入侵植物光梗蒺藜草對(duì)土著叢枝菌根真菌群落的影響

向 丹，陳保冬，李 歡，張 莘*

（1城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京　100085；2青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東青島　266109）

入侵植物光梗蒺藜草對(duì)土著叢枝菌根真菌群落的影響

向 丹1，2，陳保冬1，李 歡2，張 莘1*

（1城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085；2青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東青島266109）

運(yùn)用T-RFLP及定量PCR的方法探討了內(nèi)蒙古溫帶草原上光梗蒺藜草（Cenchrus incertus M.A.）入侵對(duì)AM真菌群落的影響。研究結(jié)果表明，光梗蒺藜草能夠與AM真菌形成良好共生關(guān)系，但與本土優(yōu)勢(shì)植物相比，光梗蒺藜草根際土壤中的AM真菌豐度顯著降低，AM真菌群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生明顯變化。兩種植物根際土壤中AM真菌優(yōu)勢(shì)種相同，均屬于Glomus屬，T-RFLP帶型為T-RF 524 bp和280 bp，與Maarj AM數(shù)據(jù)庫(kù)匹配的AM真菌虛擬種（virtual taxa）為VT109及VT287。此外，Rhizophagus intraradices（VT113，T-RF141 bp）及Diversispora sp.（VT60，T-RF136，141 bp）在入侵植物根際土壤及根系中均顯著高于本土植物，而Glomus屬的其它T-RFLP帶型在本土植物根際土壤和根系中顯著高于入侵植物。兩種植物根際和根中AM真菌群落結(jié)構(gòu)一致。初步揭示了光梗蒺藜草對(duì)本土AM真菌的影響，為探明光梗蒺藜草入侵機(jī)制及其防治提供了一定研究基礎(chǔ)。

菌根真菌；光梗蒺藜草；植物入侵；T-RFLP；q-PCR

叢枝菌根（AM）真菌是廣泛分布于自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一類共生土壤真菌，能夠與絕大多數(shù)陸生植物形成共生體［1］。菌根共生體系在調(diào)節(jié)植物個(gè)體生長(zhǎng)，群落物種構(gòu)成及演替，以及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面起著重要作用［2～4］。

大多數(shù)外來(lái)入侵植物都是菌根植物，因此，探討入侵地AM真菌與外來(lái)植物的共生關(guān)系及其在植物入侵中的作用，是目前外來(lái)植物入侵機(jī)制研究的熱點(diǎn)之一［5］。以往的研究表明，AM真菌對(duì)外來(lái)植物入侵有特定促進(jìn)作用［5］，或是抑制作用［6］，也有報(bào)道說(shuō)明它們之間沒(méi)有明顯的相互作用［7］。另一方面不同入侵植物對(duì)AM真菌的影響也存在著明顯差異。一些研究表明，入侵植物降低了入侵地AM真菌的豐度并且改變了AM真菌群落組成［8］，而另一些研究則表明植物入侵顯著提高了土壤中AM真菌的豐度［9］。入侵植物與AM真菌相互關(guān)系的復(fù)雜性主要是由于二者共生效應(yīng)常受多種生物因子（宿主植物種類及發(fā)育階段，AM真菌種類）和非生物因子（土壤肥力水平、氣候條件等）的影響［10］。鑒于AM真菌與入侵植物相互作用的復(fù)雜性及其功能的生態(tài)異質(zhì)性［11～13］，非常有必要實(shí)地調(diào)查入侵植物與AM真菌的共生狀況，從而揭示二者的相互作用。

光梗蒺藜草（Cenchrus incertus M.A.）為禾本科蒺藜草屬植物，原產(chǎn)美洲，近些年來(lái)該種入侵我國(guó)北方草原并大面積蔓延，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞［14，15］。目前對(duì)于光梗蒺藜草的研究大多集中在其生物學(xué)特性方面［16］，而對(duì)于土壤功能微生物AM真菌與光梗蒺藜草的相互關(guān)系尚未見(jiàn)報(bào)道。光梗蒺藜草是否為菌根植物，是否與本地土著AM真菌形成共生關(guān)系，其入侵是否改變了AM真菌群落的結(jié)構(gòu)及豐度，這些基本問(wèn)題仍然未知。

