（植物学专业论文）陕西榆林沙生克隆植物am真菌生态分布研究.pdf

摘要 摘要 丛枝菌根真菌( a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a lf u n g i ，a m f ) 是一类广泛分布于土壤中的有益 微生物，能与绝大多数高等植物根系形成丛枝菌根。a m 真菌在植物根际形成庞大菌丝 网络系统，能够提高土壤团聚体的稳定性，固定沙丘，改善土壤理化性状。本研究把陕 西榆林沙地克隆植物与a m 真菌共生关系作为切入点，在2 0 0 5 年5 月、2 0 0 6 年5 月、 8 月和l o 月分别从陕西榆林沙生植物园样地油蒿( j i r t e m i s i ao r d o s i c a ) 、羊柴( h e d y s a r u m m o n g o n i c u m ) 、沙鞭( p s a m m o c h o av i l l o s a ) 根围分o 10g i n ，1 0 - - - 2 0g i n ，2 0 - 3 0g i l l ， 3 0 - 4 0t i n 和4 0 - - 5 0e r a5 个土层采集土壤样品，首次系统研究了该地区荒漠环境中克 隆植物根围a m 真菌多样性、时空分异规律、克隆植物生长对a m 真菌多样性和菌根 形成的影响。取得的主要研究结果如下： ( 1 ) 本试验共分离出a m 真菌4 属2 6 种，其中球囊霉属( g l o m u s ) 1 4 种，无梗囊霉属 ( a c a u l o s p o r a ) 9 种，硬囊霉属( s c l e r o c y s t i s ) 1 种，盾巨孢囊霉属( s c u t e l l o s p o r e ) 2 种；已鉴 定1 9 种，尚有7 个未定种。不同属种a m 真菌生态分布不同，在所调查的样地中球囊 霉属g l o m u s 种类最多，无梗囊霉属a c a u l o s p o r a 种类次之，盾巨孢囊霉属 s c u t e l l o s p o r a 种类较少，硬囊霉属s c l e r o c y s t i s 只有1 种。 ( 2 ) 同属种a m 真菌生态分布不同，瑞士无梗囊霉a r e h m i i 、细凹无梗囊霉 a s c r o b i c u l a t a 、双网无梗囊霉a b i r e t i c u l a t a 、卷曲球囊霉gc o n v o l u t u m 、粘屑球囊霉 g s p u r c u m 具有广泛的宿主适应性，在大部分宿主植物中有较高频率出现。 ( 3 ) 克隆植物根围土壤中a m 真菌分布具有明显的季节性。春季( 5 月) 孢子密度最高， 同时伴有较高的a m 真菌定殖率；夏季( 8 月) 孢子密度有所下降，大部分定殖率有所下 降；秋季( 1 0 月) 孢子密度和定殖率最低。 ( 4 ) 油蒿根围分离出4 种a m 真菌，克隆植物羊柴根围分离出1 0 种a m 真菌，克隆 植物沙鞭根围分离出1 4 种a m 真菌。 ( 5 ) a m 真菌孢子密度和定殖率与土壤因子密切相关。a m 真菌孢子密度与土壤速效 氮、速效磷、速效钾、有机质呈极显著正相关。a m 真菌菌丝定殖率、丛枝定殖率和总 定殖率都与土壤速效氮、速效磷和有机质呈显著正相关，泡囊定殖率只与土壤速效氮呈 极显著正相关。 i 摘要 量曼曼曼曼皇曼皇曼量曼量曼皇皇曼皇曼量曼曼曼鼍量曼曼曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼i 量曼曼皇量皇曼皇曼曼量曼量曼! 曼! 曼曼! 曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼舅曼量曼曼曼薯 ( 6 ) 克隆植物生长对a m 真菌孢子密度有较大影响，而且除泡囊定殖率外不同菌根 定殖率在不同月份都有不同程度增加或降低，并对土壤速效氮和速效磷含量有明显提 高。 ( 7 ) 首次对3 个已鉴定种和1 个未定种进行了扫描电镜的描述。 本论文研究对了解陕西榆林地区荒漠克隆植物和a m 真菌共生关系奠定了基础，成 果丰富了荒漠恢复生态学的基础理论，为菌根生物技术在荒漠植被恢复和生态重建中的 应用提供了科学依据和种质资源。 关键词：a m 真菌；克隆植物；时空分布；荒漠环境；榆林 a b s t r a c t a bs t r a c t a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a lf u n g i ( a m f ) i so n ek i n do f b e n e f i c i a lm i c r o o r g a n i s m sd i s t r i b u t e d i nt h es o i l e x t e n s i v e l y a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a ( 舢田i sd e f i n e da sam u t u a l i s t i cs y m b i o s i s b e t w e e nt