新疆是我国荒漠化面积最大、分布最广、危害最严重的省区。由于降雨量稀少，蒸发量大，植被覆盖率低，加之资源过度利用导致新疆荒漠化问题越来越严重，而荒漠植被恢复被认为是改善生态环境的根本措施。受严酷自然条件制约，新疆植物种类稀少，只有极端耐旱植物才能得以生存。

新疆沙冬青(Ammopiptanthus nanus)为豆科沙冬青属植物，抗逆性强，固沙保土性能好，是新疆干旱荒漠地区唯一旱生常绿阔叶灌木，也是第三纪残遗种，国家二级保护植物^[1]。有文献记载，沙冬青即使在受到严重风蚀，根系外露几十厘米情况下，地上部分仍能正常生长，因其耐旱、耐寒、根系发达等特点，沙冬青被认为是荒漠治理的理想植物^[2]。

AM(Arbuscular mycorrhizal)真菌能与绝大多数高等植物根系形成稳定的共生结构，在植物根围形成庞大菌丝网络系统，AM真菌侵染宿主植物后，能够扩大宿主植物根系对土壤水分和矿质营养的吸收范围，促进植物生长，提高植物抗旱和耐盐碱能力^[3]。深色有隔内生真菌(Dark septate endophyte,DSE)泛指一群定居于植物根内的小型真菌，菌丝粗、颜色深、有明显横隔，广泛存在于健康植物表皮、皮层甚至维管组织细胞内或细胞间隙，但不会在根组织内形成典型菌根(mycorrhiza)解剖学特征或病原菌引起的病理学特征，目前在114科320属近600种植物根系组织中发现有DSE真菌定殖^[4]。尽管有关DSE对其宿主植物作用的研究结果不一，但DSE真菌广泛的宿主范围和生态分布，尤其是在逆境生态系统中的重要作用，倍受人们关注。

本文通过对新疆沙冬青根围土壤样品采集和分析，研究了AM和DSE真菌与新疆沙冬青共生关系和生态分布，以期为充分利用AM和DSE真菌资源促进沙冬青生长和荒漠植被恢复提供依据。

新疆阿图什市位于新疆维吾尔自治区西南部，年均气温6.5℃，属中温带大陆性荒漠气候，具有山地气候特征。土壤质地粘重，结构性差。在阿图什市分别选取4个样地，其中，康苏(75°00′475E、39°41′772N)，海拔2188m，为山谷干枯河床；膘尔托阔依(74°52′462E、39°30′279N)，海拔2546m，为山坡，分别设阳坡和阴坡两个样地；上图阿什(75°46′415E、39°39′163N)，海拔1775m，为农田附近山坡。

2012年6月分别从4样地随机选取3株新疆沙冬青，去除表层落叶层，按0—10、10—20、20—30、30—40和40—50cm5个土层采集土样约1kg。将土样装入塑料袋密封后带回实验室，过2mm筛，土样用于土壤因子和AM真菌孢子分析，根样用于AM和DSE真菌定殖结构分析。

AM和DSE真菌定殖率用Phillips和Hayman方法测定^[5]。土壤有机质用灼烧法^[6]；速效P用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法^[7]；碱解N用碱解扩散法； pH用pH计测定；全N用半微量开氏法。脲酶用Hoffmann与Teicher比色法^[8]；磷酸酶用改进的Taba-tabai和Brimner方法^[9]；球囊霉素按Wright等人^[10]方法测定。

