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醉马草内生真菌共生体对土壤微生物和养分的影响



全 文 :352-356
03/2013
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
30卷03期
Vol.30,No.03
醉马草内生真菌共生体对土壤
微生物和养分的影响
黄 玺,李秀璋,柴 青,李春杰
(草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州730020)
摘要:本研究以我国西北部天然草原广泛分布的烈性毒草醉马草(Achnatherum inebrians)为对象,分析内生真菌
共生体对根系土壤中微生物区系和养分的影响。结果表明,采自桑科、甘加和榆中3个地区的醉马草根际土壤中
真菌数量为其伴生种根际土壤中对应菌的1.31~1.56倍、细菌数量为1.56~2.65倍。土壤营养成分测定结果
表明,醉马草根际土壤中有机质、全氮、速效磷和速效钾的含量均显著高于其伴生种,而全磷和全钾含量差异不显
著。
关键词:共生真菌;根际土壤;土壤真菌;土壤细菌;营养成分
中图分类号:S154.3;S452   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2013)03-0352-05

  禾本科芨芨草属多年生植物醉马草(Ach-
natherum inebrians)是我国华北、西北天然草原上一
种主要的烈性毒草。它耐干旱、抗高寒,在退化草地
群落的种间竞争中常具有较大的优势,分布面积不断
扩大,特别是在干旱、退化草地上的蔓延日益严重,某
些省(区)醉马草已成为退化草地的优势种群[1-2]。
自然界中绝大多数植物都可与微生物形成共生
关系。禾草内生真菌是在禾草体内渡过大部分或全
部生命周期,而宿主植物不显示外部症状的一类真
菌[3]。我国甘肃、青海、新疆等省(区)醉马草的内生
真菌带菌率近乎100%[4]。内生真菌的存在能够提
高带菌(E+)醉马草的抗虫[5]、抗病[5-7]、抗寒[8]、抗
旱[9]、抗盐碱[10]和耐重金属毒害[11-12]等抗逆特性。
土壤微生物是土壤生态系统中非常重要和最为
活跃的生物因子之一,直接参与植物的凋落物分解、
根系养分吸收、土壤养分循环等多种土壤生态系统
过程,对植物的生长发育、竞争及土壤生态系统的功
能和稳定性具有重要作用[13]。内生真菌-禾草共
生体能够使土壤微生物的群落结构以及功能发生改
变[14];携带内生真菌的意大利黑麦草(Lolium mul-
tiflorum)凋落物的分解速度明显慢于不带菌者和
其伴生植物雀麦(Bromus unioloides)凋落物的分解
速度[15]。
土壤养分是陆地生态系统中限制植物生长的重
要因素之一,菌根真菌的存在可以扩大植物根系对
矿质营养物质的吸收范围,同时,菌根真菌通过分泌
碱性磷酸酶和酸性磷酸酶等活化土壤中的氮、磷等
元素,提高土壤中营养物质的可利用性,促进植物对
矿质营养物质的吸收利用[16]。目前,关于内生真菌
对土壤养分影响的研究鲜见于报道。本研究通过分
析E+醉马草对土壤微生物和养分的影响,进一步
证实植物与内生真菌的互作是否是影响群落内物种
多样性的重要因素之一,以期为内生真菌与共生体
的进一步研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1土壤 2008年9月在甘肃夏河县桑科、甘加
草原和榆中县,分别将醉马草、硬质早熟禾(Poa
sphondylodes)和针茅(Stipa bungeana)根部及周
围10~30cm处的土壤挖出,装入信封,带回实验室
在4℃冰箱保存[17]。经检测,醉马草内生真菌的带
菌率为100%。将以上3种禾草根部多余的土壤先轻
轻抖去,然后将附着于根部的土壤收集[18]。以醉马
草的根际土壤为处理,硬质早熟禾和针茅的根际土壤
为对照,进行真菌、细菌数量以及土壤养分测定。
① 收稿日期:2011-09-16  接受日期:2012-11-13
基金项目:国家“973”项目(2007CB108902);国家自然科学基金项目(30771531);教育部新世纪优秀人才项目(NCET-08-0256);兰州市科
技攻关计划项目(2008-SY-12);兰州大学中央高校基本科研业务费项目(lzujbky-2012-K01)
作者简介:黄玺(1986-),男,甘肃兰州人,硕士,研究方向为禾草内生真菌共生体。E-mail:huangxi@tjciq.gov.cn
通信作者:李春杰(1968-),男,甘肃镇原人,教授,博士,研究方向为禾草内生真菌共生体。E-mail:chunjie@lzu.edu.cn
03/2013 草 业 科 学 (第30卷03期)
表1 采样地点、海拔、降水量、年均温及土壤类型
Table 1 Sampling location,elevation,rainfal,annual mean temperature and soil type
