长期施肥对丛枝菌根真菌群落结构及其多样性的影响
摘要：丛枝菌根真菌（AMF）是自然界广泛存在的一种植物根系与菌根真菌的共生体。而不同施肥处理可能会对AMF产生影响。本文以内蒙古锡林格勒草原为试验地，探究长期施肥对AMF结构及其多样性的影响。试验设置不同梯度的施氮和施磷处理，于2014年8月对两种草原优势植物—羊草和蒿草—进行采样，并测定AMF相关指标。结果表明，长期施肥会降低植物特别是蒿草的AMF侵染率。施氮肥对两种植物AMF群落的结构及多样性影响均较大。其中，羊草AMF多样性随氮肥施用梯度增大而显著降低，而较高浓度的磷肥添加会显著提高蒿草的AMF多样性。因此，通过探究长期施肥对AMF结构和多样性的影响，进而预测对整个内蒙古草原植物群落以及生态系统结构和功能的影响，具有更加深远的生态意义。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法3
1.1 试验材料3
1.1.1 采样地点及采样时间3
1.1.2 供试植物3
1.1.3 施肥处理及设计3
1.1.4 样品采集及保存3
1.2 试验方法3
1.2.1 AMF侵染率测定3
1.2.2 根样DNA的提取3
1.2.3 NestedPCR和DGGE4
1.3 数据处理与统计分析4
2 结果与分析4
2.1 长期施肥对AMF侵染率的影响4
2.1.1 施用N肥对AMF侵染率的影响5
2.1.2 施用P肥对AMF侵染率的影响5
2.2 长期施肥对AMF群落多样性结构的影响6
2.2.1 施用N肥对羊草根内AMF多样性的影响6
2.2.2 施用N肥对蒿草根内AMF多样性的影响7
2.2.3 施用P肥对羊草根内AMF多样性的影响8
2.2.4 施用P肥对蒿草根内AMF多样性的影响9
3 讨论10
3.1 长期施肥对AMF侵染率的影响10
3.2 长期施肥对AMF群落多样性及结构的影响11
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> 3.2.1 长期施N肥对羊草和蒿草根内AMF多样性及结构的影响11
3.2.2 长期施P肥对羊草和蒿草根内AMF多样性及结构的影响11
4 小结与展望12
致谢12
参考文献13
长期施肥对丛枝菌根真菌结构及其多样性的影响
引言
引言
菌根（mycorrhiza）是植物根系与土壤中某些特定真菌形成的共生体，能够形成菌根的这些特定菌被称为菌根真菌[1]。目前自然界中被发现的菌根主要分成七类：丛枝菌根，外生菌根，内外生菌根，水晶兰类菌根，兰科菌根，浆果鹃类菌根和欧石楠类菌根[2]。由于丛枝菌根在自然界分布非常广泛，并且功能最重要，所以关于它的研究一直是热点。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)在自然生态系统与农田生态系统中均普遍存在。据估计，AM真菌能够与约90 %的陆生植物形成共生体[3]。由于AMF菌丝体侵入植物根的皮层细胞间或细胞内可以形成泡囊和丛枝两种特征性的结构，所以AM最早被命名为泡囊丛枝菌根（VesicularArbuscular Mycorrhiza;VAM），但由于并未形成根内泡囊结构的AMF的发现，这种共生体被重新命名为AM[4]。大量研究表明AMF对植物最主要的贡献就是促进其吸收营养[2]。Smith等的研究说明了AMF在促进宿主对磷的吸收方面起着非常重要的作用[5]，还有研究表明了在植物对氮素及铜、锌等元素的吸收过程中AMF也具有积极的促进作用[68]。其次，AMF还可以加强植物的生理作用如抗病抗逆性等。Declerck等发现接种AMF菌种能够显著减轻绿巨人褐腐病菌对香蕉根系的损害作用[9]。由一些研究结果可以推测宿主植物根系抗病菌性的增强得益于AMF本身及其分泌物对宿主防御系统的激活[10,11]，但也有研究表明植物对干旱、高温、重金属的抗性会随着与AMF的共生关系而提高[2]。除此之外，AMF在促进土壤物质循环，改善土壤理化性质，稳定土壤结构，调节植物土壤水分三者关系等方面均具有积极的作用[12,13]。在生态功能方面，有研究表明菌根共生体能够影响植物的多样性[1416],从而改变植物的群落组成，这将会导致许多生态系统水平上的影响效应，Rillig就曾对AMF如何通过植物群落、土壤微生物群落、宿主水平效应和菌丝效应来影响整个生态系统过程做了详细的综述[17]。所以由不同种类的AMF组成的丛枝菌根真菌群落所发挥的作用和功能是有差异的，最终对植物群落以及整个生态系统的影响也是不同的。
