不同湿生植物根际AM真菌分布与土壤因子相关性研究

陈雪冬 商雨情 唐琳 赵玉鑫 高冠群 吴孔阳

摘    要：丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizae，AM）真菌是土壤中的关键微生物，在湿地生态系统中具有重要作用。为了探明湿生植物芦苇、菖蒲根际AM真菌定殖状况及其与土壤因子的关系，本研究选取洛阳师范学院月明湖湿地为样地，分别对淹水区和湿土区芦苇及菖蒲根际土壤理化性质、根系AM真菌侵染率进行测定并分析其相关性，结果发现：湿土区芦苇根际土壤有效磷和速效钾含量显著高于湿土区菖蒲，但淹水区芦苇和淹水区菖蒲根际土壤养分含量并无明显差异;不同水分环境下芦苇和菖蒲根系AM真菌侵染率差异不显著，但湿土环境下芦苇和菖蒲的根系AM真菌侵染率要略高于淹水环境;土壤速效钾与AM真菌泡囊侵染率显著正相关，而且土壤速效钾对AM真菌泡囊侵染率具有直接影响。

关键词：湿生植物;AM真菌;土壤因子;相关性

中图分类号：Q938          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.12.001

Study on the Correlation between AM Fungi Distribution and Soil Factors in the Rhizosphere of Different Wet Plants

CHEN Xuedong1， SHANG Yuqing1， TANG Lin1， ZHAO Yuxin1， GAO Guanqun2， WU Kongyang1

（1. College of Life Science， Luoyang Normal University， Luoyang， Henan 471934， China; 2. Information Institute， Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China）

Abstract： Arbuscular mycorrhizae（AM） fungi are the key microorganisms in soil and play an important role in the wetland ecosystem.In order to explore the colonization level of AM fungi in the rhizosphere of reeds and calamus and its relationship with soil factors， the Yueming Lake wetland in the campus of Luoyang Normal University was selected as the sample site， and the physical and chemical properties of the soil and the colonization rate of AM fungi were measured， and then their correlations were also analyzed. The results showed that the content of available phosphorus and available potassium in the rhizosphere soil of the reed was significantly higher than that of the calamus in moist soil， but there was no significant difference in the nutrient content of the rhizosphere soil of the reed and the calamus in flooded area. The colonization rate of AM fungi in the roots of reeds and calamus in different water environments had no significant difference， but the colonization rate of AM fungi in the roots of reeds and calamus in moist soil was slightly higher than that in flooded environment. Soil available potassium hada significant positive correlation with AM fungal vesicle colonization rate， and hada direct effect on AM fungal vesicle infection rate.

Key words： wetplants; AM fungi; soil factor; correlation

叢枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌是一类分布极为广泛的土壤微生物，能与80%以上的陆生植物共生形成菌根[1]，是联系地上——地下生态系统的关键节点，具有帮助植物吸收养分[2]、提高植物抗逆性[3]、改善土壤结构[4]、促进生态系统元素循环[5]等多种生态功能。在植物——AM真菌共生体系中，AM真菌给植物提供生长所需要的营养和水分，而植物则供给真菌生长所需要的碳水化合物[6]。因此，作为一种专性共生真菌，宿主植物是影响AM真菌分布的重要因子，能够选择性决定AM真菌种属的分布及丰度[7]。除了宿主植物种类的影响外，AM真菌种属分布还会受到外界环境，即非生物因素的影响，例如气候条件、土壤理化性质、水分条件、通气状况、结构类型、管理方式等[8-10]。

研究AM真菌分布对于认识AM真菌生态功能和发掘利用AM真菌生物资源具有重要意义[11]。近期研究发现，湿地生境中也广泛存在着AM真菌并且可侵染多种湿生植物根系形成AM共生结构[12-13]。目前，众多学者集中在对于陆生生境AM真菌的分布状况及其生态功能的研究[14-16]，而对于湿地生态系统中AM真菌分布和功能的研究鲜为报道，相关研究也多集中于湿地AM真菌在促进湿生植物生长、养分吸收等方面[13，17]。郭江源等[18-19]研究发现，湿地生境中AM真菌的侵染率要低于陆生环境，而且不同植物根系AM真菌侵染率也会有所不同;Ipsilantis等[20]发现水体和土壤中磷含量是影响湿地植物AM真菌生长的重要环境因素;Miller[21]发现湿地生态系统中较干环境下的红树植物AM真菌侵染程度要高于较湿环境。但也有研究持不同观点，认为湿生植物AM真菌侵染程度与土壤含水量之间没有相关性[22]。因此，湿地生境中湿生植物类型、水分条件、土壤环境对AM真菌分布的影响仍需要进一步阐明。

