长白山苔原带土壤真菌与环境因子的相关性_郝然.pdf

书书书贵州农业科学 ，（）：收稿日期：基金项目：大连民族大学 年研究生创新项目作者简介：郝然（），男，在读硕士，研究方向：土壤真菌多样性研究。：通讯作者：吕国忠（），男，教授，从事真菌分类、真菌生态、植物真菌病害防治、食用菌栽培等研究。：长白山苔原带土壤真菌与环境因子的相关性郝然，杨红，孙晓东，李琳琳，杨丽，吕国忠（大连民族大学 环境与资源学院，辽宁 大连 ）摘要：【目的】探明长白山苔原带土壤真菌群落组成、多样性及其与土壤理化特性的关系，为深入了解长白山北坡苔原带土壤微生物群落特征及长白山苔原带变化规律提供参考。【方法】以长白山北坡苔原带土壤作为研究对象，基于真菌形态学观察鉴别，利用指标检测法分析不同海拔土壤的含水率、有效磷、铵态氮，并深入分析长白山北坡苔原带不同海拔地区土壤真菌的群落变化特征及其与土壤理化特性的关系。【结果】在长白山北坡苔原带土壤中共获得门纲目科 属土壤真菌，在属水平上的优势类群为青霉属（）、木霉属（）、曲霉属（）、镰孢属（）、毛霉属（）。根霉属（）、放射毛霉属（）、弯颈霉属（）及毛壳属（）在不同生境的分布存在显著差异。各海拔区内，土壤含水量、温度、有效磷、硝态氮和铵态氮可能是影响长白山苔原带土壤真菌群落组成成分的关键性土壤环境因子。【结论】长白山苔原带随着海拔上升，土壤真菌多样性总体数量下降，土壤硝态氮、有效磷、铵态氮及含水率对土壤真菌群落特征影响较大。关键词：长白山；苔原带；真菌多样性；土壤环境因子；相关性中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：【】，【】，【】，【】，：；引言【研究意义】土壤真菌是陆地生态系统的重要组成部分，是地上和地下生态系统的通道，在物质循环和能量流动中发挥着重要作用，并响应土壤和其他环境因素的变化。土壤真菌属于土壤微生物的主要组成部分，参与许多土壤生化反应，如参与土壤有机质的分解、合成以及碳氮循环等。相关研究发现，土壤真菌和土壤理化性质存在紧密联系。土壤真菌的数目及结构关系到土壤理化性质的划分和转变，土壤理化性质影响湿地植物的生长以及微生物的活动。真菌群落是整个生态系统健康稳定的主要指标之一，也是保证土壤生态系统稳定发展的关键性因素，其数目以及划分在一定程度上体现土壤肥力差异。因此，深入分析土壤真菌与环境因子间的关系对于保护自然生态系统的平衡具有重要意义。【前人研究进展】有研究表明，真菌生物量和海拔高度存在密切联系；高山以及亚高山土壤真菌生物量伴随海拔的提升而不断减少；高山环境真菌的多样性和海拔梯度之间存在紧密联系。但也有部分研究表明，真菌与海拔高度间并不存在显著相关性，等 研究表明，不同海拔的真菌群落间无显著差异；杨红 系统研究长白山北坡不同森林植被、海拔以及气候对森林土壤真菌群落多样性以及结构的影响表明，不同海拔梯度下森林土壤真菌群落的结构存在明显差异，森林结构越繁琐，土壤养分越多元化，越适合土壤真菌发育，说明土壤真菌群落与海拔、气候环境和土壤性质相关。由于环境条件对土壤真菌群落的影响复杂，其中，真菌海拔梯度多样性模型近年来备受关注，但相关研究结论存在一定差异，等 研究指出，高山土壤真菌的多样性伴随海拔的提升而持续减少；而 等 研究指出，土壤真菌多样性和海拔间的关系属于单峰模型；等 研究表明，在 我 国 庐山，中海拔区域的土壤真菌多样性最高。但也有研究指出，土壤真菌多样性和海拔间并不存在固定模型，其相关性较弱。其原因可能是研究范围和海拔不同，得出的结论不一致，部分研究海拔范围非常广泛，包含许多植被垂直带，物种差异性较显著也可能对土壤真菌群落的多样性造成关键性影响。