近年来随着人类的许多活动导致了大气氮（N）沉降的急剧增加，如农业化肥的大量使用、化石燃料的燃烧、土地利用方式的改变等[18]。据有关研究结果预测，全球N沉降已由1950年的41TgNa1上升到2000年的103TgNa1[19]，预计到2030年将会增加50%100%，而未来N沉降上升现象将主要集中在东亚地区[20]。据研究表明我国面对的N沉降问题十分严峻，已成为全球三大N沉降集中区之一[21]。而且由统计结果显示，2010年我国N沉降以平均每年0.41kgNhm2的速度增加，尤以东南地区较为严重[22]。N沉降引起了一系列的生态环境问题，如生物多样性降低、土壤N饱和、土壤酸化以及大气温室气体浓度变化等，都越来越受到人们的关注[19]。本试验立足在氮沉降和磷素流转的背景下，探究了长期施肥对内蒙古典型性草原的优势植物和AMF之间共生关系的影响。
根据前人的大量工作，可以得到AMF可以提高植物群落的多样性的结论，Vander Heijden等指出菌根间的反馈作用是影响植物群落结构的重要因素[14]，Roesti等也认同AMF对提高植物多样性方面的作用，认为对衰退生态系统的恢复在考虑植物多样性的同时更应该考虑土壤微生物多样性,充分发挥AMF等的生态功能[23]。同时，植物种群及其群落组成多样性与AMF种群也会互相影响，从而可增加AMF的多样性[24]，Read等就认为AMF的丰富度和植物多样性之间存在着功能互补关系[25]。还有人提出，现在通常被接受的决定植物群落物种组成和多样性的重要因素是宿主植物由单一菌根菌物种的侵染引起的变化[14]，但他们持有的观点是两者之间呈负相关关系。接着Urcelay等提出了群落水平上植物多样性和AMF侵染的负相关关系模型，并认为其适用于群落内的物种，即在群落内的优势种完全依赖与AMF的条件下植物的多样性将会减少[26]。当然，这样的研究结果是建立在非常理想的条件下，在实际操作中不可能出现那种绝对的情况，但至少我们知道菌根植物与AMF之间的共生关系很重要，能够相互调节达到某种状态。所以通过长期施肥地的样品采集，并进行AMF对植物侵染率的测定和AMF多样性测定，能从理论上推断出对植物群落与AMF之间互相影响的趋势，结合具体的测序和各种AMF的功能分析，这将有助于探究长期施肥对自然草原造成的具体影响，辅助人类采取适当的行动来开展必要的活动。
目前关于利用单一的AMF接种效应研究较多，对AMF群体的研究也主要集中在长期施肥对AMF生长发育及其群落结构和生态分布的影响[2729]，但是专门针对在典型草原区域进行长期施肥来探究AMF对优势种植物的侵染及AMF群落影响的却不多。本试验选择的是内蒙古天然的锡林格勒草原，内蒙古草原的地理位置很重要，是欧亚草原带东部地区以及国际地圈生物圈计划陆地样带中国东北陆地生态系统样带的不可缺少的组成部分，因此对AMF如何影响内蒙古草原植物群落的探究有很重大的意义。通过采集其优势种蒿草和羊草的根样，测定AMF的侵染率以及丛枝菌根真菌群落组成的多样性分析，将会比较系统地探索出长期施肥对典型性草原地区AMF和植物共生关系的影响。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法3
1.1 试验材料3
1.1.1 采样地点及采样时间3
1.1.2 供试植物3
1.1.3 施肥处理及设计3
1.1.4 样品采集及保存3
1.2 试验方法3
1.2.1 AMF侵染率测定3
1.2.2 根样DNA的提取3
1.2.3 NestedPCR和DGGE4
1.3 数据处理与统计分析4
2 结果与分析4
2.1 长期施肥对AMF侵染率的影响4
2.1.1 施用N肥对AMF侵染率的影响5
2.1.2 施用P肥对AMF侵染率的影响5
2.2 长期施肥对AMF群落多样性结构的影响6
2.2.1 施用N肥对羊草根内AMF多样性的影响6
2.2.2 施用N肥对蒿草根内AMF多样性的影响7
2.2.3 施用P肥对羊草根内AMF多样性的影响8
2.2.4 施用P肥对蒿草根内AMF多样性的影响9
3 讨论10
3.1 长期施肥对AMF侵染率的影响10
3.2 长期施肥对AMF群落多样性及结构的影响11
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> 3.2.1 长期施N肥对羊草和蒿草根内AMF多样性及结构的影响11
3.2.2 长期施P肥对羊草和蒿草根内AMF多样性及结构的影响11
4 小结与展望12
致谢12
参考文献13
长期施肥对丛枝菌根真菌结构及其多样性的影响
引言
引言