本研究采用末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（TRFLP）及定量PCR技術(shù)，初步探討光梗蒺藜草的入侵對(duì)AM真菌群落的影響，并比較分析入侵植物和本土優(yōu)勢(shì)植物狗尾草根際及根系中AM真菌群落結(jié)構(gòu)差異，從而為后續(xù)光梗蒺藜草入侵生態(tài)學(xué)機(jī)制及防治奠定基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1采樣地概況和樣品采集

研究區(qū)域位于內(nèi)蒙古科爾沁沙地中國(guó)科學(xué)院奈曼沙漠化研究站附近（N42°56′23″／E120°42′41″），海拔358 m，具有明顯的溫帶大陸性半干旱氣候特點(diǎn)。年平均氣溫6.0～6.5℃，年平均降水量366 mm，降水主要集中在6～8月，年均蒸發(fā)量1 972.8 mm。樣點(diǎn)采集區(qū)域位于奈曼圍封試驗(yàn)樣地的外圍區(qū)域，是面積大約為200 m×20 m的一個(gè)較小的狹長(zhǎng)區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，土壤沙化相對(duì)較為嚴(yán)重，光梗蒺藜草大量入侵蔓延，而在該區(qū)域以外則仍然是本地植物占優(yōu)勢(shì)。采樣區(qū)域的優(yōu)勢(shì)植物為光梗蒺藜草與狗尾草，它們的平均覆蓋度分別為51%與36%，也有少量其他植物如軟毛蟲(chóng)實(shí)、蒺藜、地錦草等。該區(qū)有的地方已形成光梗蒺藜草的單優(yōu)種群，有的地方是光梗蒺藜草和當(dāng)?shù)刂参锕肺膊莨餐?jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，也有狗尾草占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的區(qū)域和幾乎無(wú)植物生長(zhǎng)的裸露地區(qū)域。

在該區(qū)域選取3個(gè)10 m×10 m的樣方進(jìn)行采樣，每一個(gè)樣方之間的間隔大約50 m。在每個(gè)樣方內(nèi)，選取5個(gè)光梗蒺藜草的單優(yōu)群落進(jìn)行采樣。在每個(gè)單優(yōu)群落內(nèi)以S布點(diǎn)法選取植株3棵，用鐵鍬挖出深度為20 cm內(nèi)的植物根系，敲落植株根系上的土壤為根際土，最后把每個(gè)樣方里的5個(gè)單優(yōu)群落樣品混合成1個(gè)樣品。同樣采得3個(gè)狗尾草根際土和根系樣品。每個(gè)土壤樣品過(guò)2 mm篩后混勻裝袋，植物根系樣品也混勻后裝袋，暫放低溫采樣箱帶回實(shí)驗(yàn)室，部分土樣保存于-80℃冰箱待用。其余土壤自然風(fēng)干，用于理化性質(zhì)分析。

1.2土壤理化性質(zhì)測(cè)定

土壤pH值采用1∶2.5（W／V）土水比，復(fù)合玻璃電極檢測(cè)；有機(jī)碳含量測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法［17］，速效氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法［18］，土壤有效磷含量測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法［19］。土壤全碳和全氮含量用元素分析儀（Vario ELⅢ，Elementar Company，German）測(cè)定。

1.3土壤、根系DNA的提取及定量PCR

取500 mg過(guò)2 mm篩的混勻鮮土，按照DNA提取試劑盒說(shuō)明（Fast DNA spin kit for soil，Bio 101，Vista，CA，USA）進(jìn)行操作，提取的DNA溶液貯藏于-20℃冰箱待用。植物根系用蒸餾水清洗干凈并用紙巾吸去多余水分，稱取0.2 g的干凈根系于1.5 mL離心管中，用CTAB的方法進(jìn)行DNA提?。?0］。