h em a j o r i t yp l a n t sa n da m a mf u n g ic a nf o r mh u g eh y p h a en e t w o r ks y s t e m a r o u n dt h er h i z o s p h e r eo fp l a n t a mf u n g ic a l lp r o m o t es o i ln u t r i m e n t sc i r c u l a t i o na n d u t i l i z i t i o r t , i m p r o v es o i lp h y s i c a la n dc h e m i c a ln a t u r e ，s t a b i l i z ea n di m p r o v et h es o i ls t r u c t u r e i nt h i sr e s e a r c h , s o i ls a m p l e sw e r ec o l l e c t e di n4 r e p l i c a t e sa n dd i v i d e dad e p t ho f5 0 锄i n t o 5s e c t i o n s ，i e o 一1 0 ，1 0 - 2 0 ，2 0 3 0 ，3 0 - 4 0a n d4 0 5 0c r ni nt h er h i z o s p h e r eo fc l o n a lp l a n t s t h ec o l o n i z a t i o na n de c o l o g i c a ld i s t r i b u t i o no fa m f u n g iw e r em e a s u r e di nt h er h i z o s p h e r e o f a r t e m i s i ao r d o s i c a ，h e d y s a r u mm o n g o n i c u ma n dp s a m m o c h o av i l l o s ao fy u l i n e f f e c t so f t h eg r o w t ho fc l o n a lp l a n to nd i v e r s i t yo fa mf u n g ia n da r b u s c u l a rm y c o r r h i z aw e r e s y s t e m i c a l l yi n v e s t i g a t e d m a i nr e s e a r c hr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t w t n t ys i xa mf u n g io f4g e n e r aw e r es e p a r a t e di nt h ee x p e r i m e n t ，f o u r t e e ns p e c i e s b e l o n g e dt oa c a u l o s p o r a ，9s p e c i e sb e l o n g e dt og i g a s p o r n ，a n d2s p e c i e sb e l o n g e dt o s c u t e l l o s p o r e t h e r ew e r e19s p e c i e sh a db e e ni d e n t i f i e d , a n da l s o7s p e c i e sh a d n tb e e n i d e n t i f i e d e c o l o g i c a ld i s t r i b u t i o no ft h es a m es p e c i e si sd i f f e r e n t i nt h ee x p e r i m e n t a ls a m p l e p l o t s ，t h en u m b e ro fg l o m u ss p e c i e si st h em o s t ，t h en u m b e ro fs c u t e l l o s p o r as p e c i e si st h e s e c o n d a n dt h en u m b e ro fs c l e r o c y s t i ss p e c i e si so n l yo n e ( 2 ) a c a u l o s p o r ar e h m i i ，a c a u l o s p o r as c r o b i c u l a t a ，a c a u l o s p o r a b i r e t i c u l a t a ， g l o m u sc o n v o l u t u ma n dg l o m u ss p u r c u mh a v ew i d eh o s t a d a p t a b i l i t y , w h i c hh a v e r e l