地点
Site
海拔
Altitude/

位置
Latitude and
Longitude
降水量
Rainfal/
mm
年均温
Annual mean
temperature/℃
土壤类型
Soil type
桑科Sangke  2 989  35°08′N,102°27′E  444  2.6 亚高山草甸土Subalpine meadow soil
甘加 Ganjia  2 950  36°24′N,101°00′E  384  4.0 亚高山草甸土Subalpine meadow soil
榆中 Yuzhong  1 720  35°95′N,104°37′E  352  9.0 黄绵土Loess soil
1.2方法
1.2.1真菌和细菌数量测定 真菌培养采用 ABP-
DA培养基,细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,以平
板表面涂抹法计数[18-20]。称取10g土样,装入盛有
100mL无菌水的三角瓶中,在回旋式振荡器上振荡
15min,摇匀后取出1mL转入另一个盛有9mL无
菌水的玻璃灭菌试管中,按照10倍稀释法分别稀释
成10-1、10-2和10-3浓度梯度的土壤悬浮液。分别
取10-3浓度的各个土样的悬浮液各50μL,接种于
已灭菌的ABPDA和牛肉膏蛋白胨琼脂培养基中,
用无菌刮刀涂抹均匀。每个处理3次重复,真菌在
恒温(25℃)、黑暗条件下培养7d;细菌在恒温(28
℃)培养3d后统计菌落数。按下列公式计算每克
土壤中的真菌和细菌数量:
菌落数=(菌落平均数×稀释倍数×10)/干土
质量。
1.2.2真菌的鉴定 对已分离得到的根际土壤中的
真菌进行纯培养,观察其菌落形态和正、反面菌落颜
色。待其产孢后,分别在光学显微镜(OLYMPUS
BX41)下,对每个菌系随机测定20个菌丝、分生孢
子梗及分生孢子的直径和大小。结合测定数据对分
离到的真菌进行分类学鉴定[21-23]。
1.2.3 土壤营养成分测定 根据鲍士旦等的方
法[24],采用重铬酸钾硫酸氧化滴定法测定土壤有机
质含量,凯氏定氮法测定土壤全氮含量,NaOH 熔
融-钼锑抗比色法测定全磷含量,NaHCO3 浸提-
钼锑抗比色法测定速效磷含量,NaOH溶碱-火焰
光度法测定全钾含量,乙酸铵浸提-火焰光度法测
定速效钾含量。以上测定均在兰州大学草地农业科
技学院土壤检测实验室分析完成。
2 结果与分析
2.1不同地区根际土壤微生物区系 在桑科、
甘加和榆中3个地方采集的醉马草根际土壤的细菌
数量和真菌数量均显著高于其伴生种针茅和硬质早
熟禾的根际土壤中的微生物数量(P<0.05)(表2)。
  3个地点的醉马草根际土壤中的真菌数量为其
伴生种根际土壤中对应菌数量的1.31~1.56倍,细
菌数量为1.56~2.65倍。分离到的真菌主要为以
下7属真菌:青霉属(Penicillium)、曲霉属(Asper-
gillus)、镰刀菌属(Fusarium)、根霉属(Rhizopus)、
尾孢属(Cercospora)、交链孢属(Alternaria)和粘帚
霉属(Gliocladium)。
表2 不同地区醉马草和其伴生种根系土壤微生物区系
Table 2 The rhizosphere soil microflora of Achnatherum inebrians and accompanying species in different region
植物Plant
桑科Sangke
细菌数量
Bacterial number/
×108 cfu·g-1
真菌数量
Fungal number/
×103 No.·g-1
甘加Ganjia
细菌数量
Bacterial number/
×108 cfu·g-1
真菌数量
Fungal number/
×103 No.·g-1
榆中Yuzhong
细菌数量
Bacterial number/
×108 cfu·g-1
真菌数量
Fungal number/
×103 No.·g-1
醉马草(E+)
Achnatherum
inebrians
15.23±1.02a 16.13±1.12a 10.56±0.79a 5.40±0.35a 8.17±0.56a 7.90±0.60a
硬质早熟禾
Poa sphondylodes
9.54±0.76b 12.14±0.96b 5.31±0.34b 3.47±0.21b 3.08±0.19b 5.13±0.41b
针茅Stipa bungeana  9.78±0.63b 12.35±0.85b 6.03±0.41b 3.62±0.22b 3.89±0.27b 5.24±0.43b
注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。
Note:Different letters within the same column mean significant difference at 0.05level.The same below.