AM真菌在根系和根際土壤中的基因拷貝數(shù)均采用定量PCR的方法（qPCR）測(cè)得。所用引物為AMV4.5NF／AMDGR［21］。PCR反應(yīng)體系為25μL: 12.5μL 2×SYBR Premix Ex Taq（Takara），每個(gè)引物各1μL（5μmol／μL），1μL DNA模板（20 ng／μL），10.5μL的滅菌雙蒸水。反應(yīng)參數(shù):95℃變性30 s；95℃5 s，58℃30 s，72℃45 s，35個(gè)循環(huán)；72℃延伸10 min。定量PCR的標(biāo)準(zhǔn)曲線以相同的AM真菌18S基因?yàn)閮?nèi)參。在經(jīng)過(guò)相同的PCR程序擴(kuò)增后（普通Ex Taq），純化PCR產(chǎn)物連接到pMD18 -T載體（Promega，Madison，WI，USA）并轉(zhuǎn)化到Escherichia coli JM109感受態(tài)細(xì)胞中（Takara，Japan），所得克隆子經(jīng)過(guò)測(cè)序檢驗(yàn)確定為該18S片段后，提取質(zhì)粒DNA（質(zhì)粒提取試劑盒，Takara，Japan）并運(yùn)用NanoDrop?ND-1000紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定其濃度（NanoDrop，Wilmington，DE，USA）。配制的標(biāo)準(zhǔn)曲線包含從2.01×102到2.01×107基因拷貝數(shù)的6個(gè)濃度梯度（濃度依次相差10倍）。每個(gè)內(nèi)標(biāo)及樣品在進(jìn)行定量PCR擴(kuò)增時(shí)都有3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)所用儀器為BioRad iQ5熒光定量PCR儀（Bio-Rad Laboratories Hercules，CA），數(shù)據(jù)分析軟件為Optical System Software BioRad iQ5。

1.4AM真菌T-RFLP的測(cè)定

對(duì)菌根真菌18S rDNA進(jìn)行擴(kuò)增，選用的引物為菌根真菌分子檢測(cè)常用引物NS31（5′-TGGAGGGCAGTCTGTC-3′）和AM1（5′-GTTTCCCGTAAGGCGCCGAA-3′）［22，23］，其擴(kuò)增區(qū)域?yàn)?8S rDNA上V4可變區(qū)，片段大小約為550 bp。由于該引物具有一定偏擴(kuò)性，不利于無(wú)梗囊霉科和類球囊霉科AM真菌的擴(kuò)增，并且在土壤中AM真菌的擴(kuò)增比例較低，為彌補(bǔ)NS31／AM1偏擴(kuò)帶來(lái)的誤差，選用覆蓋度更廣的AML1（5′-ATCAACTTTCGATGGTAGGATAGA-3′）和 AML2（5′-′GAACCCAAACACTTTGGTTTCC-3′）［24］作為第一對(duì)引物。該引物能覆蓋除Archaeospora trappei以外的所有已知AM真菌。

Nested-PCR反應(yīng)體系包括下列成分:第一次擴(kuò)增反應(yīng)體系25μL，包括1μL 20 ng／LDNA模板、0.3μL 25 M前后端引物、2.5μL 10×Ex Taq Buffer、2μL 2.5 mM dNTP混合液、0.3μL 25 M BSA、0.5μL 5 U／L Ex Taq（Takara，Japan），以及17.1μL ddH2O。第二次擴(kuò)增體系為50μL，包括2μL 20 ng／L DNA模板、0.6μL 25 M引物、5.0μL 10×Ex Taq Buffer、4.0μL 2.5 mM dNTP混合液、0.6μL 5 U／L Ex Taq，以及37.2μL ddH2O。其中第二次擴(kuò)增引物NS31的5′端用FAM熒光素標(biāo)記（上海生工生物工程有限公司合成）。