a t i v e l yh i g ha p p e a r a n c ei nt h em o s to fh o s tp l a n t s ( 3 ) a mf u n g id i s t r i b u t i o no f t h er h i z o s p h e r eo fc l o n a lp l a n t sh a so b v i o u ss e a s o n a l i t y t h e s p o r ed e n s i t yi sh i g h e s ta n di ti sa c c o m p a n i e db yr e l a t i v e l yh i g hf u n g ic o l o n i z a t i o nr a t ea t m e a n w h i l ei ns p r i n g ；t h es p o r ed e n s i t ya n dm o s to fc o l o n i z a t i o nr a t ed e c l i n ei ns u m m e r ；t h e s p o r ed e n s i t yi st h el o w e s ta n dc o l o n i z a t i o nr a t eo fa mf u n g ir e a c h st ot h em i n i m u mv a l u e b a s i c a l l y i i i a b s t r a c t ( 4 ) f o u ra mf u n g iw e r es e p a r a t e df r o mt h er h i z o s p h e r eo fa r t e m i s i ao r d o s i c a ，t e na m f u n g if r o mt h er h i z o s p h e r eo fh e d y s a r u mm o n g o n i c u ma n df o u r t e e nf r o mp s a m m o c h o a ( 5 ) s o i li n d i c a t o r sh a v es i g n i f i c a n t l ya f f e c t e do nt h es p o r ed e n s i t ya n dc o l o n i z a t i o nr a t e o fa mf u n g i s p o r ed e n s i t yo fa mf u n g ih a sas i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t h a v a i l a b l en i t r o g e n , a v a i l a b l ep h o s p h o r u s ，a v a i l a b l ep o t a s s i u ma n do r g a n i cm a t t e r a mf u n g i h y p h a lc o l o n i z a t i o n , a r b u s c u l a rc o l o n i z a t i o na n dt o t a lc o l o n i z a t i o nh a v eap o s i t i v ec o r r e l a t i o n w i t ha v a i l a b l en i 协o g e n , a v a i l a b l ep h o s p h o r u sa n do r g a n i cm a t t e r v e s i c u l a rc o l o n i z a t i o no n l y h a sap o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ha v a i l a b l en i 仃o g e n ( 6 ) g r o w t ho fc l o n a lp l a n t sh a sar e l a t i v e l yl a r g ea f f e c t i o no nt h ea mf u n g is p o r e d e n s i t y , e x c e p tv e s i c l ec o l o n i z a t i o n ，d i f f e r e n ta mf u n g ic o l o n i z a t i o nh a v ed i f f e r e n te x t e n t i n c r e a s eo rd e c r e a s ei nd i f f e r e n tm o n t hw h i c ha l s oh a sa no b v i o u si m p r o v i n gr o l ei ns o i l a v a i l a b l en i t r o g e n ，s o i la v a i l a b l ep h o s p h o