山东青岛山东山东山东青岛茶园丛枝菌根真菌资源多样性研究

山东青岛山东山东山东青岛茶园丛枝菌根真菌资源多样性研究

20世纪初，首次发现茶树可以形成假种（pm），一些科学家先后证实，am菌广泛分布在茶园土壤（李名军和蜀吉林，1984）。目前只有少数几个亚洲国家如中国、印度、日本、泰国等种植茶树,其中只有我国、印度和泰国等开展了有关茶树菌根方面的研究。吴铁航等(1995)从我国南方红壤茶园中分离到AM真菌4属7种,其中无梗囊霉属(Acaulospora)分离频度最高,Acaulosporadenticulata和A.laevis为优势种;而北方豫南茶园黄壤和黄棕壤中的优势种为Acaulosporalaevis、Glomusaggregatum和G.etunicatum(卢东升和吴小芹,2005)。这表明土壤与气候条件可能影响AM真菌的种属组成、优势种群和多样性(Lekbergetal.,2007;Wangetal.,2008)。茶树起源于我国,在我国开展茶树AM真菌研究具备得天独厚的条件,然而与其他植物物种相比,有关茶树根围中AM真菌的群落结构、组成与分布的研究较少(Singhetal.,2008)。调查不同茶园土壤中AM真菌多样性与资源分布状况,对于今后进一步收集、筛选和保存AM真菌,研发茶树专用AM菌剂具有实际意义。崂山位于胶东半岛西南端,其人工茶树种植园是中国北方最具代表性的茶区,面积已达866.7ha。该区茶树栽培已有半个多世纪的历史,其独特的栽培生产模式与生境条件对茶树根围AM真菌种属构成和分布可能具有重要影响。本研究旨在调查崂山茶区土壤中AM真菌种质资源、分布特征、生物多样性状况,以期为北方茶区土壤中AM真菌种质资源开发及应用提供依据。1材料和方法1.1样品的采集和处理崂山是山东半岛的主要山脉,最高峰崂顶海拔1,133m,是我国海岸线第一高峰。崂山属暖温带大陆性季风气候,全区年平均降水量可达800–900mm。由于濒临黄海,形成半湿润温和区,表现出春冷、夏凉、秋暖、冬温、昼夜温差小、无霜期长和湿度大等海洋性气候特点。崂山茶区土壤大部分由花岗岩分化而来,属砂质土壤,排蓄水性能良好,适宜茶树的生长。作者于2007年9月从崂山茶区沙子口、北宅、王哥庄等12个茶园采集根围土样:每份土壤样取5点混合,去掉表土2cm,取茶树根围2–30cm土层的土壤和根系2kg左右,装入塑料袋,注明采样人、时间、地点等。风干样品于低温通风处保存。茶园基本情况及其土壤理化性质见表1。1.2子数和药物分类取风干土样100g,湿筛倾注—蔗糖离心法分离、镜检孢子,记录孢子数和孢子分类特征(刘润进和陈应龙,2007)。根据Schenck和Perez(1988)和INVAM()的鉴定资料等对AM真菌孢子进行分类鉴定。1.3各采样点菌芽孢数和土壤样本数种的丰度(speciesrichness,SR):指茶树根围100g土壤中含有的AM真菌种数,SR=AM真菌总种次数/土壤样本数。孢子密度(sporedensity,SD):每100g土样中的AM真菌孢子数。SD=AM真菌所有种的孢子数/土壤样本数。分布频度(frequency,F):F=AM真菌某属或种的出现次数/土壤样本数×100%。相对多度(relativeabundance,RA):RA=该采样点AM真菌某属或种的孢子数/该采样点AM真菌总孢子数×100%。重要值(importancevalue,IV),即频度和相对多度的平均值:IV=(F+RA)/2。本文定义优势属或种IV≥50%,常见属或种10%<IV<50%和稀有属或种IV≤10%。多样性采用Shannon-Wiener指数(H)和Simpson指数(D)来测度:其中S为某样地中AM真菌的种数,Pi为某AM真菌的孢子占该样地所有孢子的百分比。1.4疗效测定pH值采用PHSJ-3F型实验室pH计,速效磷采用钼锑抗比色法,速效钾采用火焰光度计法,有机质采用重铬酸钾法,碱解氮采用碱解扩散法测定。1.5统计学处理过程计算采用DPS(杭州睿丰信息技术有限公司)统计软件进行方差分析;采用SASV6.12(SASInstituteInc.)统计软件进行群落结构分析。2结果2.1种病原菌的种类和优势种从崂山茶区12个茶园64个土样中共分离3属22种AM真菌,其中无梗囊霉属13种,球囊霉属(Glomus)8种,巨孢囊霉属(Gigaspora)1种。所有采样点中,以晓望村茶园(W-5)的AM真菌种类最多(15种);其次是万来客茶园(W-7,11种);荷花村(W-1)的种类最少(6种)。光壁无梗囊霉(Acaulosporalaevis)在万里江茶园(S-2)、万里江有机茶园(B-3)、常家村茶园(W-2)、桑园村茶园(W-4)的频度均为100%,而在晓峪春茶园(W-6)仅为16.7%,并且在各个采样点都有发现。蜜色无梗囊霉(A.mellea)、尼氏无梗囊霉(A.nicolsonii)和大型无梗囊霉(A.colossica)在各个采样点的出现频度也较高。各样点AM真菌重要值和优势种不同。