兩次PCR反應(yīng)的程序相同:94℃變性5 min；94℃ 30 s，58℃ 45 s，72℃1 min，循環(huán)35次，72℃延伸10 min。第一次擴(kuò)增產(chǎn)物稀釋10倍作為第二次擴(kuò)增反應(yīng)的模板。

PCR反應(yīng)產(chǎn)物的純度和產(chǎn)量用1%瓊脂糖凝膠電泳及核酸蛋白儀NanoDrop 1000（NanoDrop Technologies，Wilmington，DE，USA）同時(shí)檢測(cè)。然后用純化試劑盒QIA quick PCR Purification Kit（Qiagen，Valencia，CA，USA）切膠純化。

采用FastDigest Hinf I（Fermentas，Hanover，MD，USA）對(duì)純化后的PCR產(chǎn)物進(jìn)行酶切。酶切體系為30μL:PCR產(chǎn)物10～15μL，Hinf I酶1μL，10 Buffer 2μL，剩余量由ddH2O補(bǔ)齊。酶切步驟:緩沖液在37℃下水浴鍋中溫浴15 min使得酶解充分完成，然后在65℃條件下水浴20 min使酶失活。酶切產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢驗(yàn)是否酶切效果，隨后酶切產(chǎn)物脫鹽處理，基因掃描由北京諾賽基因公司完成。T-RFLP譜圖用GeneMap（Version 3.7）程序進(jìn)行分析，選擇的內(nèi)標(biāo)為GS500liz。舍去＜40 bp和＞550 bp的片段，以及峰面積低于總峰面積1%的T -RFs。然后分別計(jì)算圖譜中每一個(gè)峰的峰面積與所有峰總面積的比值，得到每種T-RFLP的相對(duì)含量。以除去噪音的每個(gè)T-RFLP帶型為一個(gè)分類單元，根據(jù)圖譜中T-RFLP的數(shù)目及其豐度進(jìn)行多樣性指數(shù)計(jì)算及其他統(tǒng)計(jì)分析。

1.5克隆文庫(kù)的建立及分析

為確認(rèn)T-RFLP指紋圖譜中各T-RF代表何種AM真菌，采用T-RFLP帶型較多的樣品建立克隆文庫(kù)，再對(duì)每個(gè)特異性克?。ㄏ嗨贫龋?7%）進(jìn)行T-RFLP分析。

克隆文庫(kù)的具體操作步驟為:利用無(wú)熒光標(biāo)記巢氏PCR引物AML1／AML2+NS31／AM1進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增體系及程序同上。PCR產(chǎn)物經(jīng)純化試劑盒QIA quick PCR Purification Kit（Qiagen，Valencia，CA，USA）切膠純化后連接至質(zhì)粒載體pGEM-T easy Vector（Promega，Madison，WI，USA），重組質(zhì)粒通過(guò)熱擊法轉(zhuǎn)化到E.coli JM109（Takara，Japan）中。取200μL轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物均勻涂布于含有IPTG、X-gal和100mg／L氨芐青霉素的LB固體培養(yǎng)基中，在37℃的溫度條件下培養(yǎng)16 h后，挑取白色的陽(yáng)性克隆子進(jìn)行菌落PCR檢驗(yàn)。最后挑出90個(gè)陽(yáng)性克隆，由北京諾賽基因公司完成測(cè)序。

