全 文 :书 [收稿日期] 2014-04-16;2014-10-22修回
[基金项目] 贵阳市科技计划项目“贵阳乌当万亩杜鹃林的资源保护与利用技术研究”[筑科合同(2012102)3-8];贵州省科技计划项目“杜
鹃科特派万元田科技示范工程”[黔科合重大专项字(2011)6001]
[作者简介] 罗开源(1987-),男,在读硕士,研究方向:植物生理生态学。E-mail:272651240@qq.com
*通讯作者:罗 充(1970-),男,教授,从事植物生理学研究。E-mail:gzluochong@sina.com
[文章编号]1001-3601(2014)11-0698-0176-04
锈叶杜鹃菌根的侵染特性及其与土壤养分的相关性
罗开源1,龙秀琴2,赵 敏1,罗 充1*,董万鹏1,吴 涛1
(1.贵州师范大学 生命科学学院,贵州 贵阳550001;2.贵州省山地资源研究所,贵州 贵阳550001)
[摘 要]为探明锈叶杜鹃菌根侵染特征,采用碱解离酸性品红染色法对贵阳市乌当万亩杜鹃林景区的
锈叶杜鹃进行了菌根侵染情况及菌丝体形态观察,并分析了其土壤的养分含量。结果表明:锈叶杜鹃菌根菌
丝体形态可分为粗菌丝体(直径2~6μm)和细菌丝体(直径1~2μm)两类,粗菌丝体有5种类型,细菌丝体
有6种类型;锈叶杜鹃的菌根侵染率上坡显著高于中坡和下坡,中坡显著高于下坡;侵染率的高低与根际土
壤总氮、水解性氮、SOC、腐殖土层厚度等呈显著正相关,与土壤pH、全钾呈显著负相关。
[关键词]锈叶杜鹃;侵染率;菌丝体
[中图分类号]S685.21 [文献标识码]A
Correlation of Infection Characteristics of Rhododendron
siderophylum Mycorrhiza with Soil Nutrients
LUO Kaiyuan1,LONG Xiuqin2,ZHAO Min1,LUO Chong1*,DONG Wanpeng1,WU Tao1
(1.School of Life Science,Guizhou Normal University,Guiyang,Guizhou 550001;2.Research Center of Karst
Resource Environment and Development,Guiyang,Guizhou550001,China)
Abstract:In order to ascertain characteristics of R.siderophyllum mycorrhiza infection,the alkali
dissociate from the acid fuchsin staining method was adopted in observing R.siderophyllum mycorrhiza
infection situation and the mycelium morphology which were colected from Wudang(located in Guiyang)
Ten Thousand Acres of rhododendron forest scenic region and the soil condition and other environmental
factors were analyzed.The results showed that R.siderophyllum mycelium form should be divided into
two classifications,the thick mycelium(2~6μm)and the fine mycelium(1~2μm).There were five
types of thick mycelia and six types of thin mycelia.The mycorrhizal infection rate of R.siderophyllum
growing on the top of the mountain was significantly higher than those growing on the mountainside and
the bottom,the mycorrhizal infection rate of the mountainside was significantly higher than that at the
bottom.The mycorrhizal infection rate had a significant positive correlation with rhizosphere soil total
nitrogen,hydrolyze nitrogen,SOC,humus soil layer thickness,yet significant negative correlation with
total potassium and pH.
