武夷山洋庄茶区水仙茶树丛枝菌根真菌多样性调查

李国平，盛丹尼

(武夷学院 生态与资源工程学院，福建 武夷山 354300)

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)是一类能侵染植物根系形成共生体的土壤真菌，大约90%陆地植物能和AMF 共生形成菌根[1]。按最新分类系统，AMF 属菌物界（kingdom of fungi）球囊菌门Glomeromycota，下设1 纲4 目11 科27 属，全球被发现和描述的AMF 大约有约300 种[2]。我国的AMF 物种十分丰富多样，已发现并描述的有约130 个种[3-4]。

茶树(Carmellia sinensis (L.) O.Ktze.) 是我国重要的经济作物。早在20 世纪初就发现茶树根际存在AMF，而且茶树对菌根的依赖性比较高，属于菌根依赖性较强的植物[5]。AMF 具有重要的生理和生态功能，不仅能有效地促进茶树对营养物质吸收、促进生长发育、影响植物的次生代谢、提高茶叶品质，还能提高茶树的抗逆性[6-11]。尽管对茶树AMF 的生理和生态作用已有较多研究，然而，关于茶园土壤中AMF 物种多样性方面的研究尚比较薄弱，仅我国南方红壤茶园、贵州、安徽及山东青岛崂山茶区有相关研究报道[12-16]，已研究的几个茶区AMF 物种构成不同，优势属种也不同。

福建是乌龙茶的发源地，武夷岩茶以其独特的“岩骨花香” 成为乌龙茶中的佼佼者，武夷水仙（Carmellia sinensis cv.Fujian Shuixian）为武夷岩茶的当家品种，因具馥郁香气和醇厚滋味，而驰名中外。武夷山的水仙茶树有一般水仙和老丛水仙之分，老丛水仙指树龄达50 a 以上而又具有特殊香气或“丛味”的茶树。位于武夷山市北部的洋庄茶区是武夷水仙的重要产地，该茶区的老丛水仙具有一些特殊香或味，有别于其他产区的老丛水仙[17]。

迄今为止，关于福建地区植物根际AMF 资源状况的研究较为鲜见[18-19]，而目前尚无关于福建茶区茶树AMF 多样性的研究报道。为探索福建武夷山茶区AMF 种质资源状况，以及不同种植年龄水仙根际土壤中的AMF 种属构成是否存在差异，本研究对武夷山市洋庄茶区水仙茶树根部AMF 的侵染情况、AMF 种属构成及分布特征进行调查，为AMF 在武夷茶园中的进一步应用研究提供依据。

1.1 样品采集与取样点基本情况

选择武夷山市洋庄乡不同茶树种植区为土壤样品采集地（28 个），采集的茶树品种为一般水仙和老丛水仙，取样点的基本情况见表1。在每个采集地随机选择1～3 株茶树，在距离茶树主干0～20 cm处，去除表面上的枯枝烂叶后，再向下挖深10～20 cm收取带有茶树新根的根系，并将挖取的根系和根际土混合均匀，一并装入密封袋中，贴上标签，带回实验室。茶树根样清水洗净后剪成1 cm 长根段，置于福尔马林-醋酸-酒精固定液（FAA 固定液）中固定。将根际土样中的石子和异物挑出丢弃，自然风干后装入塑料袋中，于4 ℃冰箱保存。

表1 茶树根及根际土壤取样点的基本信息Tab.1 Basic information of tested plots for tea rhizosphere roots and soil samples

1.2 AMF 的侵染率测定

将茶树根样从FAA 固定液中取出，流水冲洗后置于20% KOH 中，70 ℃下水浴透明处理，再用5%乙酸酸化5 min，采用5%醋酸-墨水染色液(5%的冰醋酸95 mL，墨水5 mL) 染色30 min，经脱色处理后滴加适量甘油制成装片，在光学显微镜下观察并拍照，统计各样品根系的侵染率[20]。

