三江源区典型高寒草地丛枝菌根真菌多样性及构建机制

doi:10.11686/cyxb2020268

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (1): 46-58.DOI: 10.11686/cyxb2020268

三江源区典型高寒草地丛枝菌根真菌多样性及构建机制

李聪聪¹(), 周亚星¹, 谷强², 杨明新², 朱传鲁³, 彭子原³, 薛凯⁴, 赵新全⁵, 王艳芬³, 纪宝明¹, 张静¹()

^1.北京林业大学草业与草原学院，北京 100083
^2.中国地质调查局西宁自然资源综合调查中心（原武警黄金第六支队），青海西宁 810021
^3.中国科学院大学生命科学学院，北京 100049
^4.中国科学院大学资源与环境学院，北京 100049
^5.中国科学院西北高原生物研究所，青海西宁 810008

收稿日期:2020-06-15 修回日期:2020-07-21 出版日期:2021-01-20 发布日期:2021-01-08
通讯作者: 张静
作者简介:Corresponding author. E-mail: zhangjing_2019@bjfu.edu.cn
李聪聪 (1995-)，女，山西临汾人，在读硕士。E-mail: congcongli1995@163.com
基金资助:
科技部重点研发项目(2016YFC0501802);国家自然科学基金青年基金项目(31800380);第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0304)

The species diversity and community assembly of arbuscular mycorrhizal fungi in typical alpine grassland in Sanjiangyuan region

Cong-cong LI¹(), Ya-xing ZHOU¹, Qiang GU², Ming-xin YANG², Chuan-lu ZHU³, Zi-yuan PENG³, Kai XUE⁴, Xin-quan ZHAO⁵, Yan-fen WANG³, Bao-ming JI¹, Jing ZHANG¹()

^1.School of Grassland Science，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China
^2.Xining Natural Resources Comprehensive Survey Center （The Former No. 6 Gold Geological Party of PAP），China Geological Survey，Xining 810021，China
^3.College of Life Science，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^4.College of Resources and Environment，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^5.Northwest Institute of Plateau Biology，Chinese Academy of Sciences，Xining 810008，China

Received:2020-06-15 Revised:2020-07-21 Online:2021-01-20 Published:2021-01-08
Contact: Jing ZHANG

摘要/Abstract

摘要：

为探究三江源地区典型高寒草地生态系统中丛枝菌根（AM）真菌群落变化的关键驱动过程，以三江源国家公园高寒荒漠、高寒草原、高寒草甸和高寒湿地4种典型草地生态系统为研究对象，基于Illumina-Miseq高通量测序手段，通过分析不同生态系统中AM真菌群落的物种及谱系组成，并结合群落谱系分析方法，探明影响AM真菌群落组成的各种因素，推断出AM真菌群落的构建机制及关键生态过程。结果表明：1）4种草地类型AM真菌多样性和群落结构存在明显差异，高寒荒漠、高寒草甸、高寒湿地的优势属均为球囊霉属（Glomus），高寒草原的优势属则为多样孢囊霉属（Diversispora）。2）高寒湿地AM真菌的OTU丰富度和谱系多样性指数均显著低于其他3种草地类型。3）植物群落组成、土壤含水量和有效N∶P是影响AM真菌群落组成的主要因子，其中土壤含水量是AM真菌群落物种组成的首要决定因素，而植物群落组成是决定AM真菌群落谱系组成的关键因子。4）4种草地类型的AM真菌群落谱系结构均为聚集模式，在高寒荒漠，AM真菌群落构建由随机过程决定，而在高寒草原、高寒草甸和高寒湿地，AM真菌群落受随机过程以及微弱的环境选择作用主导。

关键词: 高寒草地生态系统, 丛枝菌根真菌, 谱系结构, 群落构建

Abstract:

