内生真菌和田间管理措施对土...真菌群落丰度和多样性的影响_金媛媛.pdf

第 32 卷第 4 期Vol.32，No.4142-1522023 年 4 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA金媛媛，陈振江，王添，等.内生真菌和田间管理措施对土壤真菌群落丰度和多样性的影响.草业学报，2023，32（4）：142152.JIN Yuan-yuan，CHEN Zhen-jiang，WANG Tian，et al.Effects of Epichlo endophyte and field management practices on the abundance and diversity ofthe soil fungal community.Acta Prataculturae Sinica，2023，32（4）：142152.内生真菌和田间管理措施对土壤真菌群落丰度和多样性的影响金媛媛，陈振江，王添，李春杰*（兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业教育部工程研究中心，兰州大学甘肃省西部草业技术创新中心，兰州大学草地微生物研究中心，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020）摘要：禾草内生真菌通过影响植物地上部分分解和根系分泌物来影响宿主植物生境土壤化学性质和微生物群落。然而，很少有详细的数据表明 Epichlo内生真菌对宿主植物生境土壤的影响主要是由内生真菌介导的植物地上部分分解还是根系代谢引起的。本研究通过不同田间管理措施（植物刈割返田、刈割移除和自然生长），在刈割和返田3次后测定内生真菌侵染（E+）和未侵染（E-）样地土壤的化学性质和土壤真菌群落丰度和多样性。结果表明：1）内生真菌增加了植物刈割返田后 E+样地土壤中有机碳、铵态氮和硝态氮的含量，显著增加了宿主植物自然生长土壤中铵态氮的含量；2）内生真菌显著增加了植物刈割返田后和植物自然生长土壤中真菌群落的 Alpha 多样性，而Beta多样性在 3种处理下都有显著差异；3）内生真菌和管理措施可以直接影响土壤真菌群落的丰度和多样性，也可以通过影响土壤化学性质（有机碳、碳氮比和硝态氮）间接影响土壤真菌群落的丰度和多样性。综上所述，Epichlo内生真菌介导的植物地上部分分解和根系代谢均会对土壤化学性质和土壤真菌群落丰度、多样性产生影响，其中内生真菌介导的地上部分分解的作用强于根系代谢。关键词：田间管理措施；内生真菌；土壤真菌；根系代谢；植物枯落物分解Effects of Epichlo endophyte and field management practices on the abundance anddiversity of the soil fungal communityJIN Yuan-yuan，CHEN Zhen-jiang，WANG Tian，LI Chun-jie*State Key Laboratory of Grassland Agro-Ecosystems，Engineering Research Center of Grassland Industry，Ministry of Education，Gansu Tech Innovation Center of Western China Grassland Industry，Center for Grassland Microbiome，College of PastoralAgriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730020，ChinaAbstract：Endophytic fungi in grasses affect soil chemistry and microbial communities in host plant habitats byaffecting above-ground plant litter decomposition and root exudation.However，few detailed data are available onwhether the effects of Epichlo endophyte on the habitat soils of host plants are mainly caused by endophyte-mediatedplant litter decomposition or root metabolism.In this study，the chemical properties and the abundance and diversityof the soil fungal community in endophyte-infected（E+）and-free（E-）sample soils were determined after threecycles of mowing with different treatment practices（mowing and return to the field，mowing and removal，andnatural growth）.It was found that：1）Endophyte fungi increased organic carbon，ammonium nitrogen and nitrateDOI：10.11686/cyxb2022154http：/收稿日期：2022-04-06；改回日期：2022-07-27基金项目：973项目课题（2014CB138702），教育部创新团队发展计划（IRT17R50）和国家自然科学基金（30070546）资助。作者简介：金媛媛（1993-），女，回族，宁夏银川人，在读博士。