指数显著下降，孢子密度也有所下降。说明梵净山的海拔落差，显著影响AM真菌物种多样性。

表3 不同海拔梯度生物多样性指数

注：数据后，同列不同小写字母表示差异显著(P≤0.05)。

3 讨论

研究表明，在一定程度上，植物多样性决定了AM真菌多样性。随着植物物种的演化和分化，AM真菌物种丰富度逐渐增加。植物种类，甚至不同品种、生态型都影响AM真菌的群落组成和多样性[4，14-16]。梵净山森林覆盖率达96%，自山麓到山顶的海拔落差2 000 m，具有中亚热带、北亚热带、暖温带和中温带垂直气候带，具有常绿阔叶林带、常绿-落叶阔叶混交林带、落叶阔叶林带、亚高山针阔混交林(含苔藓矮林)带、亚高山灌丛草甸带，是中亚热带-中温带生态系统的典型代表[9]。梵净山是热带植物北上和温带植物南下的植物区系的交汇地，拥有高等植物303科1 266属3 728种[17]。本研究确定AM真菌6属23种，种类丰富，与该地区植物种类多样密切相关，结果充分说明梵净山植物种类的多样性是AM真菌物种多样性的基础[18-19]。

本研究发现，海拔显著影响梵净山AM真菌物种分布，海拔不同，优势属、种均不同，并且海拔越高，AM真菌物种多样性指数越高。梵净山2 100～2 200 m海拔多为原生性植被，生态环境极少有人为扰动[20]，这为AM真菌提供了良好的条件，在梵净山海拔1 700～1 800 m范围内植被类型为落叶阔叶林，主要建群植物为水青冈，其为非AM真菌共生植物，这是导致该区域AM真菌孢子密度较低的主要原因之一。在梵净山海拔1 300～1 400 m及900～1 000 m区域主要是落叶阔叶混交林，植被、气候等条件相差不大。在梵净山海拔500～600 m区域主要分布暖性针叶林、常绿阔叶林以及毛竹林，袁腾等[11]研究发现，在梵净山山麓毛竹林下的AM真菌优势种为沙荒隔球囊霉与悬钩子硬囊霉，本研究趋势与之相同。

有研究指出，土壤pH是影响AM真菌多样性分布的主要土壤因子[21]，球囊霉属AM真菌能够适应较大范围的土壤pH，但更多分布在碱性及中性的土壤中；而无梗囊霉属AM真菌则主要分布于酸性土壤中[22-24]。舒锟等[25]研究表明，梵净山土壤主要为酸性土壤，并且在梵净山500～2 350 m海拔梯度范围内，土壤pH随着海拔的上升而逐渐下降。本研究发现，随着梵净山海拔的升高，AM真菌优势属由硬囊霉属和球囊霉属逐渐变为无梗囊霉属，即土壤pH的变化是影响梵净山AM真菌多样性的重要因子。

本研究证实了梵净山AM真菌的分布和多样性特征受海拔、土壤、植被等多种生态因子的影响，研究结果是对中亚热带-中温带生态系统中垂直分布植被带AM真菌物种多样性研究的有益补充。