Key words:Rhododendron siderophyllum;infection rate;mycelium
杜鹃花是中国十大传统名花之一,具有极高的
观赏及园林应用价值。我国杜鹃花主要分布在西南
山区,特别是云贵川的高原山地较多[1]。锈叶杜鹃
(Rhododendron siderophyllum Franch)因叶背有
锈斑而得名,为杜鹃花科杜鹃花属植物,花期3-6
月,花白色、淡红色和淡紫色。多数野生杜鹃花生长
于土壤贫瘠之地,主要是杜鹃花类菌根的克服恶劣
环境、促进养分吸收作用所致[2-4]。杜鹃花类菌根也
称欧石楠类菌根,除了浆果鹃属和熊果属外,杜鹃花
科植物都能形成杜鹃花类菌根,是植物根系与某些
真菌形成的共生体,能促进杜鹃花的营养吸收,提高
杜鹃花科植物的耐土壤污染、耐盐、抗病和抗旱性
等[5-10]。菌根侵染率可度量真菌是否与寄主植物形
成共生关系,菌根侵染情况及菌丝形态观察是菌根
研究的一项重要工作。贵州省贵阳市乌当区新场乡
可龙村分布着以锈叶杜鹃为主的森林植被类型,其
野生杜鹃因面积较大而被称为乌当万亩杜鹃林,已
开发为旅游景点。目前,对乌当区野生杜鹃相关研
究未见报道。因此,笔者采用碱解离酸性品红染色
法对乌当万亩杜鹃林锈叶杜鹃的菌根侵染情况进行
观察测定,并与土壤等环境因子进行相关分析,掌握
锈叶杜鹃菌根侵染的相关因素,以期为锈叶杜鹃的
引种栽培和乌当万亩杜鹃林的保护及开发利用提供
技术和理论支撑。
1 材料与方法
1.1 样地概况
乌当万亩杜鹃林位于东经106°51′04″,北纬
26°52′05″,海拔1 380~1 435m,属亚热带季风性湿
润气候,冬无严寒,夏无酷暑。土壤pH 在4.2左
右,土壤上层为腐殖土,下层黄壤土,腐殖土层厚度
2~20cm。林区建群种和优势种植物为锈叶杜鹃,
贵州农业科学 2014,42(11):176~179
Guizhou Agricultural Sciences
伴生种主要有白栎、麻栎等。乌当万亩杜鹃林为自
然条件下形成的野生林,锈叶杜鹃植株分布特点为
上、中坡多、下坡少。
1.2 样品采集
2013年12月从乌当万亩杜鹃林采集根样及根
际土壤样品。采样时选择锈叶杜鹃生长的中心地
带,按锈叶杜鹃的分布特点以海拔为梯度设上坡、中
坡和下坡3个样地,样地面积10m×10m。各个样
地以对角线取样法选取5株锈叶杜鹃[11],取样时去
除其根际3cm表层土,将锈叶杜鹃细根连同根际土
壤一起放入自封袋并标注标签,贮存于自制的冰桶
带回实验室,置于4℃冰箱中存放备用[12-13]。同一
样地的土壤混合阴干后过60目筛保存待测。
1.3 样品测定
将样品从冰箱里取出,置于纱网中用自来水冲
洗几分钟,清洗干净后用 FAA 溶液(38%甲醛
5mL+乙酸5mL+50%酒精90mL+5mL甘油)
固定24h以上[5],用镊子取出根样,将其剪成1cm
长的小段。采用碱解离酸性品红染色法观测菌根侵
染情况,采用 Komanik P P[14]的方法进行净化、清
洗、酸化、染色、脱色、制片和镜检。用浓度为
0.005%的酸性品红乳酸甘油溶液(乳酸875mL、甘
油63mL、蒸馏水63mL、酸性品红0.05g)作为染
色液[15]。土壤pH 值用国际标准规定的仪器法进
行测定[16],土壤营养成分按《土壤农化分析与环境
监测》[17]中方法进行测定,每个样品重复测定3次。
1.4 侵染率计算和分级
锈叶杜鹃根段染色后,用镊子取100根约1cm
长的根段,每10根为1组,整齐地排列于干净的载
玻片上,加盖清洁的盖玻片,用玻璃棒轻轻滚压,排
去气泡并使根段舒展开,在显微镜下观察每条根段
的侵染情况和菌丝体形态,根据每条根段有菌根细
胞占根段总细胞数量的百分比,计算菌根侵染率,根
据菌根侵染率的高低进行分级。用spss17.0进行
数据分析,photoshop CS4进行图片整合。
菌根侵染率=[∑(0×根段数+10%×根段
数+20% × 根段 数+30% × 根段数 + …… +
100%×根段数)/观察总根段数]×100%[18-19]。
分级:1级(0≤侵染率<l%),2级(1%<侵染
率<20%),3 级 (20% < 侵染率 <40%),4 级
(40%<侵染率<60%),5级(侵染率>60%)[15]。
2 结果与分析
2.1 根系及菌丝体形态结构
2.1.1 根系特点 锈叶杜鹃生长繁茂的地方根系
数量多,根际土壤结构疏松。锈叶杜鹃的幼嫩细根可
以分为生长根和毛根2种,生长根颜色为白色,直径
为500~800μm(图1-A),由几层表皮细胞和较细的
维管柱构成(图1-C),具有根毛结构,待根系变老后颜
色变成褐色,幼嫩生长根的菌根侵染较高;毛根颜色
白色,直径为50~120μm(图1-B),由一层表皮细胞
和维管柱构成,有的表皮细胞已经脱落(图1-D)。
A B C D
注:A为幼嫩生长根,B为毛根,C为幼嫩生长根根毛显微结构,D为毛根根毛显微结构
Note:A,young growing root;B,hair root;C,microstructure of root hair;D,microstructure of hair root.