E-mail： 通信作者 Corresponding author.E-mail：第 32 卷第 4 期草业学报 2023 年nitrogen in the soil of E+sample plots under the treatment of mowing back to the field，and significantly increasedammonium nitrogen content in the naturally growing soil of the host plants.2）Epichlo endophyte significantlyincreased the alpha diversity of the soil fungal community under the treatment of mowing and return to the field，while beta diversity differed significantly among the three treatments.3）Epichlo endophyte and managementpractices affected the abundance and diversity of the soil fungal community directly，or indirectly by affecting soilchemical properties（organic carbon，carbon to nitrogen ratio and nitrate nitrogen）.In summary，both decompositionof above-ground plant parts and root metabolism mediated by endophyte infection affect soil chemistry and theabundance and diversity of soil fungal community，with endophyte-mediated decomposition of above-ground partshaving a stronger effect than root metabolism.Keywords：fieldmanagementpractices；Epichloendophyte；soilfungi；rootmetabolism；plantlitterdecomposition禾草内生真菌是指在宿主禾草体内完成其全部或部分生活史但不引起宿主禾草任何病症的一类真菌1，主要靠种子进行垂直传播来侵染下一代2。禾草-内生真菌共生体的双重特性已经成为近 30年来研究的热点领域之一。一方面，禾草内生真菌依靠宿主禾草获取养分和生存空间，与禾草共生形成互惠共生体3，提高了宿主的抗虫4、抗病5、耐旱6、耐盐碱7、生长速率8、竞争性9，进而在草地生态系统中发挥作用10-11。另一方面，共生体产生的生物碱等次生代谢物，可导致草食家畜中毒，影响草地畜牧业的健康发展12。大量的研究证实禾草内生真菌共生对宿主植物生境土壤也会产生显著的影响13-14。内生真菌侵染高羊茅（Festuca arundinacea）可增加其生境土壤有机碳、全氮含量，改变土壤微生物群落结构15。内生真菌侵染高羊茅可增加土壤中酚类化合物和有机酸的含量，进而影响土微生物群落和功能16。内生真菌共生通过改变宿主植物根系代谢和枯落物分解，来影响宿主植物生境土壤；一方面，内生真菌共生可以改变宿主根系分泌物和根际代谢物含量来影响土壤真菌和细菌等土壤微生物群落16-17，进而影响土壤养分循环；另一方面，内生真菌通过影响宿主植物生物量和化学特性，改变宿主植物枯落物的质量和分解速率，从而使输入土壤的养分发生变化18，影响微生物生境。但关于禾草内生真菌主要介导宿主植物地上部分分解还是其根系代谢来影响宿主生境土壤养分和微生物群落变化的研究甚少。多年生黑麦草（Lolium perenne）是冷季草中最常见的牧草和草坪草，其具有生长速度快、须根发达、适应性强、耐盐碱、可增加土壤有机质和改善土壤结构等优点，在胁迫研究中常被选为模式植物19。为了明确枯落物和根系代谢对内生真菌影响宿主植物生境土壤养分和微生物群落的贡献，本研究选择以 Epichlo festucae var.lolii内生真菌侵染的多年生黑麦草为研究材料，该材料种子内生真菌带菌率为 96.5%，具有抗病、耐寒、耐贫瘠等特性8，20。本研究设置植物刈割还田、刈割移除和自然生长 3个处理，探讨植物地上部分分解和地下部分根系代谢两种方式对内生真菌影响土壤化学和生物特性的贡献，为进一步研究和利用禾草-内生真菌共生体提供理论依据。1材料与方法1.1植物材料本研究于 2015 年在兰州大学榆中实验站（N 3585，E 10412）建立 E.festucae var.lolii 内生真菌侵染（E+）和未被侵染（E-）的多年生黑麦草试验田。2017年收集 E+和 E-种子，保存在 4 C冰箱待用。1.2试验设计1.2.1试验地概况试验于 2017 年 9 月-2018 年 11 月在兰州大学榆中实验站进行。试验期间平均气温为8.88，平均降水量为 31.72 mm。试验地土壤基况：有机碳 8.23 g kg-1、全氮 0.96 g kg-1、全磷 0.63 g kg-1、铵态氮 1.26 mg kg-1、硝态氮 19.89 mg kg-1、速效磷 4.6 mg kg-1、速效钾 58.7 mg kg-1和 pH 7.4。143Vol.32，No.4ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）1.2.2试验设计将打破休眠后的 E+和 E-种子分别穴播于 3 m4 m 的小区，行间距均为 50 cm。试验小区采用完全随机设计，每处理 3个重复。在出苗前每天早晚喷灌 2 h，为幼苗快速生长提供充足的水分。及时清除杂草尽可能地避免其他植物对土壤的影响。在植物生长 45 d后，采用苯胺蓝染色法13对幼苗携带的内生真菌进行检