r u s ( 7 ) t h r e ei d e n t i f i e ds p e c i e sa n do n eu n i d e n t i f i e ds p e c i e sa r ed e s c r i p e db yt h es c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p ef i r s t l y t h er e s u l t so ft h e s i sr e s e a r c h se n r i c ht h eb a s i ct h e o r yo fd e s e r tr e s t o r a t i o ne c o l o g ya n d p r o v i d e t h es c i e n t i f i cb a s i sa n dg e r m p l a s mr e s o u r c e f o rt h e a p p l i c a t i o n s o fa m b i o t e c h n o l o g yi nv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o na n de c o l o g yr e c o n s t r u c t i o no f d e s e r t k e y w o r d s ：a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a ef u n g i ；c l o n a lp l a n t s ；t e m p o r a la n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n ； d e s e r te n v i r o n m e n t ；y u l i n 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了致谢。 作者签名：链醯。l 一 日期：j 赴乙年尘月日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方格内打“4 ”) 保护知识产权声明 本人为申请河北大学学位所提交的题目为( 9 补硷域鹾勘削碰生 的学位论文，是我个人在导师( 镪睁导并与导师合作取得的研究成果，研撕 究工作及取得的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资 助下完成的。本人完全了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的 各项法律、行政法规以及河北大学的相关规定。 本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大 学的书面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内 容。如果违反本声明，本人愿意承担相应法律责任。 声明人： 缝醇。k日期：二函近年月s 日 作者签名： 导师签名： 日期：超重年玉月l 日 日期：础年j | l 月乙日 第1 章引言 1 1 选题背景 第1 章引言 我国是世界上受沙漠化危害最为严重的国家之一，全国沙化土地面积相当于l o 个广东省的幅员面积，每5 年新增面积相当于一个北京市的总面积。严重的沙漠化 吞噬着中华民族的生存空间，恶化了生态环境，加剧了贫困，因此防治土地沙漠化、 遏制风沙灾害、建设良好生态环境至关重要。 治理荒漠化的有效途径是恢复和增加干旱半干旱地区的植被覆盖。毛乌素沙地 的地理地带位置，沙的优势覆盖与水分特点确定了这里的优势生活型是耐风沙的干 旱灌木与根茎发达的禾草类，具有很强的防风固沙与水土保持能力。 1 2a m 真菌研究意义 丛枝菌根( a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a ，a m ) 真菌广泛分布于各类自然生态系统中， 大部分的草本和灌木类植物都被这种真菌侵染而形成，是植物根系与真菌互惠共生 联合体【啦，3 】。a m 真菌通过活化土壤中矿物质磷源和氮源，增加了磷素和氮素的有 效性；通过土壤中的菌丝网扩大了根际吸收范围和根系吸收面积，提高土壤养分的 空间有效性和长距离运输能力，促进寄主生长和发育【4 】。由于不同a m 真菌种群对 同一植物或不同植物的同时侵染以及植物根系间菌丝桥的形成使a m 真菌作用表 现出个体、群落和系统不同层次水平。菌根改变植物个体的营养状况而影响植物种 的竞争能力和分布，改变植物群落组成结构；通过菌丝桥在植物根系间进行养分运 输和传递而影响系统能量与物质循环等过程【5 】。研究表明，自然生态系统中a m 真 菌的多样性决定着植物多样性、生态系统的变化以及生产力【6 】。m i l l e r 等认为菌 根是测定自然草原生态系统过牧干扰的重要指标。过度放牧条件下，有蹄类动物的 踩踏改变土壤结构及其通透性而影响a m 真菌菌丝生长以及菌根的活力【9 】；放牧动 物采食而引起的植物落叶而改变了刺激发育菌根共生体的植物资源，改变了a m 真 菌种类组成、减少真菌多样性，而适应放牧的a m 真菌种类增加【l0 1 。