图1 锈叶杜鹃根系及根毛显微结构
Fig.1 The root structure and microstructure of root hair of R.siderophyllum
2.1.2 菌丝体形态结构 从图2看出,锈叶杜鹃
菌根菌丝体结构非常复杂。根据菌丝体直径大小将
其分为粗菌丝体(直径3~7μm)和细菌丝体(直径
1~2μm)。根据菌丝体形态的差异,粗菌丝体可分
为5种类型,细菌丝体可分为6种类型。粗菌丝体
的5种类型:a1菌丝无隔或少隔,无分叉直立穿插于
各细胞(图2-A);a2菌丝无隔或少隔,少有分叉,穿
插于各细胞(图2-B);a3菌丝无隔或少隔,进入细胞
后沿细胞壁生长成菌丝结(图2-C);a4菌丝线型,在
细胞中形成菌丝结后向细胞外生长,再进入另外一
个细胞形成菌丝结,使菌丝结连为一体(图2-D);a5
菌丝隔较多,把菌丝体分成很多小节,节中间部位膨
大,盘旋于细胞之中,形成菌团(图2-E、2-F)。细菌
丝体的6种类型:b1菌丝体线型,以单独细线的形式
穿梭于细胞内外(图2-G);b2菌丝体放射型,此菌丝
体非常复杂,朝着各个方向生长(图2-H);b3菌丝体
束状,这种类型进入细胞后形成一大束,占据了整个
细胞空间(图2-I);b4菌丝体线型,进入细胞之后在
细胞中央位置形成菌丝结,然后向细胞外生长进入
另外一个细胞再形成菌丝结,使多个菌丝结连成一
体(图2-J);b5菌丝体进入细胞后沿着细胞壁向细胞
中央生长,形成菌丝圈(图2-K);b6在一些菌丝末端
长出泡囊(图2-L)。
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罗开源 等 锈叶杜鹃菌根的侵染特性及与土壤养分的相关性
LUO Kaiyuan et al Correlation of Infection Characteristics of Rhododendron siderophyllum Mycorrhiza with Soil Nutrients
图2 锈叶杜鹃菌根菌丝体形态
Fig.2 The morphology of R.siderophyllummycorrhizal mycelium
2.2 锈叶杜鹃菌根侵染率及与根际土壤有效成分
含量的相关性
从表1看出,各样地锈叶杜鹃根系菌根的侵染
率表现为上坡显著大于中坡和下坡,中坡显著大于
下坡(P<0.01)。上坡菌根侵染率为58.5%,分别
比中坡和下坡高28百分点和42.3百分点,中坡锈
叶杜鹃的侵染率为30.5%,比下坡高14.3百分点,
表1 不同坡度锈叶杜鹃的菌根侵染率
Table 1 The mycorrhizal infection rate of R.siderophyllum
样地
Sample
plot
海拔/m
Altitude
侵染率/%
Infection
rate
侵染等级
Infection
levels
生境
Habitat
下坡Bottom 1 405 16.2 2 村寨附近
中坡 Middle 1 418 30.5 3 路边、灌丛
上坡 Top 1 426 58.5 4 路边、灌丛
表2 不同坡度锈叶杜鹃根际土壤的养分
Table 2 Rhizosphere soil nutrients of R.siderophyllumin different sample polts
样地
Sample
plot
pH 总氮/%
Total
nitrogen
水解性氮/
(mg/100g)
Hydrolyzable
nitrogen
有机质/%
SOC
全磷/%
Total
phosphorus
速效磷/
(mg/kg)
Available
phosphorus
全钾/%
Total
potassium
速效钾/
(mg/kg)
Available
potassium
腐殖土厚度/cm
Humus
soil
thickness
下坡Bottom 4.41±0.36 0.07±0.02 1.97±0.24 2.75±0.21 0.17±0.03 5.90±0.89 1.15±0.04 428±26.63 3±0.71