本研究以洛阳师范学院月明湖湿地为样地，分析了不同芦苇和菖蒲根系AM真菌侵染状况及其与土壤因子的相关性，研究结果一方面可为月明湖湿地微生态环境的改善和管理提供参考依据，另一方面也可为进一步探讨AM真菌在湿地生态系统中的功能奠定理论基础。

1 材料和方法

1.1 样品采集

选择月明湖周边芦苇、菖蒲生长状况均一的湿地作为研究样地，设置3个5 m×5 m的样方，分别在每个样方内的淹水区及湿土区（含水量处于40%～50%之间）各选5株芦苇和菖蒲，轻轻挖取芦苇和菖蒲根系，并取粘附在根上的细土，装入自封袋中，編号后带回实验室并保存于4 ℃冰箱中。

1.2 AM真菌侵染率的测定

参考Phillips和 Hayman[23]的方法测定芦苇和菖蒲根系AM真菌侵染率。

1.3 土壤理化性质测定

土壤有机质采用重铬酸钾-硫酸氧化外加热法测定;铵态氮采用KCl浸提—靛酚蓝比色法测定;有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取、钼蓝比色法;速效钾采用1.0 mol·L-1CH3COONH4提取、火焰光度法[24]。

1.4 数据分析

用SPSS 20.0软件进行土壤因子、AM真菌侵染率的单因素方差分析，用SAS软件进行土壤因子与AM真菌侵染率之间的相关分析和通径分析，用Origin9.0作图。

2 结果与分析

2.1 湿地土壤理化性质

由图1-A可知，根际土壤有机质含量不论淹水区还是湿土区环境，芦苇区域均略高于菖蒲区域，但差异未达显著水平（P=0.312）。由图1-B可知，土壤铵态氮含量表现为淹水芦苇区>淹水菖蒲区>湿土菖蒲区>湿土芦苇区，其中淹水芦苇区与湿土芦苇区差异显著（P<0.05）。由图1-C可知，湿土区芦苇根际土壤有效磷含量最高，显著高于其三者（P<0.01），而后三者之间无显著差异。由图1-D可知，土壤速效钾含量表现为湿土芦苇区>淹水芦苇区>淹水菖蒲区>湿土菖蒲区，其中淹水芦苇区和湿土芦苇区均与湿土菖蒲区差异显著（P<0.01）。

2.2 AM真菌侵染状况

由图2-A可知，湿生植物根系AM真菌总侵染率表现为湿土区芦苇>湿土区菖蒲>淹水区菖蒲>淹水区芦苇，但差异均不显著（P=0.154）。由图2-B可知，不同类型湿生植物根系AM真菌丛枝侵染率差异均不显著（P=0.143），不论是淹水区还是湿土区环境，芦苇和菖蒲根系丛枝侵染率均较低，尤其是湿土环境下，难以观察到丛枝结构。由图2-C可知，湿生植物根系AM真菌泡囊侵染率表现为湿土区菖蒲>湿土区芦苇>淹水区芦苇>淹水区菖蒲，但差异均不显著（P=0.510）。由图2-D可知，湿生植物根系AM真菌菌丝侵染率表现为淹水区菖蒲>湿土区芦苇>湿土区菖蒲>淹水区芦苇，但差异均不显著（P=0.237）。由图2-E可知，湿生植物根系AM真菌孢子侵染率表现为湿土区菖蒲>湿土区芦苇>淹水区菖蒲>淹水区芦苇，但差异均不显著（P=0.110）。

2.3 土壤环境对AM真菌侵染状况的影响

通过对月明湖湿生植物根际土壤理化因子和根系AM真菌侵染率进行相关分析，结果（表1）表明土壤速效钾与AM真菌泡囊侵染率显著正相关（P<0.05）。通过对湿生植物根际土壤理化因子和根系AM真菌侵染率进行通径分析，结果发现，土壤铵态氮、土壤速效钾、土壤有机质含量均直接影响AM真菌总侵染率，而土壤有效磷则间接影响AM真菌总侵染率（表2）;土壤铵态氮、土壤有效磷含量直接影响根系AM真菌丛枝侵染率（表3）;土壤速效钾含量直接影响AM真菌泡囊侵染率，作用显著，而土壤铵态氮、土壤有效磷以及土壤有机质均对AM真菌泡囊侵染率有间接影响作用（表4）;土壤有效磷、土壤速效钾、土壤有机质含量均对AM真菌菌丝侵染率有直接影响作用（表5）;土壤铵态氮、土壤速效钾、土壤有机质均能直接影响AM真菌孢子侵染率（表6）。