菌根（mycorrhiza）是植物根系与土壤中某些特定真菌形成的共生体，能够形成菌根的这些特定菌被称为菌根真菌[1]。目前自然界中被发现的菌根主要分成七类：丛枝菌根，外生菌根，内外生菌根，水晶兰类菌根，兰科菌根，浆果鹃类菌根和欧石楠类菌根[2]。由于丛枝菌根在自然界分布非常广泛，并且功能最重要，所以关于它的研究一直是热点。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)在自然生态系统与农田生态系统中均普遍存在。据估计，AM真菌能够与约90 %的陆生植物形成共生体[3]。由于AMF菌丝体侵入植物根的皮层细胞间或细胞内可以形成泡囊和丛枝两种特征性的结构，所以AM最早被命名为泡囊丛枝菌根（VesicularArbuscular Mycorrhiza;VAM），但由于并未形成根内泡囊结构的AMF的发现，这种共生体被重新命名为AM[4]。大量研究表明AMF对植物最主要的贡献就是促进其吸收营养[2]。Smith等的研究说明了AMF在促进宿主对磷的吸收方面起着非常重要的作用[5]，还有研究表明了在植物对氮素及铜、锌等元素的吸收过程中AMF也具有积极的促进作用[68]。其次，AMF还可以加强植物的生理作用如抗病抗逆性等。Declerck等发现接种AMF菌种能够显著减轻绿巨人褐腐病菌对香蕉根系的损害作用[9]。由一些研究结果可以推测宿主植物根系抗病菌性的增强得益于AMF本身及其分泌物对宿主防御系统的激活[10,11]，但也有研究表明植物对干旱、高温、重金属的抗性会随着与AMF的共生关系而提高[2]。除此之外，AMF在促进土壤物质循环，改善土壤理化性质，稳定土壤结构，调节植物土壤水分三者关系等方面均具有积极的作用[12,13]。在生态功能方面，有研究表明菌根共生体能够影响植物的多样性[1416],从而改变植物的群落组成，这将会导致许多生态系统水平上的影响效应，Rillig就曾对AMF如何通过植物群落、土壤微生物群落、宿主水平效应和菌丝效应来影响整个生态系统过程做了详细的综述[17]。所以由不同种类的AMF组成的丛枝菌根真菌群落所发挥的作用和功能是有差异的，最终对植物群落以及整个生态系统的影响也是不同的。
近年来随着人类的许多活动导致了大气氮（N）沉降的急剧增加，如农业化肥的大量使用、化石燃料的燃烧、土地利用方式的改变等[18]。据有关研究结果预测，全球N沉降已由1950年的41TgNa1上升到2000年的103TgNa1[19]，预计到2030年将会增加50%100%，而未来N沉降上升现象将主要集中在东亚地区[20]。据研究表明我国面对的N沉降问题十分严峻，已成为全球三大N沉降集中区之一[21]。而且由统计结果显示，2010年我国N沉降以平均每年0.41kgNhm2的速度增加，尤以东南地区较为严重[22]。N沉降引起了一系列的生态环境问题，如生物多样性降低、土壤N饱和、土壤酸化以及大气温室气体浓度变化等，都越来越受到人们的关注[19]。本试验立足在氮沉降和磷素流转的背景下，探究了长期施肥对内蒙古典型性草原的优势植物和AMF之间共生关系的影响。
根据前人的大量工作，可以得到AMF可以提高植物群落的多样性的结论，Vander Heijden等指出菌根间的反馈作用是影响植物群落结构的重要因素[14]，Roesti等也认同AMF对提高植物多样性方面的作用，认为对衰退生态系统的恢复在考虑植物多样性的同时更应该考虑土壤微生物多样性,充分发挥AMF等的生态功能[23]。同时，植物种群及其群落组成多样性与AMF种群也会互相影响，从而可增加AMF的多样性[24]，Read等就认为AMF的丰富度和植物多样性之间存在着功能互补关系[25]。还有人提出，现在通常被接受的决定植物群落物种组成和多样性的重要因素是宿主植物由单一菌根菌物种的侵染引起的变化[14]，但他们持有的观点是两者之间呈负相关关系。接着Urcelay等提出了群落水平上植物多样性和AMF侵染的负相关关系模型，并认为其适用于群落内的物种，即在群落内的优势种完全依赖与AMF的条件下植物的多样性将会减少[26]。当然，这样的研究结果是建立在非常理想的条件下，在实际操作中不可能出现那种绝对的情况，但至少我们知道菌根植物与AMF之间的共生关系很重要，能够相互调节达到某种状态。所以通过长期施肥地的样品采集，并进行AMF对植物侵染率的测定和AMF多样性测定，能从理论上推断出对植物群落与AMF之间互相影响的趋势，结合具体的测序和各种AMF的功能分析，这将有助于探究长期施肥对自然草原造成的具体影响，辅助人类采取适当的行动来开展必要的活动。
目前关于利用单一的AMF接种效应研究较多，对AMF群体的研究也主要集中在长期施肥对AMF生长发育及其群落结构和生态分布的影响[2729]，但是专门针对在典型草原区域进行长期施肥来探究AMF对优势种植物的侵染及AMF群落影响的却不多。本试验选择的是内蒙古天然的锡林格勒草原，内蒙古草原的地理位置很重要，是欧亚草原带东部地区以及国际地圈生物圈计划陆地样带中国东北陆地生态系统样带的不可缺少的组成部分，因此对AMF如何影响内蒙古草原植物群落的探究有很重大的意义。通过采集其优势种蒿草和羊草的根样，测定AMF的侵染率以及丛枝菌根真菌群落组成的多样性分析，将会比较系统地探索出长期施肥对典型性草原地区AMF和植物共生关系的影响。
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