采用SPSS19.0生物统计软件对试验数据进行统计分析。

观察结果表明，AM真菌侵染新疆沙冬青根系后形成典型丛枝菌根，菌根结构主要为疆南星型(Arum-type)，该类型菌丝在宿主根皮层细胞间延伸生长，形成大量胞间菌丝(图 1:1)，偶见具隔厚壁菌丝(图 1:2)，菌丝顶端形成形态各异的泡囊，大多为圆形(图 1:3)或椭圆形(图 1:4)，少数为杆状(图 1:5)和不规则形(图 1:6)，有时可见多个泡囊成串排列(图 1:7—8)，泡囊是AM真菌营养储存器官，在宿主植物生长良好AM真菌定殖较高的根中具较多泡囊；菌丝侧向分支进入细胞内发育成丛枝结构(图 1:9)，丛枝是植物与AM真菌之间进行物质和能量交换的主要场所，多发生在宿主植物需要大量营养时，丛枝寿命很短，根中常见正在消解的丛枝(图 1:10)；也有少量重楼型(Paris-type)结构，即有少量胞间菌丝并在胞内形成菌丝圈(图 1：11—12)。新疆沙冬青能被DSE侵染，在宿主根皮层细胞间形成菌丝网络(图 1:13—14)和胞内菌丝(图 1：15)，菌丝有横隔(图 1:16)，有时可见菌丝膨大(图 1:17)。DSE与AM真菌不同，其菌丝可侵入宿主根维管组织中(图 1:18)；微菌核是由细胞壁加厚的膨大细胞紧密堆积而成，多为“脑状”(图 1:19)、叶状(图 1:20)和微带状(图 1:21)。

图 1 新疆沙冬青与AM和DSE真菌共生结构 Fig. 1 AM and DSE fungal structure of Ammopiptanthus nanus 1: AM真菌内生菌丝；2: AM真菌有隔菌丝；3: 圆形泡囊；4: 椭圆形泡囊；5: 杆状泡囊；6: 不规则形泡囊；7—8: 成串泡囊；9: 丛枝；10: 丛枝消解；11—12: 菌丝圈；13—14: DSE根内菌丝；15: DSE胞内菌丝；16: DSE菌丝横隔；17: DSE菌丝膨大；18: DSE菌丝侵染至维管束；19: 脑状微菌核；20: 叶状微菌核；21: 微带状微菌核

图选项

由表 1可知，同一样地不同土层，菌丝和总定殖率均无规律性变化，其中，康苏、膘尔托阔依(阳)和上图阿什均在20—30cm土层达最大值且显著高于其他土层，而膘尔托阔依(阴)在0—10cm土层达最大值，各土层间无显著差异。样地间，菌丝和总定殖率康苏和上阿图什显著高于膘尔托阔依，而膘尔托阔依(阳)显著高于膘尔托阔依(阴)。

泡囊定殖率在土层间无规律性变化，其中康苏在0—20cm土层显著高于其他土层，膘尔托阔依(阳)40—50cm土层达最大值，膘尔托阔依(阴)10—40cm土层显著高于其他土层，上阿图什则在10—20cm土层达最大值。样地间，泡囊定殖率康苏和上阿图什显著高于膘尔托阔依，而膘尔托阔依阳面与阴面样地无显著差异。

丛枝定殖率在土层间变化无规律，康苏和上阿图什在40—50cm土层显著高于其他土层，膘尔托阔依(阳)和膘尔托阔依(阴)在0—10cm土层达最大值。样地间，仅康苏和膘尔托阔依(阳)显著大于膘尔托阔依(阴)和上阿图什。

定殖强度康苏仅10—20cm土层显著低于其他土层；膘尔托阔依(阳)10—20cm土层显著高于其他土层，30—40cm土层显著低于其他土层；膘尔托阔依(阴)30—40cm土层达最大值；上阿图什10—30cm土层显著高于0—10cm和30—50cm土层。样地间，仅上阿图什的定殖强度显著高于其他样地。

由表 2可知，同一样地，菌丝定殖率和总定殖率在土层间无规律性变化。康苏和上阿图什40—50cm土层显著高于其他土层；膘尔托阔依(阳)0—10cm土层显著高于其他土层；膘尔托阔依(阴)0—20cm土层达最大值。不同样地，菌丝和总定殖率为膘尔托阔依(阳)显著高于膘尔托阔依(阴)，膘尔托阔依(阴)显著高于康苏，康苏显著高于上阿图什。

微菌核定殖率康苏0—10cm和40—50cm土层显著高于其他土层；膘尔托阔依(阳)和膘尔托阔依(阴)0—10cm土层显著高于其他土层；上阿图什10—20cm和30—40cm土层达最大值并显著高于其他土层。不同样地，微菌核定殖率膘尔托阔依(阴)显著高于膘尔托阔依(阳)，膘尔托阔依(阳)显著高于上阿图什，上阿图什显著高于康苏。

