中國黃杉(Pseudotsuga sinensis)菌根真菌群落結(jié)構(gòu)研究及其特異性共生菌株的鑒定.pdf

1、外生菌根(Ectomycorrhiza，ECM)是自然界土壤微生物與高等植物根系形成的一種具有特定形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的共生體，兩者在長期進(jìn)化過程中互惠共生、協(xié)同進(jìn)化。黃杉屬(Pseudotsuga)間斷地分散在亞洲和北美地區(qū)。北美的黃杉種，通過白令陸橋途徑在日本形成日本黃杉（P.japonica），然后通過日本向中國地區(qū)進(jìn)化出中國黃杉(P.sinensis)和臺(tái)灣黃杉(P.wilsoniana)這兩個(gè)特有種。中國黃杉主要分布在湖南、陜西、四

2、川、云南、江西、臺(tái)灣等省，隸屬瀕危、國家級二級保護(hù)樹種。這種親緣關(guān)系密切、分布相對獨(dú)立、同時(shí)有特異性共生菌種的存在，為我們研究宿主在菌根形成中所起到的作用提供了很好的研究材料。
　　為了更好地了解黃杉共生外生菌根的種類、群落分布結(jié)構(gòu)，我們利用分子技術(shù)，對中國江西、湖南兩省的三個(gè)黃杉林區(qū)菌根真菌進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果共鑒定出菌種86個(gè)，與黃杉共生的有66個(gè)，其中含可能與黃杉特異性共生的Rhizopogon種，但相對豐度只有0.4％。調(diào)查發(fā)現(xiàn)

3、:平均每個(gè)土樣中含有2.8種菌根真菌，最多的一個(gè)土樣中可以出現(xiàn)7種之多。豐度最高的是Russulaceae和Sebacinaceae這兩個(gè)屬，分別達(dá)到了33％和32％，而且種數(shù)最多，達(dá)到了35和12種;其次是Thelephoraceae屬（12種），Clavulinaceae屬（7種）。Sebacina sp.1，Sebacinasp.7，和C.geophilum是林區(qū)主要的菌種，其重要值分別達(dá)到19.2％，8.8％和7.9％。

4、　　宿主基因型在與其共生菌根真菌群落結(jié)構(gòu)中起著很重要的作用，本調(diào)查研究分析了宿主在菌根形成中所起作用的同時(shí)，對比了能與P.sinensis和與其他宿主共生的外生菌根真菌的群落結(jié)構(gòu);此外，還對比了親緣關(guān)系密切的P.sinensis和P.japonica共生的菌根真菌的分布情況。根據(jù)黃杉與其它宿主之間的S(o)rensen相似性指數(shù)顯示:黃杉與松樹值最高(0.27)，其次是與櫟樹(0.21)，多維尺度(NMS)及多因素方差(perMANOV

5、A)分析結(jié)果顯示，中國黃杉林區(qū)主要的三個(gè)宿主之間的菌根結(jié)構(gòu)不能有效的分開，其之間的菌群落結(jié)構(gòu)不存在差異性(F2,5=0.838，p=0.843)，但不同采樣點(diǎn)之間差異性顯著(F2,5=1.417，p=0.021);中國和日本的黃杉林區(qū)的外生菌根結(jié)構(gòu)對比結(jié)果同樣顯示，中日親緣關(guān)系密切的黃杉林區(qū)的菌根結(jié)構(gòu)存在顯著性差異(F1.18=3.851，p=0.001)，而宿主之間卻不存在(F2,17=1.027，p=0.359)。
　　基于上

6、述研究結(jié)果，我們推測:盡管宿主變化、轉(zhuǎn)移以及宿主與其共生菌根真菌共進(jìn)化機(jī)制在菌根形成中起著一定的作用，但地域因素更能影響菌根群落結(jié)構(gòu);在全球范圍內(nèi)，地域性的因素可能起決定性作用。菌根在各自宿主的影響下，區(qū)域性的單獨(dú)進(jìn)化。這些研究成果可以有效地幫助我們更好地了解菌根真菌及其宿主之間的親緣關(guān)系，同時(shí)為我們提出的假設(shè)“菌根群落可以在宿主的影響下，在不同的區(qū)域各自單獨(dú)進(jìn)化”提供一些理論依據(jù)。
　　土壤孢子庫是形成菌根的一個(gè)重要因素。本實(shí)驗(yàn)