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2.2不同地区根际土壤营养成分 在桑科、甘
加和榆中3个地方采集的醉马草根际土壤中的有机
质、全氮、速效磷和速效钾的含量(除甘加速效钾外)
均显著高于针茅、硬质早熟禾的根际土壤中的相应
营养成分(P<0.05),而全磷和全钾的含量三者之
间差异不显著(P>0.05)(表3)。
表3 桑科、甘加和榆中地区醉马草及其伴生种根系土壤营养成分比较
Table 3 The nutrient components of rhizosphere soil comparison on Achnatherum inebrians and
accompanying species in different region
植物Plant
桑科Sangke
有机质
Organic
matter/
g·kg-1
全氮
Total
nitrogen/
g·kg-1
全磷
Total
phosphorus/
g·kg-1
速效磷
Available
phosphorus/
mg·kg-1
全钾
Total
potassium/
g·kg-1
速效钾
Available
potassium/
mg·kg-1
醉马草(E+)A.inebrians  6.21±0.41a 1.20±0.09a 0.59±0.01a 4.84±0.39a 12.15±1.01a 457.89±18.50a
硬质早熟禾P.sphondylodes  4.53±0.38b 0.51±0.01b 0.61±0.01a 3.65±0.26b 12.97±0.99a 403.58±16.70b
针茅S.bungeana  4.88±0.43b 0.59±0.01b 0.57±0.01a 3.16±0.20b 13.07±1.14a 409.75±16.30b
植物Plant
甘加Ganjia
有机质
Organic
matter/
g·kg-1
全氮
Total
nitrogen/
g·kg-1
全磷
Total
phosphorus/
g·kg-1
速效磷
Available
phosphorus/
mg·kg-1
全钾
Total
potassium/
g·kg-1
速效钾
Available
potassium/
mg·kg-1
醉马草(E+)A.inebrians  10.85±1.10a1.50±0.04a 0.53±0.01a 5.41±0.36a 14.37±1.28a 512.45±20.30a
硬质早熟禾P.sphondylodes  6.31±0.53b0.90±0.02b 0.59±0.01a 3.35±0.20b 13.93±1.19a 478.36±19.20a
针茅S.bungeana  5.98±0.48b1.00±0.02b 0.50±0.01a 3.47±0.22b 14.86±1.30a 469.47±18.70a
植物Plant
榆中Yuzhong
有机质
Organic
matter/
g·kg-1
全氮
Total
nitrogen/
g·kg-1
全磷
Total
phosphorus/
g·kg-1
速效磷
Available
phosphorus/
mg·kg-1
全钾
Total
potassium/
g·kg-1
速效钾
Available
potassium/
mg·kg-1
醉马草(E+)A.inebrians  13.21±1.31a1.80±0.03a 0.70±0.02a 6.53±0.39a 16.59±1.52a 425.34±16.08a
硬质早熟禾P.sphondylodes  10.20±1.17b0.90±0.02b 0.64±0.01a 4.24±0.47b 15.88±1.46a 363.57±15.09b
针茅S.bungeana  9.97±1.00b0.80±0.02b 0.66±0.01a 4.39±0.48b 15.73±1.45a 368.65±16.00b
3 讨论
土壤微生物是组成土壤肥力的重要因素之一,
参与土壤的形成、发育等多个过程,在生态系统中形
成了一个强大的动力资源库,在腐殖质形成、植物残
体的降解以及养分循环中都扮演着非常重要的角
色。另外,土壤微生物群落可以通过多种途径影响
植物的生长和竞争,例如促进植物对营养物质的吸
收利用、加速土壤营养元素的转化、提高植物抗逆性
和减少病原菌侵染等[25-26]。植物通过多种途径向土
壤中排入大量光合产物以及化感物质,对土壤微生
物群落进行调控、诱导,并在长期的进化过程中形成
了植物与土壤微生物群落较为稳定的动态系统。由
于土壤微生物群落和植物之间的关系能够决定植物
群落的演替方向,尤其是土壤中特定的微生物类群
的改变可能影响植物之间的竞争关系与生态位,对
生态系统的稳定性及对抗生态环境恶化的缓冲能力
具有重要的作用[13,27-28]。本研究表明,醉马草根际
土壤微生物中真菌多样性与其伴生种并无显著差
异,但对微生物的数量影响较为明显,很可能是因为
醉马草内生真菌通过某种特定方式对土壤微生物群