由于不同种植 物对菌根的依赖性( 不同植物对a m 真菌侵染的效应) 不同【1 0 , 1 1 】；因此，当强度干扰 持续长时间时，依赖于菌根和不依赖菌根植物竞争能力和营养循环受到影响而改变 1 河北大学理学硕十学位论文 了它们在群落中的分布地位和状态 1 2 , 1 3 ，植物群落发生退化或演替。有些研究显示， 具有复杂植物多样性的林地生态系统中，a m 真菌的多样性远远高于农田生产系统 【1 4 】。可见，a m 真菌的多样性既影响植物群落变化，同时又受到植物多样性以及放 牧等干扰的影响【1 5 , 1 6 】。张美庆等研究证明，地理环境及土壤因子也影响a m 真菌 的分布，如球囊霉属( g l o m u s ) 真菌较多地出现在碱性土壤中、而某些菌种的分布受 到土壤磷素含量的制约1 7 】。因此，在草地生态系统生物学与生态学相关问题的研究 中，菌根真菌及其生态功能的研究是不容忽视的重要内容之一。 1 3 研究样地简介 1 3 1 毛乌素沙地 毛乌素沙地是我国1 2 大沙漠和沙区之一，位于鄂尔多斯高原中部和南部，是 鄂尔多斯高原的主体部分，地处北纬3 7 0 3 0 - - - 3 9 0 3 0 ，东经1 0 7 02 0 1 1 1 0 3 0 ，面积 4 2 2 万公顷，海拔1 0 0 0 - 1 6 0 0m ，包括内蒙古伊克昭盟南部，陕西榆林北部和宁 夏东北部1 4 个县( 旗) 的1 5 0 多个乡镇，约占我国沙漠总面积的3 6 t 1 8 】。与我国其 它沙区相比，毛乌素沙区土壤类型、降水较多，地下水资源丰富，有较好的植物生 长条件，植物种类多，资源植物丰富。 1 3 2 陕西榆林沙生植物园 本文研究区地处东经1 0 9 0 3 5 ，北纬3 8 0 1 4 ，位于陕西省榆林市城西1 8k m ，属毛 乌素沙地南缘与陕北黄土高原接壤地带，地形地貌多样，是比较典型的风沙滩地夹 杂地带，区内风蚀严重，属于明显的大陆性草原气候，年降水量4 1 4 4i n n l ，年蒸发 量1 2 5 6 1m m 。日照2 9 1 4 2h ，无霜期1 5 0 天。全年盛行西北风，年均风速4 - - - 8 级， 最大1 1 级，年风沙日约为6 0 天左右，5 - 6 月份常有干热风出现，使春小麦生长受到 影响。由于气候干旱，土壤为风沙土，一遇大风，即造成严重危害【1 9 】。 1 4 克隆植物 克隆植物又称无性系植物，广义上是指能够进行克隆生长的植物。克隆生长是 指植物通过在其基部增加分株数量并进行水平扩散的过程，即随着地上匍匐茎、地 一2 第1 章引言 下根茎或萌蘖根等克隆器官的延伸并在其上产生子株进行水平空间拓展。这类进行 无性繁殖的植物称为无性系植物或克隆植物。克隆植物一般通过种子扩散到某个生 境，然后再通过根茎和匍匐茎迅速扩张。克隆植物在经过了初期侵入阶段后就很难 再见到实生苗【2 0 1 。 克隆植物，尤其是地下根状茎植物，能够在地下形成一个多层次的根状茎网络， 具有强大的侧向生长能力，其同一基株的相连分株可以占据十分广泛的水平空间 【2 0 1 。陈玉福等采用染料示踪实验发现，一个沙鞭( p s a m m o e h l o av i o l l a s ) 基株的相连 分株多达2 1 6 个，而其一个根茎分枝可延伸2 8 1m ；沙鞭根状茎至少可保存2 年以上， 在生长季它的根状茎可在9 0 天内增加4 6 8m 【2 。王可青等采用等位酶分析发现，由 1 - - 6 个基株组成的沙鞭分株种群可以覆盖面积达4 0 0 - 1 6 0 0m 2 的整个沙丘；羊柴 ( h e d y s a r u ml e a v e ) ，它的平均根状茎总长可达1 4 3 6m ，基株占地面积最大半径可达 到2 1 4m ，每个基株有1 4 3 个分株和1 4 条根状茎。这种根状茎网络，在一定程度上 提高了克隆植物的集沙能力。 1 5 研究目标植物简介 1 5 1 油蒿r t e m i s i ao r d o s i c a ) 属菊科蒿属植物，花期7 - - - 9 月，果期1 0 月，是优良固沙半灌木植物，主要分 布于内蒙古、宁夏、陕西和甘肃等地的温带沙地，它长期适应干旱的沙地环境，具 有耐沙埋，抗风蚀，耐贫瘠，分枝和结实性良好的生物生态学特性2 2 1 。 油蒿返青早( 3 f l 中旬) ，落叶迟( 1 1 月中旬) ，这一特性使之成为牲畜冬春重要的 补贴饲料，在沙地草场饲料平衡中占有举足轻重的地位，是优良固沙植物和重要牧 草。 1 5 2 羊柴( h e d y s a r u mm o n g o n i c u m ) 属豆科岩黄耆属多年生落叶半灌木，花期7 8 月，果期8 9 月【2 3 1 。主要分布 于我国内蒙古、宁夏、陕西等地的典型草原、荒漠草原和丘陵沙地草场，具有适应 性强、抗旱、耐寒、耐瘠薄、抗风沙、再生能力强等特点，已成为我国北方干旱地 区广泛推广种植的优良牧草和防风固沙植物【2 4 1 。 3 - 河北大学理学硕十学位论文 羊柴成年植株一般于4 月中、下旬返青，6 月进入快速生长期，7 8 月开花， 9 月种子成熟。