7、過程中，利用采集的中國黃杉林區(qū)風(fēng)干土壤，以與黃杉親緣關(guān)系密切的花旗松作為宿主，進(jìn)行了孢子回接實(shí)驗(yàn)，以確定中國黃杉林區(qū)土壤中可能存在的具有一定耐性的孢子庫結(jié)構(gòu)。同時(shí)對比了自然林區(qū)與人工陽光房條件下形成的菌根群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)能與花旗松共生的孢子種類僅有19種，不同樣點(diǎn)所共有的ECM菌種有8個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自然林區(qū)菌根的豐度。同時(shí)僅發(fā)現(xiàn)4種外生菌根真菌同時(shí)存在于上述兩種生長環(huán)境。MRPP分析結(jié)果表明不同采樣點(diǎn)的土壤間(A=0.373，p＜0.0

8、01)、不同生境（自然和陽光房條件）下(A=0.48，p=0.02)形成的ECM群落存在顯著性差異。對比幼苗生物量可知，接種數(shù)量與幼苗地上部干重存在一定的線性關(guān)系(y=0.05+0.01x，R=0.36，p=0.006)，且只有1-2種真菌的成功侵染對幼苗的生長最有利。外生菌根真菌的存在可以促進(jìn)宿主的生長，不同真菌侵染幼苗間的株高、生物量存在顯著性差異(F5,74=8.49，p＜0.001;F5,74=9.26，p＜0.001)，其中，

9、Meliniomyces和Rhizopogon對幼苗生長影響最為明顯。
　　宿主以及地域性的差異是導(dǎo)致菌根群落結(jié)構(gòu)顯著性差異的重要因素，這一點(diǎn)在不同地域黃杉林區(qū)菌根真菌群落結(jié)構(gòu)調(diào)查中得到了很好的驗(yàn)證。但土壤微環(huán)境也會(huì)影響ECM群落分布。在本研究中，我們探討了陽光房條件下，土壤因素對菌根群落接結(jié)構(gòu)的影響?；谕寥啦糠掷砘再|(zhì)，對土壤進(jìn)行分類。結(jié)果表明:分類獲得的五類土壤中能形成ECM的孢子群落結(jié)構(gòu)存在顯著性差異(A=0.142，p＜

10、0.001)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)供試土壤理化性質(zhì)和ECM豐度之間沒有相關(guān)性，然而OM、N、K以及pH值和菌根群落結(jié)構(gòu)間存在著相關(guān)性，對ECM的群落結(jié)構(gòu)有顯著性影響，可見影響ECM群落結(jié)構(gòu)是各因素之間共同作用的結(jié)果。土壤與ECM真菌的雙向聚類分析表明，利用菌種對土壤樣品分類正好對應(yīng)著不同采樣點(diǎn)（江西與湖南兩個(gè)省）的土樣，可見地域性的隔離是導(dǎo)致孢子群落結(jié)構(gòu)不同的一個(gè)重要因素。
　　Rhizopogon屬的一些真菌可以與黃杉屬形成特異性共生結(jié)構(gòu)

11、。在對中國黃杉林區(qū)菌根多樣性進(jìn)行的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，黃杉根部形成且不與周邊其它樹種共生的菌根真菌有39種，對此類菌根真菌進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，鑒定它們是否屬于黃杉屬特異性共生菌根真菌。同時(shí)對Rhizopogon屬ITS序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，以確定Rhizopogon sp.在進(jìn)化中的位置。結(jié)果表明Amphinema sp.2、Piloderma sp.、Clavulina sp.4和sp.5以及Sebacinaceae、Russulaceae、T

12、helephoraceae屬的一些種構(gòu)建的分子進(jìn)化樹分析顯示，它們對于共生宿主的選擇都具有廣譜性，而Rhizopogon sp.屬于R.subg.Villosuli，是黃杉屬特異性共生ECM真菌。同時(shí)，和日本黃杉林區(qū)的Rhizopogon形成一個(gè)獨(dú)立分支，可能屬于Villosuli亞屬的一個(gè)新的分支。研究還表明:Rhizopogon-Pseudotsuga這種特異性共生系統(tǒng)，是由宿主的基因型決定的?？赡芎忘S杉屬一樣，起源于北美而后隨著宿