中坡 Middle 4.20±0.79 0.47±0.07 11.01±0.16 9.00±1.31 0.10±0.03 8.30±0.33 1.10±0.09 638±44.03 10±1.58
上坡 Top 3.93±0.18 0.90±0.05 24.00±1.40 16.85±0.98 0.11±0.02 4.60±0.63 0.89±0.14 506±7.55 16±1.22
下坡、中坡、上坡的锈叶杜鹃菌根侵染等级分别为2
级、3级和4级。上、中坡植株密度远大于下坡,约
为3倍以上。除去表层土后,锈叶杜鹃的根际土壤
颜色下坡为黄色,中坡为灰色,而上坡为黑色。从表
2看出,从下坡到上坡,腐殖土厚度、总氮、水解性氮
和有机质含量均增加,pH和全钾降低,其他呈不规
律变化。分析根际土壤成分与侵染率间的相关性,
总氮、水解性氮和有机质的含量与侵染率呈显著正
相关(r>0.97,P<0.01),pH、全钾与侵染率呈负
相关(r<-0.80,P<0.01);全磷、速效磷、速效钾
与侵染率无相关性。
3 结论与讨论
1)乌当万亩杜鹃林锈叶杜鹃细根有两种,一种
是生长根,具有根毛结构,能增大根系的吸收面积。
另一种是毛根,无根毛结构,能穿插或镶嵌在植物凋
落物上,加快凋落物的分解。锈叶杜鹃生长繁茂之
地,根际土壤结构疏松,能增强根系呼吸作用,促进
植株生长。杜鹃花类菌根是一类复杂的菌根[20];欧
静等[11]发现,桃叶杜鹃菌根具有ERM 特有的菌丝
结结构,同时还出现了丛枝菌根及外生菌根;贾锐
等[21]观察兴安杜鹃菌根也发现了复杂的菌根;张春
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贵 州 农 业 科 学
Guizhou Agricultural Sciences
英等[5]观察云锦杜鹃发现其菌丝体较复杂。本研究
结果表明,乌当万亩杜鹃林锈叶杜鹃菌根菌丝体更
复杂(2大类共9种),有杜鹃花类菌根特有的菌丝
结构,也有丛枝菌根的泡囊结构,形态多种多样。菌
根真菌具有丰富的物种多样性,但形成菌根结构的
真菌是哪些物种还需进一步分离鉴定。要实现锈叶
杜鹃的引种栽培,为其提供优质的菌根真菌还需筛
选优势菌种,并对优势菌种的菌根效应进行更为深
入的研究。
2)欧静等[11]观察发现,桃叶杜鹃菌根侵染率
可达100%;张春英等[22]观察云锦杜鹃菌根侵染率
在76%以上。本研究检测到的锈叶杜鹃菌根侵染
率总体偏低,可能是由于采样时间为12月,已进入
冬季,温度低,菌根的侵染率受到影响,但是否因为
季节性影响导致侵染率下降有待研究。
3)ERM 真菌的侵染受到地域环境的综合影
响[23]。杜鹃花科植物生长的土壤共同特征是矿化
率低、营养贫瘠,或矿质营养以复杂的有机态形式存
在。杜鹃花类菌根真菌本身具有腐生能力,因此在
矿质营养低,有机质含量高的土壤中杜鹃花科植物
侵染率较高[24-25]。本研究发现,乌当万亩杜鹃林上
坡锈叶杜鹃菌根侵染率显著大于中坡和下坡,而中
坡的锈叶杜鹃菌根侵染率显著大于下坡,各样地锈
叶杜鹃菌根侵染率存在差异,与根际土壤有关。锈
叶杜鹃根际土壤总氮、水解性氮、SOC、总钾与菌根
侵染率显著相关,在一定范围内能促进菌根真菌侵
染锈叶杜鹃根系,同时也证实了杜鹃花类菌根真菌
具有腐生能力的观点。上坡土壤pH 比中坡下坡
低,可能与菌根真菌代谢产物的分泌有关,而磷含量
与锈叶杜鹃菌根侵染率没有表现出相关趋势,与植
株吸收速率差异有关,此外,野生锈叶杜鹃菌根侵染
率还与锈叶杜鹃植株密度、表层腐殖土厚度、坡度、
光照、人为干扰等环境因子相关。所以在锈叶杜鹃
的引种栽培和乌当万亩杜鹃林的保护和开发利用中
需要注意保护生态系统中各个与侵染率相关的生态
因子,使之处于正常水平,促进菌根真菌的侵染进而
促使菌根真菌充分发挥菌根效益。
[参 考 文 献]
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(责任编辑:聂克艳)
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