測(cè)得的序列用DOTOUR軟件［25］以97%相似度［26］進(jìn)行OTU分型，然后用DNAMAN軟件（Version 6.0.3.99，Lynnon Biosoft，USA）對(duì)這些克隆序列進(jìn)行模擬酶切，以確定每種OTU對(duì)應(yīng)的T-RFLP帶型。同時(shí)每種OTU的代表序列與GenBank中的核酸數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行序列比對(duì)分析（http:／／maarjam. botany.ut.ee），運(yùn)用MEGA（version 4.0）［27］構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，即可以確定菌根真菌菌種名稱。最終把T-RFLP帶型與AM真菌菌種名稱相對(duì)應(yīng)。本試驗(yàn)中所得每個(gè)OTU的代表序列已提交至Genbank（序列號(hào)為KC797120-KC797131）。

1.6數(shù)據(jù)分析

AM真菌а多樣性采用Shannon-Wiener指數(shù)（H）表示。計(jì)算公式為:H=-∑P×In Pi，Pi=ni／n。式中，ni為第i個(gè)T-RF帶型的數(shù)目，n為群落中所有T-RF帶型的數(shù)據(jù)總和。

AM真菌群落結(jié)構(gòu)均基于每個(gè)T-RF帶型的相對(duì)豐度進(jìn)行計(jì)算。群落分類和排序均基于Bray-Curtis差異度指數(shù)。排序采用主成分分析法（principle component analysis，PCA）（CANOCO 4.5，Microcomputer Power，Ithaca，NY，USA）。采用Adonis分析進(jìn)一步檢驗(yàn)AM真菌群落在入侵和本土植物間的差異是否顯著（R語(yǔ)言，Vegan包，R Development Core Team，2012）。采用非參數(shù)檢驗(yàn)（SPSS Inc.，Chicago，IL，USA）確定入侵和本土植物間AM真菌а多樣性、基因拷貝數(shù)、土壤理化性質(zhì)及RFLP的相對(duì)豐度是否差異顯著。

為了對(duì)T-RF帶型進(jìn)行鑒定，在建立系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)之外，把每個(gè)T-RF帶型的代表序列進(jìn)一步與Maarj AM數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，得到每個(gè)T-RF帶型所對(duì)應(yīng)的VT類型（Virtual taxa，虛擬分類單元）。Maarj AM數(shù)據(jù)庫(kù)包含所有已報(bào)道的球囊菌門（Glomeromycota）真菌18S rDNA序列。VT是Maarj AM數(shù)據(jù)庫(kù)中用以區(qū)別不同AM真菌序列的新的分類方法［28］。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤理化性質(zhì)、AM真菌基因拷貝數(shù)及多樣性系數(shù)

入侵植物和本土植物間根際土壤理化性質(zhì)總體差異不顯著（表1）。根際土壤中AM真菌基因拷貝數(shù)在本土植物中顯著高于入侵植物光梗蒺藜草（p＜0.05），而植物根系中的AM真菌基因拷貝數(shù)在兩種植物間沒(méi)有明顯差異（表2）。在本實(shí)驗(yàn)中總共檢測(cè)到11個(gè)不同的T-RF帶型，兩種植物根系和根際土中的AM真菌多樣性均沒(méi)有顯著差異（表2）。

表1 入侵植物光梗蒺藜草與本土植物狗尾草根際土壤基本理化性質(zhì)比較

表2　兩種植物根系及根際土壤中　AM真菌基因拷貝數(shù)及多樣性系數(shù)比較

2.2 AM真菌群落結(jié)構(gòu)差異

主成分分析（PCA）結(jié)果表明，55.4%和22.8%的AM真菌群落差異可以由PC1和PC2解釋（圖1）。圖中兩種不同植物明顯區(qū)分為兩個(gè)簇，同一植物根系和根際土之間差異則不明顯，而兩種植物之間，不管是根系還是根際土壤中，AM真菌群落結(jié)構(gòu)均存在明顯差異。通過(guò)Adonis分析進(jìn)一步表明，AM真菌群落在入侵和本土植物間存在顯著差異（R2=0.5046，p=0.002）。

圖1　基于　T-RFLP數(shù)據(jù)的　AM真菌群落結(jié)構(gòu)的主成分分析（PCA）注:R代表根系，S代表土壤?！霰硎竟夤］疝疾?，○表示狗尾草。