羊柴是典型的根茎游击型克隆植物，克隆繁殖在其生活史中占据重 要地位，其根颈上的不定芽可形成横走根茎，节上不定芽和不定根又形成新植株， 克隆繁殖能力对该区的植被恢复具有重要意义。 1 5 3 沙鞭( p s a m m o c h o av i l l o s a ) 属禾本科沙鞭属根茎多年生草本植物，花果期5 - - 9 月【2 5 1 。主要分布在我国北 方荒漠地区和蒙古国境内 2 6 , 2 7 】。沙鞭的克隆整合特性和克隆生长特性对它在水分短 缺、养分贫瘠、生境斑块化和经常扰动的沙化草地环境中的生存有重要贡献【2 8 , 2 9 】。 沙鞭在长期适应干旱、沙埋等环境胁迫时形成了典型的旱生、沙生特征，因此 对流动沙丘有很强的适应性，属沙地植物群落的优势种【2 7 1 ，其主要生境类型是流动 和半流动沙丘( 地) ，以及沙地半灌木丛中。沙鞭能够通过根状茎进行快速克隆生长 是其作为对沙丘流动性的生态适应特性之一【3 们。 第2 章文献综述 2 1 丛枝菌根概述 第2 章文献综述 菌根( m y c o r r h i z a e ) 是自然界中一种普遍的共生现象。它是土壤中的菌根真菌与 高等植物营养根系形成的一种共生体。根据菌根形态学及解剖学特征的不同，人们 将菌根分为3 个主要的类型，即外生菌根、内生菌根及内外生菌根【3 1 1 。丛枝菌根 ( a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a ，a m ) 是一种最常见的内生菌根，原称泡囊丛枝菌根 ( v e s i e u l a r - a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a ，v a m ) ，其真菌菌丝体可侵入植物组织内部，因其 孢内菌丝体呈泡囊状( v e s i e u l e s ) 而得名。新近研究发现，并非所有类型的该类真菌 都形成泡囊结构，但都形成丛枝结构。因此，越来越多的研究者将其称为丛枝菌根。 2 2m 真菌的分类 a m 真菌的分类如图2 1 所示： 图2 - 1a m 真菌的分类 f i g 2 1c l a s s i f i c a t i o no fa r b u s c u l a rm y c o r r h i z a ef u n g i 河北大学理学硕士学位论文 2 3 1 a m 真菌系统分类 a m 真菌的生物多样性表现在分子水平、形态学水平和生态学水平上。无论在 何种水平上，a m 真菌的特征只要具有遗传稳定性，能被具有共同祖先的所有后代 所继承，均可作为分类依据进入分类体系。目前，仅有孢子形成方式和亚细胞结构 等特征在已发现的a m 真菌中表现各异且稳定【4 0 1 。a m 真菌鉴定的主要依据是生殖 孢子和孢子果的形态学特征，而它所具有的一系列特有的生理和生态学特性确保它 在分类框架范围内的表达更加完整。2 0 世纪9 0 年代后，随着现代分子生物学和生 化技术在分类学中的广泛应用，分类方法、分类概念和分类系统都有了新的发展。 国际a m 真菌保藏中一i 、, , ( i n v a m ) ( h t t p ：i n v a m c 酊w “e d u m y c - i n f o ) 在这方面做了大 量工作，并且对之前被广泛接受的m o r t o n 和b e n n y l 4 l 】分类系统进行了修改，新设 了原囊霉科( a r c h a e o s p o r a c e a e ) 和类球囊霉科( p a r a g l o m a c e a e ) ，科内分别含原囊霉属 似r c h a e o s p o r a ) 和类球囊霉属( p a r a g l o m u s ) ，并对原分类系统中的某些种进行了调 整，进而发表了新的分类系统【4 2 1 。 2 3 2 主要的鉴定方法 2 3 2 1 形态特征分类 形态特征分类是依据孢子形态特征来进行鉴定，经过湿筛倾析法从土壤中获取 孢子后，通过观察孢子生长发育特征，孢子聚集方式及其在孢子果内排列方式，孢 子的形状、大小、颜色、表面修饰，孢子壁层次及染色反应，孢子内含物，连孢菌 丝、产孢子囊、土生辅助细胞等来确定a m 真菌的种类【4 ”。不同种属的种类具有特 征性的形态结构，如可通过连胞菌丝来判断是否属于球囊霉g l o m u s ；有无产胞囊 和发芽盾室来判断是否属于巨孢囊霉属g i g a s p o r a 和盾巨孢囊霉属s c u t e l l o s p o r a ： 通过孢子壁层的层次、颜色、纹饰以及有无韧性芽壁等判断是否属于无梗囊霉属 a c a u l o s p o r a 。这种方法适用于具有相对稳定形态结构的真菌种类的鉴定。1 9 9 1 年 张美庆等描述球囊霉属g l o m u s 真菌种的主要形态特征，建立了分类检索简表，为 该属种类的分类鉴定提供了很好的借鉴依据【4 4 1 。由于环境条件造成孢子形态差异以 及人为观察的误差，造成形态描述的误差；使形态方法有很大的局限性，更多地依 赖经验和资料的掌握。 6 第2 章文献综述 2 3 2 2 组织化学分类法 组织化学分类法也是一种鉴定孢子形态的方法，依据一些染色试剂能与某些真 菌种类的孢子壁层发生特异性反应，来进行真菌种的鉴定。