定殖强度康苏40—50cm土层显著高于其他土层，20—30cm显著低于其他土层；膘尔托阔依(阳)仅40—50cm土层显著高于其他土层；膘尔托阔依(阴)10—20cm土层显著高于其他土层；上阿图什30—40cm土层显著高于其他土层。不同样地，定殖强度为膘尔托阔依(阳)显著高于膘尔托阔依(阴)，膘尔托阔依(阴)显著高于上阿图什，上阿图什显著高于康苏。

由表 3可知，土壤pH上阿图什显著高于膘尔托阔依(阴)，膘尔托阔依(阴)显著高于膘尔托阔依(阳)和康苏；土壤有机质样地间无显著差异；速效P康苏显著高于膘尔托阔依(阳)，膘尔托阔依(阳)显著高于膘尔托阔依(阴)和上阿图什；碱解N膘尔托阔依(阴)和上阿图什显著高于康苏和膘尔托阔依(阳)；全N康苏显著高于膘尔托阔依(阴)，并显著高于膘尔托阔依(阳)和上阿图什；脲酶膘尔托阔依(阳)和膘尔托阔依(阴)显著高于康苏，康苏显著高于上阿图什；总球囊霉素从康苏、膘尔托阔依(阳)、膘尔托阔依(阴)到上阿图什逐渐递增；酸性磷酸酶和碱性磷酸酶在膘尔托阔依(阴)显著高于膘尔托阔依(阳)和上阿图什，康苏显著低于其他样地。

由表 4可知，AM真菌菌丝定殖率与土壤脲酶、总球囊霉素和酸性磷酸酶极显著正相关，与土壤有机质和速效P显著正相关；泡囊定殖率与酸性磷酸酶极显著正相关；丛枝定殖率与总球囊霉素极显著正相关，与pH极显著负相关，与碱性磷酸酶显著负相关；总定殖率与速效P、总球囊霉素和酸性磷酸酶极显著正相关，与脲酶显著正相关，与pH显著负相关；定殖强度与pH和碱解N极显著正相关，与总球囊霉素显著正相关。

DSE菌丝定殖率与脲酶极显著正相关，与pH和碱解N极显著负相关；微菌核定殖率与碱解N、总球囊霉素和酸性磷酸酶极显著正相关，与脲酶显著正相关；总定殖率与脲酶极显著正相关，与pH极显著负相关，与碱解N显著负相关；定殖强度与总球囊霉素和酸性磷酸酶极显著正相关，与脲酶显著正相关，与全N极显著负相关，与有机质和速效P显著负相关。

由表 5可知，AM菌丝、泡囊和总定殖率与DSE各定殖结构极显著负相关，定殖强度与DSE菌丝和总定殖率显著负相关，丛枝定殖率与DSE菌丝和总定殖率极显著正相关。

试验结果显示，AM真菌总定殖率在4个样地最高为92.89%，最低72%，平均总定殖率为83.2% ，DSE平均总定殖率为53.22%。说明AM和DSE真菌能与新疆沙冬青根系形成良好共生关系，而AM和DSE共生体的形成可能是新疆沙冬青适应干旱荒漠环境的有效对策之一^[11]。AM真菌在新疆沙冬青根系中多形成Arum型菌根少见Paris型，Arum型AM侵染速度明显高于Paris型，快速侵染可使新疆沙冬青在短期内迅速改善营养状况，利于其在贫瘠干旱的环境中生存^[12]。因此，新疆沙冬青根系更多的形成Arum型丛枝菌根，是AM真菌与宿主植物共同决定的共生策略。

从土壤垂直剖面看，AM真菌定殖率在土层间差异显著。总定殖率最大值多分布在20—30cm土层，与最大值发生在10—20cm土层的研究结果不同^[13]，这可能与新疆荒漠地区独特的气候和土壤特性有关。沙冬青根系在浅土层易受风蚀，导致根系生长不良，AM真菌侵染也受到影响，同时AM真菌是好气性真菌^[14]，所以使得AM真菌定殖率最大值出现在条件适宜的浅土层。