圖2　兩種植物根系和土壤中　AM真菌　T-RFLP帶型的相對(duì)豐度（百分比）

圖2顯示的是優(yōu)勢(shì)T-RF帶型及兩種植物間有顯著差異的T-RF帶型的相對(duì)豐度。其他4個(gè)帶型（T-RF 136，157，179，301 bp）因?yàn)榘俜直壬偾覂H僅出現(xiàn)在個(gè)別樣品中，故未在圖中展示。由圖2可以看出，不管是入侵植物還是本土植物，其根系和根際土壤中的AM真菌群落構(gòu)成（不同T-RF相對(duì)豐度）都基本一致。但是兩種植物之間的AM真菌群落構(gòu)成卻存在顯著差異。具體來(lái)說(shuō)，T-RF 524 bp為兩種植物的共同優(yōu)勢(shì)帶型，而帶型190 bp，141 bp和280 bp的相對(duì)豐度在光梗蒺藜草根系中均顯著高于狗尾草根系，280 bp的相對(duì)豐度在光梗蒺藜草根際土壤中也顯著高于狗尾草根際土。與此相反，帶型279 bp和189 bp在本土植物狗尾草根系及根際土中均顯著高于光梗蒺藜草。此外，280 bp是光梗蒺藜草的特有帶型，而279 bp是狗尾草的特有帶型。

總體上，除了兩個(gè)相對(duì)豐度較低且僅在個(gè)別樣品中出現(xiàn)的片段（179 bp和301 bp）沒(méi)有被檢測(cè)到以外，剩下的8個(gè)HInfI酶切帶型都成功地被克隆文庫(kù)所檢測(cè)到（圖3）。其中有6個(gè)Glomus屬的TRF帶型，其余帶型為Rhizophagus intraradices及Diversispora sp.。系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)把未知AM真菌鑒定到分子種屬水平相對(duì)粗糙，且僅僅局限于單個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)的比較，而Maarj AM數(shù)據(jù)庫(kù)中VT（虛擬種）的分類系統(tǒng)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被廣泛接受及使用，因此我們基于VT分類系統(tǒng)對(duì)所得T-RF帶型進(jìn)行分析。由圖3可以看出，兩種植物共同的優(yōu)勢(shì)AM真菌（T -RF 524 bp）可以被鑒定為Maarj AM數(shù)據(jù)庫(kù)中的VT109及VT287，屬于Glomus屬。狗尾草的優(yōu)勢(shì)帶型（189，279 bp）為VT 156，也屬于Glomus屬。光梗蒺藜草的優(yōu)勢(shì)帶型T-RF 190 bp、141 bp和280 bp，可以分別被鑒定為VT 214，VT 60，VT 287及VT 64，分別屬于Glomus、Rhizophagus和Diversispora屬。在屬水平，本土植物狗尾草僅僅與Glomus屬的AM真菌形成共生體系，而入侵植物能夠與3個(gè)不同屬的AM真菌形成共生關(guān)系。

圖3　AM真菌　18S rDNA的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)

3　討論

外來(lái)植物與入侵地AM真菌的相互作用是影響外來(lái)植物入侵力和生態(tài)系統(tǒng)可入侵性的一個(gè)重要方面。已有大量研究表明，外來(lái)入侵植物能夠與土著AM真菌形成共生體系，并對(duì)其成功入侵起到積極作用［29～31］。本研究表明，光梗蒺藜草根系和本土植物根系的AM真菌基因拷貝數(shù)是一致的，并且與土壤中AM真菌的基因拷貝數(shù)在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上。這個(gè)研究結(jié)果明確說(shuō)明了光梗蒺藜草為菌根植物，它與土著的AM真菌形成了較好的共生體系。雖然本實(shí)驗(yàn)不能夠明確說(shuō)明AM真菌在促進(jìn)光梗蒺藜草個(gè)體生長(zhǎng)或者入侵中的具體作用，但是至少揭示了AM真菌在光梗蒺藜草入侵過(guò)程中的潛在作用。