3 结论与讨论

月明湖不同类型湿生植物根际土壤铵态氮、有效磷和有机质含量具有一定差异，湿土区芦苇根际土壤有机碳、磷、钾养分含量高于湿土区菖蒲，尤其是磷和钾，达到了显著差异，而氮含量略低于菖蒲，但差异并不显著;淹水区芦苇与淹水区菖蒲的碳、氮、磷、钾养分含量差异均不明显。整体而言，月明湖周边湿土种植芦苇更有利于湿地土壤磷和钾养分的提高。

本次调查研究发现，淹水区菖蒲、湿土区菖蒲、淹水区芦苇、湿土区芦苇根系AM真菌总侵染率、丛枝侵染率、泡囊侵染率、菌丝侵染率、孢子侵染率均无显著差异。但整体而言，湿土环境中芦苇和菖蒲的根系AM真菌侵染状况要高于淹水环境，这与之前许多学者的研究结果是一致的[21，25，26]。因为AM真菌是需氧微生物，需要依赖植物根系向根际释放的氧气生存，水分过高会导致土壤通透性差，缺少氧气，抑制AM真菌生长发育，从而影响的AM真菌定殖和产孢[27]，当土壤含水量处于40%～60%的范围内时，AM真菌侵染程度最高，发育最好[28]。

在陆生生境中，许多研究已证实土壤理化性质会影响AM真菌的侵染[29-30]，本研究中也发现湿地土壤有机碳、氮、磷、钾养分含量均对湿生植物AM真菌总侵染率、丛枝侵染率、泡囊侵染率和菌丝侵染率有直接或间接的影响作用。相关分析和通径分析的结果表明月明湖湿地土壤速效钾含量与AM真菌泡囊侵染率之间呈显著正相关性，而且土壤速效钾含量会直接影响湿生植物根系AM真菌泡囊结构的形成，这也与袁钟鸣[31]的研究结果一致，推测土壤钾含量会促进泡囊结构的形成，但关于土壤钾对AM真菌侵染率的影响研究较少，其机制还有待继续研究。

综上，本研究通过对月明湖湿生植物AM真菌侵染状况及其影响因素进行调查研究，结果发现：（1）月明湖湿地种植芦苇更有利于土壤养分的提高;（2）土壤水分和速效钾含量是限制月明湖湿生植物根系AM真菌侵染定殖的主要因素。

参考文献：

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

[2] ZOBEL M， ÖPIK M. Plant and arbuscular mycorrhizal fungal （AMF）communities-which drives which？[J]. Journal of Vegetation Science， 2014， 25（5）： 1133-1140.

[3] AMIR H， LAGRANGE A， HASSAÏNE N， et al. Arbuscular mycorrhizal fungi from New Caledonian ultramafic soils improve tolerance to Nickel of endemic plant species[J]. Mycorrhiza， 2013， 23（7）： 585-595.

[4] LEHMANN A， ZHENG W， RILLIG M C. Soil biota contributions to soil aggregation[J]. Nature Ecology & Evolution， 2017， 1（12）： 1828-1835.

[5] CRAIG M E， TURNER B L， LIANG C， et al. Tree mycorrhizal type predicts within-site variability in the storage and distribution of soil organic matter[J]. Global Change Biology， 2018， 24（8）： 3317-3330.

[6] 何新华， 段英华， 陈应龙， 等. 中国菌根研究60年：过去、现在和将来[J]. 中國科学：生命科学， 2012， 42（6）： 431-454.

[7] KIERS E T， DUHAMEL M， BEESETTY Y，et al. Reciprocal rewards stabilize cooperation in the mycorrhizal symbiosis[J]. Science， 2011， 333（6044）： 880-882.

[8] HIGO M， SATO R， SERIZAWA A， et al. Can Phosphorus application and cover cropping alter arbuscular mycorrhizal fungal communities and soybean performance after a five-year phosphorus-unfertilized crop rotational system？[J]. PeerJ， 2018， 6（7）： e4606.

[9] KIVLIN S N， HAWKES C V， TRESEDER K K. Global diversity and distribution of arbuscularmycorrhizalfungi[J]. Soil Biology and Biochemistry， 2011， 43（11）： 2294-2303.

[10] DE SOUZA TAF， SANTOS D. Effects of using different host plants and long-term fertilization systems on population sizes of infective arbuscular mycorrhizal fungi[J]. Symbiosis， 2018， 76： 139-149.

[11] 陈保冬， 李雪静， 徐天乐， 等. 丛枝菌根真菌生物地理学研究进展[J]. 生态学报， 2018， 38（4）： 1167-1175.