落产生影响。其他禾草内生真菌共生体根际土壤微
生物的研究也得到了类似的结果,如内生真菌的存
在能显著增加高羊茅(Festuca arundinacea)根际沉
淀,进而影响根际微生物的活动,增加微生物群落,
但对微生物种群结构并无影响[29]。除桑科土样醉
马草根际土壤真菌数量高于细菌外,甘加和榆中土
样中醉马草根际真菌数量均低于细菌数量,这可能
与采样地土壤物理状况及相关因素有关,有待于更
深入的研究。
土壤养分是陆地生态系统中限制植物生长与竞
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争的重要因素之一,因此,土壤肥沃或贫瘠对植物的
生长和群落的物种构成具有重要的影响。本研究发
现,醉马草根际土壤中的有机质、全氮、速效磷和速
效钾的含量均高于其伴生种根际土壤中的相应营养
成分,或许是因为内生真菌的存在或多或少可以起
到促进营养吸收的功能。前人研究发现,丛生菌根
真菌可以提高植物对土壤中营养元素的吸收和利
用,同时从宿主植物上获取其生长必需的光合产
物[30]。在美国南部山麓和其它地方,带菌率较高的
高羊茅能有效提高土壤对有机碳、全氮的固定能
力[31],这可能是因为内生真菌的存在改变了土壤表
面微生物群落结构而造成的间接影响[32-33]。内生真
菌可以促进植物对营养元素的吸收利用,从而促进
其生长,带菌(E+)高羊茅比不带菌植株在磷缺乏
的条件下更能表现出对磷的有效利用性以及耐
性[33-34]。较不带菌高羊茅而言,高羊茅内生真菌共
生体不仅能显著增强其生长基质的矿物质转化能
力,而且能促进其对K+的摄取能力[35]。除此之外,
内生真菌能明显增强其寄主紫羊茅(Festuca rubra)
在高浓度铝[36]和锌[37]条件下的耐受性。
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Effects of Achnatherum inebrians/Neotyphodium
endophyte symbiont on microflora and nutrient of soil
HUANG Xi,LI Xiu-zhang,CHAI Qing,LI Chun-jie
(State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems;Colege of Pastoral Agriculture Science and
Technology,Lanzhou University,Lanzhou 730020,China)
Abstract:Drunken horse grass(Achnatherum inebrians),is a kind of intoxicating grass growing on native
grassland in Northwestern China.The aim of this research is to determine the effects of endophyte infected
(E+)A.inebrians on the quantity of soil microbes and nutrient components of rhizosphere soil of accom-
panying species.The results indicated that the quantity of soil fungi was 1.33-1.55times than accompan-
ying species in Sangke,Ganjia and Yuzhong,where soil bacteria was 1.60-2.65times.The measurement
results of soil nutrients showed that organic matter,total nitrogen,available phosphorus and available
potassium of rhizosphere soil of A.inebrians were higher than those of accompanying species.However,
the content of total phosphorus and total potassium had no significant effects on the rhizosphere soil of
A.inebrians and accompanying species.
Key words:symbiotic fungi;rhizosphere soil;soil fungi;soil bacteria;nutritive component
Corresponding author:LI Chun-jie E-mail:chunjie@lzu.edu.cn
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