如波状无梗囊霉(A.undulata)是万里江有机茶园(B-3)、万来客茶园(W-7)的优势种;隐球囊霉(G.occultum)在樱山春茶园(B-1)、晓望村(W-5)、万来客茶园(W-7)中的重要值分别为74.8、73.8和59.4,表明它是这3个样点的优势种(表2)。2.2无梗囊霉属和球囊霉属的频度所分离得到的AM真菌3个属中,无梗囊霉属的相对多度最高,可达99.0。无梗囊霉属和球囊霉属在晓望村茶园(W-5)的频度最高,分别为69.2%和62.5%,而巨孢囊霉属仅在万里江茶园(S-2)和常家村茶园(W-2)中出现。这3个属的重要值在不同茶园中也存在差异(表3)。2.3真菌菌的密度、种子数和多样性指数2.4各代溶剂对全氧生物活性的影响选取的6个环境因子对崂山茶区AM真菌群落组成都有一定程度的影响(图1)。其中土壤速效磷含量的影响最大,速效钾的影响较小。有机质和碱解氮与AM真菌群落组成呈正相关,其余因子为负相关。环境因子对崂山茶区AM真菌群落组成的相关性大小为土壤速效磷含量>土壤有机质含量>种植年限>土壤碱解氮含量>土壤pH值>土壤速效钾含量(图1)。3气调保鲜对am真菌物种多样性的影响AM真菌具有丰富的物种多样性(乔红权等,2005;王淼焱等,2006;Stromberg&Stutz,2006)和遗传多样性(刘延鹏等,2008)。寄主植物在一定条件下影响着AM真菌的群落结构。Sykorová等(2008)利用分子生物学技术证实了AM真菌群落组成受到寄主植物种类的影响。例如,不同生长习性或起源、遗传背景复杂的一些多年生木本植物影响AM真菌的多样性(Munkvoldetal.,2004;郭绍霞等,2007)。而地上植物群落多样性在一定程度上也决定了AM真菌的多样性(刘润进等,2002),植物种类越丰富,AM真菌物种多样性就越高。崂山茶区茶树为南方引进品种,种类繁多,因而AM真菌物种多样性就可能高于南方茶园(吴铁航等,1995),本研究结果证实了这一推断。调查发现,茶树栽培年限或树龄也会影响到AM真菌物种多样性。12个茶园中,常家村茶园(W-2)和万来客茶园(W-7)2–3年生茶树根围AM真菌Shannon-Wiener指数分别为2.04和2.03,显著高于沙子口万里江茶园(S-2),后者树龄10年以上,是南茶北引最早的地区。随着栽培时间增长,AM真菌优势菌种不断积累,非优势菌种逐渐消失,物种多样性降低。另外,栽培技术对AM真菌也有较大的影响。例如,Singh等(2008)在栽培条件下分离了27个AM真菌物种,自然条件下分离了35个AM真菌物种,后者的Shannon-Wiener指数更高,认为耕作措施对茶树根围AM真菌多样性产生了消极的影响。连续种植单一作物,AM真菌优势种会随着寄主的种类而变化(刘润进和陈应龙,2007)。崂山茶区茶树品种大多引自南方,遗传背景复杂,加之采用矮化密植的“区田”栽培法,连年栽培不间作,这可能都是本次调查分离到的AM真菌优势种与江西红壤茶园、豫南茶园不同的原因。本研究首次证实AM真菌的群落组成与土壤有效磷含量呈最大负相关性,这与以往用高磷抑制AM真菌发育的实验结果是相符合的。崂山茶区土壤速效磷的含量一般在55.9–231.6mg/kg之间,长达50余年的高磷环境,使土壤中的AM真菌可能已适应了这一生态条件。是否有可能从中筛选到高效耐磷菌株,这一点有待进一步实验。土壤有机质含量与AM真菌发育密切相关:在一定范围内AM真菌的数量随有机质含量的升高而增多(Wangetal.,2008);然而当有机质含量超过一定范围,AM真菌的数量就会下降(盖京苹和刘润进2003),本调查通过CCA分析表明有机质含量与崂山茶区茶树根围AM真菌多样性呈高度正相关,这一结果与该地区土壤有机质含量偏低(0.27–1.94%)有关。而在土壤有机质含量中等到高(2–15%)条件下这一相关性值得深入研究。土壤pH值是影响AM真菌多样性的重要因子(张美庆等,1999)。本实验采集土壤样品的pH值在4.37–6.25之间,对崂山茶区AM真菌的多样性影响不大,这说明多数AM真菌对土壤pH值已经产生了一定的适应性。茶树栽培过程中由于受不合理耕作制度及过量使用氮肥等影响,土壤质量和健康状况持续下降,鲜叶的产量和品质受到影响,尤其不利于名优绿茶的生产。而AM真菌能够促进植物对养分和水分的吸收与利用,改善土壤理化特性,促进植物生长,提高作物产量和品质(刘文科等,2006;Yamatoetal.,2008)。Karthikeyan等(2005)研究了6种土著AM真菌Acaulosporascrobiculata、Glomusaggregatum、G.fasciculatum、G.geosporum、Gintraradices和Scutellosporacalospora对苗圃茶树实生苗生长的影响,认为AM真菌对茶树生长的促进程度和茶树对菌根的依赖程度因菌种不同而异以S.calospora的接种效果最好。本调查发现Alaevis、A.undulata与G.occultum与茶树的亲和力最强,可能与茶树的生长发育密切相关，会进一步影响到茶树生长发育和茶叶质量。通过进一步的实验可以筛选到促进