除海拔以及植被等因素外，土壤真菌对、土壤含水量以及碳氮比等因素更敏感 。有研究表明，不同植被种类下的微生物群落结构和土壤特性存在紧密联系；北极苔原上的土壤细菌和真菌群落与铵浓度、溶解有机氮含量以及碳氮比之间存在紧密联系。土壤性质（如 及有效养分）同样属于植物以及真菌多样性、群落结构以及功能的关键性影响因素，土壤真菌活性也强烈影响土壤养分循环。土壤环境因子与真菌群落的关系研究，目前重心仍在植物菌根或土壤凋落层方面，缺乏对土壤剖面上土壤菌落的研究分析，同时忽略其他因素的影响或不同海拔土壤性质的变化，较难反映土壤真菌群落的真 实 状 况。【研 究 的 切 入 点】长 白 山（）苔原被认为是欧亚大陆东部高山苔原的南缘，也是我国最典型的高山苔原带。长白山海拔 以上，属于我国典型的高山苔原气候，国内对长白山研究主要集中在气候序列、植被类型以及氮沉降个方面，对土壤微生物尤其是苔原带土壤真菌多样性的研究较少。【拟解决的关键问题】按海拔梯度选择不受植被覆盖的区域进行土样收集，以不同海拔苔原带为研究对象，分析苔原带 土层中真菌群落以及土壤理化性质之间的联系，分析苔原带土壤真菌群落组成、多样性、理化性质的分布规律，为深入了解长白山北坡苔原带土壤微生物群落特征以及长白山苔原带变化规律提供参考。研究区与研究方法 研究区概况长白山苔原带位于海拔 以上，属于火山椎体的上部，寒冷而多风，每年至少个月被积雪覆盖。根据植被情况将苔原带分上下个亚带：上部苔原亚带位于海拔 以上，主要特征为寒冷多雾、降水多以及风大，月平均气温低于，月为，无霜期不足，土壤为高山寒漠土；下部苔原亚带位于 ，寒 冷 而 风 大，活 动 积 温 为 ，年降水量为 ，土壤为高山苔原土，以苔藓地衣为主，主要植物贵 州 农 业 科 学有仙 女 木（）、牛 皮 杜 鹃（）、笃斯越桔（）、毛毡杜鹃（）等。样品采集由于位于高寒区域，长白山高原季节只包含冷（月至次年月）、暖（月）季。高海 拔 区 供 试 样 品 采 集 于 年月，采 用“之”字 法 在 长 白 山 北 坡 海 拔 以上进行采样，以 的海拔梯度为条件进行土壤取样，每海拔梯度样本数均等。采样时依照地形、地势以及寄主植物划分等相关情况，明确面积等于的采样点个（间隔 ），除掉表层覆盖物 后获取目标区域土样，将土壤样品组成个混合样品。以 海拔梯度的海拔区带根混合样品份，土样于 年月 日保存在大连民族大学真菌分类实验室。土壤理化性质测定土壤 检测选取电位法，土壤含水量检测选取烘箱法，土壤硝态氮测定采用紫外分光光度法（酚二磺酸比色法），铵态氮测定采用 浸提靛酚蓝比色法，有效磷测定采用分光光度法 。土壤真菌的分离培养与形态学鉴定土壤真菌采用稀释平板法以及土壤平板法 分离。稀释平板法从获取于相同海拔高度的全部样品内分别采集，进行人工混合，确保混合完全。从完全混合的样品内采集，添加 无菌蒸馏水，摇床形成土壤浑浊液，吸取 土壤浑 浊 液 加 入 无菌蒸馏水中，重复该方法分别制作 、和 悬浮液。取 悬浮液滴在表面干燥 的 （马 铃 薯 ，葡 萄 糖 ，琼脂 ，超纯水）与孟加拉红培养基（蛋白胨，葡萄糖，磷酸二氢钾，硫酸镁，琼脂，孟加拉红 ，氯霉素，最终 ）上，用玻璃珠涂布。倒置于 培养箱中培养，将可见菌落纯化转移至 培养基近一步培养。培养后在显微镜下观察。土壤平板法称取 土样放置在培养皿内后，将熔化并冷却即将凝固的孟加拉红培养基添加抗生素后放置于培养皿内，将土粒分散放置在恒温培养箱内 条件下培养。平板上长出菌落后，挑取菌丝进行 培养基菌种转接和纯化培养。观察菌落形态和进行显微形态观察。在正置显微镜下进行形态观察，综合菌落、孢囊梗、囊托、孢子囊等相关的形态特征数据，依照 中国真菌志 等专著开展初步的形态学分类鉴别。