[12] RAMÍREZ-VIGA T K， AGUILAR R， CASTILLO-ARGÜERO S， et al. Wetland plant species improve performance when inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi： a meta-analysis of experimental pot studies[J]. Mycorrhiza， 2018， 28（5/6）： 477-493.

[13] HU S， CHEN Z， VOSÁTKA M， et al. Arbuscular mycorrhizal fungi colonization and physiological functions toward wetland plants under different water regimes[J]. Science of the Total Environment， 2020， 716： 137040.

[14] 麻云霞， 李钢铁， 蓝登明， 等. 浑善达克沙地榆AM真菌的空间分布及与土壤因子的相关性[J]. 北方园艺， 2018（17）： 124-132.

[15] 向丹， 徐天乐， 李欢，等. 丛枝菌根真菌的生态分布及其影响因子研究进展[J]. 生态学报， 2017， 37（11）： 3597-3606.

[16] 刘振坤， 田帅， 唐明. 不同树龄刺槐林丛枝菌根真菌的空间分布及与根际土壤因子的关系[J]. 林业科学， 2013， 49（8）： 89-95.

[17] LIANG J F， AN J， GAO J Q， et al. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi and soil nutrient addition on the growth of Phragmites australis under different drying-rewetting cycles[J]. PLOS One， 2018， 13（1）： e0191999.

[18] 郭江源. 丛枝菌根真菌对不同含盐量湿地土壤上植物生长的影响[D]. 呼和浩特： 内蒙古大学， 2015.

[19] 郭江源， 郭伟， 毕娜， 等. 丛枝菌根真菌对不同含盐量湿地土壤中芦苇生长的影响[J]. 环境科学， 2015， 36（4）： 1481-1488.

[20] IPSILANTIS I， SYLVIA D M. Interactions of assemblages of mycorrhizal fungi with two Florida wetland plants[J]. Applied Soil Ecology， 2007， 35（2）： 261-271.

[21] MILLER S P. Arbuscular mycorrhizal colonization of semi-aquatic grasses along a wide hydrologic gradient[J]. New Phytologist， 2000， 145（1）： 145-155.

[22] MILLER S P， SHARITZ R R. Manipulation of flooding andarbuscular mycorrhiza formation influences growth and nutrition of two semiaquatic grass species[J]. Functional Ecology， 2000， 14（6）： 738-748.

[23] PHILLIPS J M， HAYMAN D S. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscularmycorrhizal fungi for rapid assessment of infection[J]. Transactions of the British Mycological Society， 1970， 55（1）： 158-167， IN16-IN18.

[24] 魯如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京： 中国农业科技出版社， 2000： .

[25] XU Z， BAN Y， JIANG Y， et al. Arbuscular mycorrhizal fungi in wetland habitats and their application in constructed wetland：a review[J]. Pedosphere， 2016， 26（5）： 592-617.

[26] 吴松， 隋心， 张童， 等. 湿地丛枝菌根真菌研究进展[J]. 国土与自然资源研究， 2019（6）： 80-84.

[27] 王红新， 李富平， 国巧真， 等. AM真菌生长发育影响因素及其对植物作用的研究[J]. 土壤肥料， 2006（1）： 52-56.

[28] MUTHUKUMAR T， UDAIYAN K， KARTHIKEYAN A， et al. Influence of native endomycorrhiza，soil flooding and nurse plant on mycorrhizal status and growth of purple nutsedge（Cyperusrotundus L.）[J]. Agriculture Ecosystems & Environment， 1997， 6（1）： 51-58.

[29] 岳英男， 杨春雪. 松嫩盐碱草地土壤理化特性与丛枝菌根真菌侵染的相关性[J]. 草业科学， 2014， 31（8）： 1437-1444.

[30] 李新川， 盛建东， 李桂真， 等. 谢家沟不同类型草地AM真菌侵染状况与土壤理化性质的关系[J]. 中国农学通报， 2017， 33（2）： 87-92.

[31] 袁钟鸣. 苏北沿海主要造林树种丛枝菌根真菌侵染及其与土壤因子相关性[D]. 南京： 南京林业大学， 2019.

收稿日期：2021-08-28

基金项目：河南省教育厅高等学校重点科研项目（20A180018）;河南省科技厅科技攻关项目（202102310602）;洛阳师范学院国家级项目培育基金项目（2019-PYJJ-008）;教育部产学研协同育人项目（202101228068）

作者简介：陈雪冬（1989— ）， 女，河南洛阳人，讲师，博士，主要从事微生物生态方面研究。