常用试剂有m e l z e r s 试 剂和碱性品红等。巨孢囊霉属( g i g a s p o r a ) 和盾巨孢囊霉属( s c u t e l l o s p o r a ) 的一些种类 在m e l z e r s 试剂中有明显特异性，尤其是这些种类的孢壁韧性芽壁有显色反应。但 该方法必须结合形态结构特征进行分类鉴定。 2 3 2 3 比较解剖学分类法 在上述两种方法的基础上，采用比较解剖学分类法进行菌种鉴定。通过菌根侵 染方法，比较不同属和不同种在指示植物上的侵染方式、菌根结构特点来区别a m 真菌的属和种。同样，这种方法也有很大的局限性。 2 3 2 4 生物化学分类法 生物化学分类法是利用生物化学的分析技术，建立鉴定的生化指标，进行鉴定。 例如同功酶、荧光抗体技术和酶联免疫吸附测定和单克隆抗体技术等【4 5 1 。 2 4 生态因子对a m 真菌的影响 研究表明，自然生态中a m 真菌多样性受多种生态因子( 包括气候因子，土壤 因子，宿主类型及特征，土壤微生物，土地利用方式等) 的影响。 2 4 1 气候因子 气候因子对菌根发生的季节变化具有较大影响，而温度通常被认为是决定真菌 发生和分布的主要因子。在实验室和温室条件下，大量研究已证明温度对a m 真菌 孢子发芽和菌根形成有影响 4 6 , 4 7 】，k o s k e i 发现在自然生态系中a m 真菌种群组成主 要受温度影响。温度通过对真菌的直接作用，也可通过宿主植物的间接作用影响 a m 真菌分布。彭生斌和沈崇绕进一步利用线形相关和关联度分析各种温度指标与 a m 真菌周年发生的关系，结果表明，一年中菌根的发生与积温关系最为密切。 2 4 2 宿主植物 宿主类型也是影响a m 真菌发生和分布的重要因子。大量实验表明，宿主植物 7 一 河北大学理学硕+ 学位论文 不同，a m 真菌的侵染、产孢量以及种属构成也可能不同。植物与真菌之间的共生 关系有一定的相互选择性【4 8 4 9 1 。不同植物对a m 真菌依赖性大小，在一定程度上 反映了这种相互选择性【5 0 1 。张美庆等研究发现，a m 真菌数量在野生状态植物根区 出现频率高于栽培植物。盖京平和刘润进调查野生植物上的a m 真菌资源状况也证 实了这一点。 2 4 3 土壤因子 土壤类型是影响a m 真菌分布的重要因子之一。d i a z 和h o n r u b i a 认为，土壤 类型影响菌种对植物的侵染效果，不同菌种对土壤类型的适应性不同。张美庆等分 析了东南沿海地区的7 种土壤类型( 潮土、棕壤、红壤、赤红壤、砖红壤、水稻土、 石灰性土壤) 中a m 真菌的种属构成，发现在7 类土中球囊霉属出现的频率最高， 均在9 3 以上，无梗囊霉属在红壤、砖红壤、水稻土中出现较多：巨孢囊霉科的2 属在棕壤和水稻土中出现较多。盖京苹等调查了山东省野生植物根区a m 真菌的分 布状况，发现棕壤中a m 真菌孢子密度最大，盐碱土中最小。 a m 真菌分布和土壤有机质含量的关系迄今报道不多。张美庆等在北方调查中 认为土壤有机质含量对某些种的分布影响显著，而对属的分布仅显示大致趋势。球 囊霉属在各有机质含量土壤中的出现率均占绝对优势。所有5 属a m 真菌在不同含 量土壤中的分布有相似趋势，即随有机质含量增高而减5 1 】。 ( 1 ) 土壤p h ：土壤p h 直接影响丛枝菌根的形成。一般认为，中性至微酸性土 壤有利于丛枝菌根形成和发育，大部分a m 真菌在土壤p h 值4 7 范围内，均能定 殖良好。d a n i e l s o n 和v i s s e r 发现【5 2 】，在p h 值1 6 5 2 范围内，梯牧草在p h 4 0 时有a m 形成。不同种属的a m 真菌适宜的土壤p h 范围 不同。g l o m u s 属多出现在中性和p h 较高土壤中，而a c a u l o s p o r a 属在酸性条件下 种群频度高 3 1 , 5 3 】。当a m 真菌和宿主植物生长在不同p h 土壤上，根系定殖和形成 根外菌丝的能力发生变化。a b b o t t 5 4 】研究表明，在低土壤p h 时球囊霉属的菌株根 外菌丝体的伸展受到强烈抑制。土壤p h 值还可通过提高土壤中一些物质的可溶性， 对丛枝菌根形成产生间接影响【5 5 1 。 ( 2 ) 土壤微生物：菌根生长发育同宿主植物根围土壤微生物群落关系十分密切。 第2 章文献综述 研究表明，a m 真菌与有益土壤微生物如根瘤菌、自养固氮细菌、溶磷酸细菌和真 菌，有益的放线菌之间是协同作用，共同促进植物生长。王元贞等【5 6 , 5 7 】对甘蔗进行 摩西球囊霉菌、彩色马勃( c a l v a t i al i l a c i a n ) 和固氮菌似z d 幻施c f p 力混合接种，结果发 现混合接种苗的抗旱性优于它们各自的单独接种。d i 锄【5 8 1 认为，在侵染过程中菌 根真菌和f r a n k i a 不存在侵染部位的竞争，但大量菌根的形成可影响f r a n k i a 生长和 根瘤发展。a w a s t h i 等人【5 9 1 在桃树幼苗接种g l o m u sf a s c i c u l a t u m 与自养固氮细菌 a z o t o b a c t e r c h r o o c o c u m ，发现混合接种增加了菌根真菌孢子数量，促进菌根的侵染。 