本研究中，AM真菌菌丝定殖率和总定殖率表现出康苏和上阿图什显著高于膘尔托阔依，膘尔托阔依(阳)显著高于膘尔托阔依(阴)的趋势。可能由于康苏和上阿图什分别为山谷干枯河床和农田附近山坡，植物生长旺盛，体型较大，无论是土壤肥力或沙冬青发达根系更利于AM真菌定殖；而膘尔托阔依属于牧区，沙冬青多遭动物啃食，加之阴面山坡光照、温度等自然条件限制其生长，沙冬青根系供给AM真菌生长营养少，导致AM真菌定殖率降低。

DSE定殖率在土层间无规律性变化，但样地间差异显著。DSE总定殖率与AM真菌总定殖率在样地间变化规律不同。膘尔托阔依AM真菌总定殖率最低，而DSE总定殖率最高。这与DSE被认为是胁迫环境中AM真菌有益补充或替补的研究结果一致^{[15, 16]}。DSE微菌核定殖率在膘尔托阔依(阴)高于膘尔托阔依(阳)，可能是因为微菌核内存在多种酶，能够在宿主植物光合作用较弱时帮助分解土壤营养物质以供宿主植物根系吸收利用^[17]。

AM真菌作为宿主植物根系联系土壤环境的重要媒介，其定殖情况与土壤因子密切相关。本研究中，土壤脲酶、酸性磷酸酶、总球囊霉素、有机质和速效P与AM真菌各定殖结构极显著或显著正相关。AM真菌对植物最显著作用就是帮助植物从土壤环境中吸收P，在低磷环境中，仅靠沙冬青根系吸收周围土壤中的磷非常有限，而AM菌丝生长能够扩大磷吸收范围^[18]。土壤有机磷必须在磷酸酶作用下分解为无机磷才能被植物吸收利用，AM真菌能够分泌酸性磷酸酶活化有机磷。有机质与AM的显著正相关与刘永俊的研究结果一致^[14]，有机质在一定范围内含量较高时，有利于沙冬青吸收，促进其根系分泌更多营养物质，为AM真菌菌丝生长提供养料，从而提高AM真菌定殖率^[19]。土壤脲酶可使土壤有机化合物尿素水解生成氨，有利于AM真菌和宿主植物利用和生长^[20]。AM真菌能分泌球囊霉素，该物质是土壤活性有机物碳库最重要的来源。土壤pH与AM真菌定殖结构显著负相关，这与前人研究结果一致^[21]，AM真菌可以改变根围土壤微环境，影响土壤pH。土壤因子与AM真菌的密切关系，说明土壤因子不仅对AM真菌定殖有显著影响，而且丛枝菌根可以改善土壤肥力和健康状况。

目前，有关荒漠环境DSE与土壤因子相关性的报道甚少，研究结果不一。本试验中，DSE定殖率与脲酶极显著正相关，与碱解氮显著负相关，与pH极显著负相关。相关机理有待进一步探讨。

试验发现，新疆沙冬青能够同时被AM和DSE真菌侵染，并在同一根段中出现。AM定殖结构和DSE定殖结构几乎均为极显著或显著负相关，这与吴艳清^[22]试验结果一致。说明AM与DSE真菌之间可能存在生态位竞争，而AM和DSE真菌空间差异性分布说明在极端荒漠环境中，AM和DSE真菌均能与新疆沙冬青根系形成良好共生关系，但当宿主植物处于胁迫环境时，DSE比AM真菌适应性更强，定殖强度更高^[23]。

(1)AM真菌能与新疆沙冬青形成良好共生关系，共生程度与土壤因子密切相关，利用AM真菌资源促进新疆沙冬青生长和荒漠植被修复具有可行性。

(2)新疆沙冬青可被DSE侵染形成典型的真菌-根联系，进一步证明DSE具有广泛的宿主和生态分布，对研究DSE在生态系统中地位和作用有重要意义。

(3)AM和DSE真菌同时在新疆沙冬青根系内定殖，两者之间显著负相关，有助于进一步了解AM与DSE真菌之间的内在联系。

致谢: 感谢姚晓芹博士对论文写作的帮助。