1.3 AMF 的分离鉴定

根际土采用湿筛-倾斜蔗糖离心法分离提取AMF孢子[21]。

参照《中国丛枝菌根真菌资源与种质资源》[3]中描述的各属特征及近几年发表的相关分类文献资料[2,4,21,22]，同时参照国际AM 菌种保藏中心关于种属的描述及图片对AMF 进行属种的鉴定。

1) AMF 种的丰度(species richness，SR)：SR 指茶树根际每100 g 土壤中AMF 种的数目；

2) AMF 分布频度(frequency，F)：

1.4 茶树根际AMF 群落相似性系数测定

按Sφrenson 系数公式计算不同样地茶树根际AMF 群落组成相似性系数[16]：

式中:j 为两样地茶树根际共同存在的AMF 种类数目；
a 为某样地茶树根际的AMF 种类数目；
b 为另一样地茶树根际存在的AMF 种类数目。将AMF 群落物种相似度划分为：极低(＜0.20)、低(＜0.21～0.40)、中(0.41～0.60)、高(0.61～0.80)，以及极高(0.80～1.00)。

1.5 数据处理

使用Excel 2007 进行数据初步整理分析,采用SPSS 16.0 软件对数据进行Independent Samples Test统计分析。

2.1 茶树根的AMF 侵染情况

通过醋酸墨水法染色和镜检可知，所有样地的茶树根系均有被AMF 侵染（表2），形成典型的丛枝菌根结构（图1A），具根外菌丝（图1B）、根内菌丝(图1C)及孢子(图1D)，在根皮层细胞间隙或根细胞内形成数量可观，形状多样（圆球形、椭圆形、棒形或不规则形）的泡囊(图1E)。

图1 水仙茶树AMF 侵染情况A：丛枝；
B：根外菌丝；
C：根内菌丝；
D：根内孢子；
E：泡囊Fig.1 The AMF infection characteristics of Shuixian tea plantA：arbusoule；
B：external hypha；
C：intraradical hypha；
D：spores within the roots；
E：vasicle

由表2 可知，AMF 侵染率在12%～100%，在28 份样本中有8 个样本的AMF 侵染率达100%，平均侵染率达68.4%，说明武夷山市洋庄水仙茶树根部AMF 侵染率较高。

表2 不同样地茶树根样的AMF 侵染率Tab.2 AMF infection rate of each tea root samples

28 份样本中，一般水仙（n=19）的AMF 侵染率平均值为（68.41±6.83）%，老丛水仙（n=9）的AMF 侵染率平均值为（71.41±6.55）%，t 检验表明，老丛水仙与一般水仙的AMF 侵染率无显著差异(P＞0.05）。根际各土壤类型AMF 侵染率分别为：沙质（68.95±28.46）%（n=16）、粘土（46.10±33.79 ）%（n=2）、黄壤土（56.00±15.17 ）%（n=5）、木屑土（70.001±4.14 ）%（n=2）、腐殖土（100±0.00）%（n=3），t 检验表明：腐殖土与黄壤土、腐殖土与粘土间的AMF 侵染率有显著差异（P＞0.05），其他土壤类型间的AM 侵染率无显著差异（P＞0.05）。这说明土壤类型对茶树根系的AMF 侵染有一定影响。