與植物根系相比，光梗蒺藜草根際土壤中AM真菌的基因拷貝數(shù)顯著低于本土植物狗尾草，此結(jié)果說(shuō)明光梗蒺藜草入侵可能降低了入侵地土壤中AM真菌豐度。與此相似，有研究表明在受到干擾的生態(tài)系統(tǒng)中，外來(lái)入侵植物顯著降低了土壤中AM真菌的豐度（菌絲密度）及多樣性［32，33］。此外本研究結(jié)果也表明光梗蒺藜草顯著改變了入侵地土壤中的AM真菌群落結(jié)構(gòu)。由于AM真菌與土著植物間長(zhǎng)期的適應(yīng)進(jìn)化使得它們之間存在較強(qiáng)的相互選擇性，一旦這種關(guān)系被干擾，則可能反饋影響外來(lái)植物與本地植物的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系［34］。例如，入侵植物斑點(diǎn)矢車菊對(duì)入侵地AMF群落的影響即不利于本土植物生長(zhǎng)［35］。Hawkes等研究表明，入侵植物通過(guò)改變土壤中AM真菌的群落結(jié)構(gòu)，使得本土植物根系中AM真菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，并且變得與入侵植物根系中AM真菌群落結(jié)構(gòu)一致，明確說(shuō)明了入侵植物對(duì)土著AM真菌與本土植物共生關(guān)系產(chǎn)生干擾［36］。此外，也有研究表明本土植物對(duì)于土著AM真菌的依賴性強(qiáng)于入侵植物［10，32］，因此當(dāng)AM真菌群落被干擾或者抑制時(shí)，高菌根依賴性植物將比低菌根依賴性植物遭受更強(qiáng)的生長(zhǎng)抑制［8］。由此推測(cè)，這也可能是光梗蒺藜草入侵機(jī)制之一:入侵植物通過(guò)改變?nèi)肭值赝寥赖奈⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)，破壞土著植物與土壤微生物之間長(zhǎng)期的平衡關(guān)系，從而影響本地種的生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)成功入侵［10，37］。關(guān)于光梗蒺藜草與AM真菌的相互作用及其入侵反饋機(jī)制還需要后續(xù)研究進(jìn)一步驗(yàn)證。

同一植物根系和根際土壤中AM真菌的群落結(jié)構(gòu)可能存在著顯著差異［38］，因而那些在根系中實(shí)際發(fā)揮作用的AM真菌很可能并不是土壤中占優(yōu)勢(shì)地位的AM真菌。我們同時(shí)檢測(cè)了入侵植物和本土植物根系和土壤中的AM真菌群落結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明無(wú)論是入侵植物還是本土植物，其根系中AM真菌群落結(jié)構(gòu)都與根際土壤中高度一致，但是兩種植物之間AM真菌群落結(jié)構(gòu)存在著顯著的差異。這說(shuō)明光梗蒺藜草對(duì)本土AM真菌群落結(jié)構(gòu)具有明顯的選擇作用，在其入侵地土壤中選擇性富集那些在其自身根系中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位的AM真菌菌種，而這些占據(jù)主導(dǎo)地位的AM真菌很可能就是在根系中真正發(fā)揮共生作用的AM真菌。與此類似，有研究表明，入侵植物加拿大一枝黃花能夠在入侵地土壤中專性富集那些能夠顯著促進(jìn)其自身生長(zhǎng)的AM真菌菌種，卻明顯減少那些能夠促進(jìn)本土植物生長(zhǎng)的AM真菌菌種［11］。在本研究中，光梗蒺藜草對(duì)AM真菌群落結(jié)構(gòu)的特異選擇性也可能是其成功入侵的原因之一。