也有一些研究表明，放线菌与a m 真菌混合接种可抑制植物生长同时两者之间会产 生拮抗作用6 0 1 。 2 4 4 光照 光照是植物生长发育所必需的一个重要条件。在一定范围内光照强度越强、时 间越长，植物光合的净同化率越高，从而增多了根内碳水化合物和蔗糖含量，促进 新根萌发和生长，有利于菌根形成。h a y m a n 6 1 1 研究表明，在强光照下用球囊霉属 真菌接种洋葱，菌根发育良好，丛枝数量增多。有时降低光照强度虽然没有显著影 响根系侵染率，但显著降低丛枝和泡囊着生数量【6 2 1 。应该说，最适于形成菌根的光 照条件与寄主植物生长所需的光照条件基本一致。 2 4 5 季节 对多年生植物来说，a m 真菌生长发育特点与季节有关，春季丛枝菌根生长发 育较慢，夏季达到高峰，秋季土壤中孢子密度和根内泡囊数量最多。k a w a i 等观察 了葡萄丛枝菌根季节变化的特点，他们发现7 8 月份形成丛枝最多，1 0 月份形成 泡囊多于其它月份6 3 1 。彭生斌在小麦、玉米、大葱上调查发现，丛枝菌根的孢子数 量有明显的季节变化，产孢高峰一般在6 7 月和1 0 月份。分析认为积温对一年中 菌根的发生作用最大【6 4 】。 2 6 丛枝菌根在生态系统中的作用 a m 真菌是陆地植被系统中的有机组成部分，菌根共生体是决定生态系统物种 多样性的潜在因素。在生态系统或群落中，菌根共生体通过直接或问接改变系统中 9 河北大学理学硕七学位论文 宿主与其它成份的关系而影响植物适合度【6 5 , 6 6 , 6 7 ，影响植物间竞争、群落组成、种 的多样性和演替动力【6 8 1 。g i v a n n e t t i 6 9 1 等认为对不同层次种内和种间、种群、生态 系统的a m 真菌微形态、生理和遗传变异的了解，保护和有效利用它们的生物多样 性，对于植物可持续生产至关重要，a m 真菌种群丰富度或功能多样性的减少都会 影响自然植物群落的结构平衡。菌根能导致微生态区植物物种多样性的增加，并认 为通过共生菌丝网同化物从源到库的输出是保持群落物种丰富机制的重要因素。菌 根能系统提高宿主单株活力，优化植物群落资源分布，通过减少由普通微生物固定 或流失造成的损失而在生态系统水平上保存营养【7 0 】。 菌根的形成可明显改善植物水分和营养，尤其是不溶性营养盐( 如磷酸盐) 的吸 收，同时也大大增强了植物对根系病害、干燥、土壤温度变化等环境压力的抵抗能 力【7 1 】。菌根在植被恢复中，特别是在干旱、半干旱和亚潮湿地区以及废矿区、油污 地、盐碱地、无林地造林方面起着重要作用。d a f t 等人【7 2 】将v a 菌根应用于露天废 矿造林，大大提高了造林成活率。利用菌根技术恢复已被破坏的植被是一个很有前 途的研究领域，引起了各国科学家的极大兴趣。 总之，菌根在生态系统中的重要性，越来越被人们认识，其研究也将逐步深入。 第3 章克隆植物根同a m 真菌的种质资源 第3 章克隆植物根围a m 真菌种质资源 3 1 材料与方法 3 1 1 样品采集 2 0 0 6 年5 月、8 月和1 0 月在采样点随机选取克隆植物油蒿、羊柴和沙鞭各4 株，分层进行样品采集，共采集样品1 8 0 份。 在选择的宿主植物根际0 , - 一2 0 锄范围内采集土样，先去掉表土5c m ，按o 1 0 c m 、1 0 - - 一2 0c m 、2 0 - - 一3 0c m 、3 0 - - - 4 0c m 和4 0 - - 一5 0c m 分层取样，取根围土壤混合 样品l k g ，装入密封袋中，附上标签，记录采样人、采样时间、地点、宿主植物名 称及周围环境等。 3 2a m 真菌孢子分离和鉴定 将土壤样品混匀，用四分法取1 0 0g 土样采用湿筛倾析一蔗糖离心法筛取孢子， 在体视显微镜下于培养皿内分格计数，测定土壤样品的孢子密度( 个g 土) 。 3 3a m 真菌的鉴定 在体视显微镜下先观察记载孢子的颜色、大小、连孢菌丝特征、孢子果形态等； 在此基础上，用微吸管挑取孢子置于载玻片上，加水、乳酸、p v l 、p v l g 等作浮 载剂，封片后在显微镜下继续观察记录孢子颜色、连孢菌丝特征，测定孢子大小； 压碎孢子后再观察内含物的性质、孢壁层次及各层颜色，测定各层孢壁厚度等。鉴 定中辅助使用m e l z e r s 试剂，观察孢子特异性反应；对有代表性或特异性的特征随 时进行拍照。综合以上观察结果，根据s c h e n c ka n dp 6 r 6 z ( 1 9 8 8 ) 的“va 菌根真菌 鉴定手册”及i n v a m ( h t t p ：i n v a m c a f w v u p 如的c 也加) 的分类描述【7 3 1 ，并参阅有 关鉴定材料和近年来发表的新种等进行种属检索和鉴定；对于难确定的种或可能的 新种、新记录种进一步进行单孢培养，获得大量同源孢子，再确定种类。 在体视显微镜下挑取自然干燥的孢子直接贴在双面胶带上，喷金后在扫描电镜 下观察照相。 一1 1 河北大学理学硕+ 学位论文 3 4a m 真菌种质资源 由表3 1 可知在采集的原始土壤样品中共分离出4 属2 6 种a m 真菌，其中球囊霉 属(