2.2 茶树根际土壤中AMF 的种属构成与分布特征

从武夷山市洋庄水仙茶园28 个采样地的茶树根际土中共分离鉴定出3 属26 种AMF，其中球囊霉属Glomus16 种，占总种数的61.5%；
无梗囊霉属Acaulospora9 种，占总种数的34.6%；
盾巨孢囊霉属Scutellospra1 种，占总种数的3.8%。其中，球囊霉属16种分别是聚丛球囊霉（Glomus aggregatum）、褐色球囊霉（G.badium）、明球囊霉（G.clarum）、长孢球囊霉（G.dolichosporum）、象牙白球囊霉（G.eburneum）、团集球囊霉（G.glomerulatum）、宽柄球囊霉（G.magnicaule）、木薯球囊霉（G.manihotis）、悬钩子状球囊霉（G.rubiforme）、美丽球囊霉（G.formosanum）、透光球囊霉（G.diaphanum）、粘屑球囊霉（G.spurcum）、白色球囊霉（G.albidum）、晕环球囊霉（G.halontum）、黑球囊霉（G.melanosporum）、粗柄球囊霉（G.pachycalis）；
无梗囊霉属9 种分别是双网无梗囊霉（Acaulospora bireticulata）、光壁无梗囊霉（A.laevis）、丽孢无梗囊霉（A.elegans）、凹坑无梗囊霉（A.excavata）、詹氏无梗囊霉（A.gerdemannii）、尼氏无梗囊霉（A.nicolsonii）、刺无梗囊霉（A.spinosa）、皱壁无梗囊霉（A.rugosa）及疣状无梗囊霉（A.tuberculata）。盾巨孢囊霉属1 种为美丽盾巨孢囊霉（Scutellospra calospora）。

各样地AMF 种的丰度及其分布频度情况见表3，从表3 可以看出，分布频度大于50 %的有6 种，分别是聚丛球囊霉、明球囊霉、宽柄球囊霉、木薯球囊霉、粘屑球囊霉和光壁无梗囊霉；
其中光壁无梗囊霉的分布频度最高，达89.3%，为武夷山市洋庄水仙茶树根际优势种；
分布频度在30%～50%之间的常见种有5种，即长孢球囊霉、团集球囊霉、晕环球囊霉、粗柄球囊霉和凹坑无梗囊霉；
分布频度小于10%的稀有种有悬钩子状球囊霉、黑球囊霉、丽孢无梗囊霉和皱壁无梗囊霉等4 种，其中丽孢无梗囊霉仅在第5 个样地有分布。

表3 武夷山洋庄茶区各样地AMF 种的丰度及其分布频度Tab.3 The AMF species richness and distribution frequence of each tested plots in Yangzhuang tea area of Wuyishan city

不同采样地茶树根际的AMF 物种丰度（SR）表现出较大的差异，各样地的SR 值在4～15 之间，其中第11 个采样地的茶树AMF 的种类最多，SR 值为15，占AMF 总种数的57.7%，而第1 个采样地只分离鉴定出3 种，占AMF 总种数的11.5%。虽然有的样地SR 值相同或接近，但其种类组成却有较大的差异，这也反映出武夷山市洋庄茶园水仙茶树根际AMF 的丰富性。

2.3 不同茶树类型及根际土壤类型的AMF 群落相似性

从一般水仙茶树根际土壤分离鉴定出AMF 26种，而从老丛水仙茶树根际土壤仅分离鉴定出AMF23种；
皱壁无梗囊霉、丽孢无梗囊霉、悬钩子状球囊霉是一般水仙的特有种。一般水仙和老丛水仙之间AMF群落Sφrenson 相似性系数为0.94，AMF 群落相似度极高，说明水仙茶树根际土壤AMF 群落构成与茶树生长年龄无关。

研究分别从水仙茶树根际沙质土、粘土、黄壤土，木屑土和腐殖土分离鉴定出AMF 为26、15、20、9 和11 种；
沙质土的AMF 物种丰度最高，木屑土的AMF物种丰度最低；
5 种土壤类型的共有种是光壁无梗囊霉、宽柄球囊霉和明球囊霉，丽孢无梗囊霉是沙质土的特有种；
不同根际土壤类型AMF 群落Sφrenson 相似性系数在0.46～0.87（表4），沙质土与黄壤土间的AMF 群落相似性极高，粘土与沙质土、粘土与黄壤土间的AMF 群落相似性高，其他土壤类型间AMF 群落相似度在0.46～0.59 间，均属中等水平。这说明不同根际土壤类型间AMF 物种多样性差异显著，水仙茶树根际土壤AMF 群落构成与土壤类型有关。