需要說(shuō)明的是，AMF與外來(lái)入侵植物的相互作用不僅受到入侵植物和AMF本身（如AMF種類、起源等）的影響，而且受多種外在生物因子或者非生物因子的影響［30，31］。因此，明確AMF在外來(lái)植物入侵中的作用，不僅需要野外的實(shí)地調(diào)查及實(shí)驗(yàn)，還需要綜合考慮各種環(huán)境因子的影響，開(kāi)展在不同生態(tài)環(huán)境條件下的入侵機(jī)制研究，以更好地揭示其入侵機(jī)制，制定全面的防范對(duì)策。在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用限制性酶切的方法揭示了入侵植物和本土植物AM真菌的群落結(jié)構(gòu)差異，可能受制于分子方法的限制，所檢測(cè)到的AM真菌多樣性不太高，但本實(shí)驗(yàn)還是在一定程度上明確說(shuō)明了兩種植物間AM真菌的差異，以及光梗蒺藜草對(duì)土著AM真菌群落結(jié)構(gòu)的影響，后續(xù)研究可以采用更加先進(jìn)的分子生物學(xué)方法以進(jìn)一步揭示其差異及機(jī)制。

4　結(jié)論

本研究表明，入侵植物光梗蒺藜草為菌根植物，能夠與AM真菌形成共生關(guān)系。此外，光梗蒺藜草對(duì)AM真菌具有特異選擇性，能夠在入侵地土壤中富集那些與其自身根系形成共生關(guān)系的AM真菌，卻顯著減少土壤中與本土植物形成共生的AM真菌。這些結(jié)果暗示，AM真菌可能在光梗蒺藜草的入侵過(guò)程中起到重要作用。此外，實(shí)驗(yàn)揭示了與本土植物和入侵植物共生的AM真菌群落結(jié)構(gòu)差異，與本土植物形成共生的土著AM真菌有可能用于后續(xù)的生態(tài)恢復(fù)。

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Effects of Exotic Plant Cenchrus incertus on Local Arbuscular Mycorrhizal Fungal Community

XIANG Dan1，2，CHEN Bao-dong1，LIHuan2，ZHANG Xin1*
（1 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology，Research Center for Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China；2 College of Resources and Environment，Qingdao Agricultural University，Qingdao，Shandong 266109，China）

The AM fungal community composition both in roots and rhizosphere soils of the invasive plant Cenchrus incertus and the dominantnative plant Setaria viridis in a typical steppe in InnerMongoliawereexamined by using terminal restriction fragment length polymorphism analyses（T-RFLP）.The results showed that AM fungal abundance in the rhizosphere soil of C.incertus was significantly lower than that of S.viridis.The AM fungal community composition in the rhizosphere soil of the two plant species also largely differed.In general，AM fungal community structures in roots corresponded very well to that in rhizosphere soils for both plant species.The dominant AM fungal type both in invasive and in native plants was T-RFLP 524 bp，which represents Glomus sp.（Virtual taxa 109 and 287）.Three specific T-RF types（280，190 and 141 bp）were significantly higherwith C.incertus，representing three clusters in Glomus which also named as VT（virtual taxa）287，64 and 214，Rhizophagus intraradices（VT 113）and Diversispora sp.（VT 60）.While the specific T-RF types，189 and 279 bp，for S.viridis，only existed in Glomus cluster 1（VT 156），were significantly lower with C.incertus.These results indicated that AM fungimay play an important role in the invasion process of C.incertus，which still need further investigations.

arbuscularmycorrhiza fungi；Cenchrus incertus；plant invasion；T-RFLP；q-PCR

S154.3

A

1001-5280（2015）05-0534-08

10.3969／j.issn.1001-5280.2015.05.18

2015-06-10

向 丹（1984-），女，湖北宜昌人，博士，主要從事土壤微生物分子生態(tài)方面研究，Email:smilingxiangdan＠163.com。*通信作者，Email:xinzhang＠rcees.ac.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41371264）。