分子鉴定法采集菌丝选取 法获取基因组 ，条件下进行存储备用。扩增 区，以及 引物各、模 板、，总反应体系。反应条件：预变性 ；变性 ，退火 ，延伸 ，个循环；在 条件下延伸 。选取 琼脂糖凝胶对 产物进行电泳检测。产物由上海生工生物工程股份有限公司测序，在 上 对 所 获 取 序 列 开 展 分析，明确菌株的分类地位 。优势属及稀有属分析优势属以及稀有属种分析具体依据宋瑞清等 方法的规范进行，属内物种数目占所有属整体物种数目的比例 的属于优势属，比例 的属于常见属，比例的属于稀有属。数据统计与分析采用 和 、进行数据统计与分析。依照各菌株的形态以及分子鉴别结果，选取海拔为单位，依照菌株数、属数从多到少开展统计分析，最后统计上述数 据，运用 指数（）、均匀度指数（）描述分析长白山北坡高海拔区域土壤真菌生物多样性。期郝然 等长白山苔原带土壤真菌与环境因子的相关性 ，式中，代表 最大 物 种 多 样性 指数，代表第物种的数目，代表所有物种的总数目，代表第物种占所有物种的数目百分比，代表总个体数，代表总物种数。结果与分析 土壤真菌种类与群落结构组成 真菌种类由表看出，长白山苔原带土壤样品经分析获取 株土壤真菌，结合形态和分子生物学初步鉴别出 属：木霉属（）、青霉 属（）、镰孢属（）、链格孢属（）、犁 头 霉 属（）、放 射 毛 霉 属（）、曲霉属（）、枝孢属（）、被 孢 霉 属（）、毛霉属（）、根霉属（）、粘帚霉属（）、接霉属（）、粪壳属（）、毛壳属（）、土赤壳属（）和弯颈霉属（）。表长白山苔原带土壤真菌分离情况 属 数量株 占比 备注 木霉属 .优势种曲霉属 .优势种镰孢属 .优势种青霉属 .优势种毛霉属 .优势种链格孢属 .常见属被孢霉属 .常见属枝孢属 .常见属弯颈霉属 .常见属接霉属 .常见属粘帚霉属 .常见属犁头霉属 .常见属放射毛霉属 .稀有属毛壳属 .稀有属土赤壳属 .稀有属粪壳属 .稀有属根霉属 稀有属 群落结构组成长白山苔原带土壤真菌隶属门纲目 科 属（图）。在门水平上，子囊菌门（）为主要优势菌门，相对丰度为 ；半知菌门（）与接合菌门（）相对丰度分别为 和 。在属水平上，木霉属（）、青霉属（）、曲 霉 属（）、毛 霉 属（）、镰孢属（）为优势菌属。其中，木霉属与青霉属在样点（海拔 ）的相对丰度较高，分别为 和 ；曲霉属和毛霉属在样点（海拔 ）的相对丰度较高，为 和 ；而镰孢菌属在样点（海拔 ）的相对丰度较高，为 。注：、和分 别 表 示 海 拔 、和 以上。：、，图长白山苔原带不同海拔梯度水平上的土壤真菌类群 土壤真菌多样性指数从个长白山苔原带海拔梯度的土壤真菌多样性指数（表）看出，在海拔 区 域 土 壤 真 菌 的 贵 州 农 业 科 学表长白山苔原带土壤真菌多样性 海拔 香农指数 辛普森指数 均匀度指数 种数属 分离菌株数量株 以上 多样性指数和 多样性指数最高，该海拔梯度中土壤真菌的物种总数、群落复杂程度和信息量最高；其次是 和 ，说明在处区域物种多样性高；的香农多样性指数与辛普森指数均比较低，说明该海拔区的真菌群落中仅有少数物种居群存在。真菌种类分布与环境因子的关系由表可知，总体上，长白山苔原带土壤呈酸性；随着海拔升高含水率波动降低，铵态氮依次降低；土壤温度与铵态氮呈正相关，铵态氮 在 中 含 量 最 高，为 ，在 以上土壤中最低为 ；硝态氮含量在 土 壤 中 最 高 为 ，在 中 最 低 为 ；有 效 磷 在 的 土 壤 中 含 量 最 高 为 ，海拔中含量最低，为 。