表4 不同根际土壤类型AMF 群落Sφrenson相似性系数Tab.4 Sφrenson similarity coefficient of AMF communities in different rhizosphere soil type

茶树属于菌根依赖性较强的植物，但不同地区茶树丛枝菌根真菌侵染率存在着差异。研究结果表明，武夷山市洋庄水仙茶树根部AMF 侵染率在12%～100%，平均侵染率达68.4%。据报道，安徽茶区茶树AMF 侵染率在36%～95%，平均达86%[16]，豫南茶园的AMF 侵染率平均为66.9%[13]，而贵州茶区茶树AMF平均定殖率和侵染率分别只有36.6%和7.01%[23]。茶树根系AMF 侵染与土壤因子显著相关，不同土壤因子对AMF 侵染率的贡献不同[11,23]。腐殖土与黄壤土、腐殖土与粘土间的AMF 侵染率有显著差异，也说明土壤类型对茶树根系的AMF 侵染有一定影响。

中国不同茶区茶树根际AMF 属种构成存在显著差异。从武夷山市洋庄水仙茶园共分离鉴定出3 属26种AMF，其中球囊霉属16 种，无梗囊霉属9 种，盾巨孢囊霉属1 种，球囊霉属为该研究区优势属，聚丛球囊霉、明球囊霉、宽柄球囊霉、木薯球囊霉、粘屑球囊霉和光壁无梗囊霉共6 种的分布频度大于50%，为该研究区常见种，其中光壁无梗囊霉的分布频度最高，为武夷山市洋庄水仙茶树根际优势种。据报道，安徽省茶区茶树AMF 有3 属36 种，无梗囊霉属（16 种）为优势属，缩管柄囊霉（Funneliformis constrictum）是优势种[16]；
山东省崂山是中国北方最具代表性的茶区,AMF 有3 属22 种,无梗囊霉属的分布频度最高，光壁无梗囊霉(Acaulospora laevis)、波状无梗囊霉(Acaulospora undulata)和隐球囊霉(Glomus occultum)为该茶区不同种植园的优势种[14]；
河南省豫南茶园AMF有4 属12 种，其中球囊霉属（6 种）为优势属，光壁无梗囊霉(Acaulospora laevis)、聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum)是该区茶园优势种[13]；
邢丹等从贵州省不同茶树种植区分离出AMF4属31 种，其中球囊霉属18 种，无梗囊霉9 种[15]。从研究结果及相关报道可以看出，我国茶区茶树根际AMF的优势属都为球囊霉属或无梗囊霉属，但不同茶区的AMF 物种构成与优势种存在明显差异，即不同茶区的AMF 多样性存在显著差异。尽管AMF 是否具有地带性分布特征仍然存在广泛争议[24]，但很多研究[24-28]表明AMF 的多样性受到各种非生物因子和生物因子的影响，在不同生态系统中AMF 多样性表现出明显的差异，土壤因子（包括土壤类型、土壤pH 值、土壤养分和土壤结构等）是影响AMF 真菌多样性的重要因子之一。对不同根际土壤类型的AMF 群落Sφrenson 相似性分析结果也说明不同根际土壤类型间AMF 物种多样性差异显著。

对一般水仙和老丛水仙的AMF 侵染率及AMF群落Sφrenson 相似性进行统计分析，结果表明：老丛水仙与一般水仙的AMF 侵染率的差异不具有统计学意义（P＞0.05），两者之间AMF 群落Sφrenson 相似性也极高，从一般水仙茶树根际土壤分离出的AMF 数还比老丛水仙的多，即老丛水仙茶树根际没有AMF特有种，这些分析结果说明老丛水仙与一般水仙茶品质上差异与AMF 无关，老丛水仙茶的特殊香气或“丛味”品质形成的机理有待从茶树本身生化代谢、基因表达与调控等方面进一步研究。