由图和图可看出，在真菌属水平上，曲霉属、粘帚霉属与温度、铵态氮正相关性最高，曲霉属呈现显著正相关；链格孢属与含水率正相关性最高；青霉属、镰孢属、土赤壳属与有效磷、硝态氮正相关关性较高；毛壳属、接霉属、被孢霉属与有效磷、硝态氮呈正相关；放射毛霉属与含水率呈正相关；木霉属与有效磷、硝态氮相关性较高，与温度、铵态氮呈显著负相关；枝孢属、根霉属、粪壳属、弯颈霉属因分离频率较低，相关性不明显。表长白山苔原带土壤理化因子 海拔 温度 含水量 硝态氮（）有效磷（）铵态氮（）以上 期郝然 等长白山苔原带土壤真菌与环境因子的相关性图优势菌属与环境因子相关性 检验 注：、分别表示在.、.水平上的显著性。：，图土壤真菌属水平与环境因子相关性热图 讨论 不同海拔梯度土壤真菌多样性及其差异长白山苔原带土壤真菌分离数量随海拔上升呈波动下降趋势。在真菌属水平上，木霉属、曲霉属、青霉属、镰孢属和毛霉属仍是主要优势属；土壤含水量、温度、有效磷、硝态氮和铵态氮可能是影响长白山苔原带土壤真菌群落结构组成的主要土壤环境因子。根据长白山地区降水和温度年际变化分析，由于全球气候整体变暖影响长白山区域区，雪线海 拔 上 升，苔 原 带范 围内低海拔区 域（）环境更趋近于亚寒带湿润亚高山岳桦林气候区，认为是土壤真菌多样性增长的原因之一。土壤真菌多样性超过 区域的多样性，认为是由于全球整体气温上升，长白山作为其中的小区域受到温度上升影响，高海拔地区冻土受到温度影响土壤解冻，高海拔地区环境可能存在进一步变暖趋势。海拔梯度对环境因子有很大的影响。其中，高 海 拔 地 区 土 壤 的 铵 态 氮 和 含 水量（）显著低于低海拔土壤，这与高海拔 土 壤 环 境 因 子 的 组 成 一 般 不 高 的 结果 一致。不同海拔土壤真菌生物量差异显著，且随海拔呈单峰型，不过相关性较差。对土壤真菌生物量的相关分析也显示，真菌生物量沿海拔梯度发生显著变化 ，不同海拔间部分高山土壤的真菌生物量不存在明显差异。等 研究指出，真菌生物量伴随海拔的提升而减少，这与本研究结果不同。土壤真菌多样性在海拔梯度间并未遵循典型的减少或增加模式，即高山土壤微生物多样 性 与 海 拔 间 无 显 著 的 分 布 模 式。等 研究指出，土壤微生物的种类丰富度伴随海拔的提升而逐渐降低，系统发育多样性属于单峰模式。试验数据也显示，土壤微生物多样性与海拔呈单峰型，但相关性不显著，表明在相同的气候环境下，土壤真菌多样性并不完全受海拔梯度的影响。土壤理化因子与真菌的关系土壤理化性质和土壤真菌多样性之间互相影响。如有效磷和真菌孢子密度间具备明显的正相关关系，和土壤真菌多样性（包含丰富度）间存在相关关系，表明土壤真菌多样性和其物理化学性质间存在联系。曹萍麟等 研究指出，土壤真菌的数目和有机质、总氮以及 存在负相关关系。等 研究表明，在亚高山或高山环境内，真菌的丰度和高海拔区域的氮和矿质贵 州 农 业 科 学养分呈显著正相关。表明，真菌多样性群落结构和土壤性质之间存在联系。研究结果表明，土壤速效磷、硝态氮是影响土壤真菌群落组成的关键性因素，与关健飞等 的研究结论一致；土壤含水量与真菌多样性呈正相关，与 等 的研究结论一致。结论长白山苔原带不同海拔的土壤理化性质存在差异，从 土壤含水率波动降低，铵态氮依次降低；土壤温度与铵态氮呈正相关，而土壤、土壤硝态氮、有效磷与海拔相关性较弱。在属水平上的优势类群为青霉 属（）、木 霉 属（）、曲霉属（）、镰孢属（）、毛霉属（）。根霉属（）、放射毛霉属（）、弯颈霉属（）及毛壳属（）在不同生境的分布存在显著差异。不同海拔的土壤真菌群落特征因土壤硝态氮、有效磷、铵态氮以及含水率影响较大。参考文献 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