This study investigated the key processes driving arbuscular mycorrhizal （AM） fungal community changes in typical alpine grassland ecosystems， by systematically measuring AM fungal diversity and community composition in four typical grassland ecosystems of Sanjiangyuan National Park， based on the Illumina-Miseq high-throughput sequencing method. The ecosystems evaluated were： Alpine desert， alpine steppe， alpine meadow and alpine wetland. Ecological processes structuring the fungal communities were inferred according to phylogenetic patterns and species abundance distributions in different ecosystems. It was found that： 1） The dominant genus in alpine desert， alpine meadow and alpine wetland was Glomus， while the dominant genus in alpine steppe was Diversispora. 2） The OTU richness and phylogenetic diversity index of AM fungi in alpine wetland were significantly lower than those of the other three grassland ecosystem types. 3） There were significant differences in species composition and phylogenetic composition of AM fungal communities among different grassland types. Plant community composition， soil water content， and available N∶P were the main factors affecting the composition of the AM fungal community. Soil water content was the primary determinant of the species composition of the AM fungal community， and plant community composition was a key factor in determining the phylogenetic composition of the AM fungal community. 4） AM fungal communities were all phylogenetically clustered in the four grassland types. The phylogenetic structure of AM fungal communities in the different grassland types are clustered. In alpine deserts， AM fungal community assembly is determined by stochastic processes， while in alpine grasslands， alpine meadows and alpine wetlands， AM fungal community assemblage are determined by stochastic processes and weak responses to environmental filtering.

Key words: alpine grassland ecosystem, arbuscular mycorrhizal （AM） fungi, phylogenetic structure, community assembly

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图/表 11

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植物丰富度Plant richness	8.54±0.45ab	7.92±0.21bc	9.54±0.65a	6.78±0.78c	24
香农-威纳指数Shannon-Wiener index	1.93±0.05a	1.89±0.03a	2.06±0.09a	1.65±0.11b	14
土壤含水量SWC （%）	4.39±0.44d	14.06±0.38c	22.60±1.03b	37.30±2.82a	68
土壤pH Soil pH	8.88±0.02a	8.18±0.02b	8.07±0.05b	8.19±0.09b	4
土壤有机碳SOC (g·kg^-1)	5.83±0.85c	27.68±5.10b	58.75±3.55a	53.19±5.51a	73
可溶性有机碳DOC (mg·kg^-1)	68.04±1.63c	119.51±6.46b	160.34±5.16a	156.45±4.17a	33
土壤全氮TN (g·kg^-1)	0.75±0.07c	2.84±0.46b	5.00±0.35a	5.28±0.43a	66
土壤全磷TP (g·kg^-1)	0.25±0.01b	0.51±0.02a	0.51±0.02a	0.49±0.03a	29
土壤有效氮AN (mg·kg^-1)	11.48±0.50c	58.84±2.12b	78.15±5.22a	73.57±11.68a	60
土壤有效磷AP (mg·kg^-1)	2.62±0.46c	6.39±0.44b	8.80±0.42a	5.80±0.90b	49
有效氮磷比N∶P	5.34±0.57b	9.63±0.59b	9.04±0.66b	14.99±3.65a	63

变量 Variables	高寒荒漠 Alpine desert	高寒草原 Alpine steppe	高寒草甸 Alpine meadow	高寒湿地 Alpine wetland	变异系数 Coefficient of variation (CV, %)
植物丰富度Plant richness	8.54±0.45ab	7.92±0.21bc	9.54±0.65a	6.78±0.78c	24
香农-威纳指数Shannon-Wiener index	1.93±0.05a	1.89±0.03a	2.06±0.09a	1.65±0.11b	14
土壤含水量SWC （%）	4.39±0.44d	14.06±0.38c	22.60±1.03b	37.30±2.82a	68
土壤pH Soil pH	8.88±0.02a	8.18±0.02b	8.07±0.05b	8.19±0.09b	4
土壤有机碳SOC (g·kg^-1)	5.83±0.85c	27.68±5.10b	58.75±3.55a	53.19±5.51a	73
可溶性有机碳DOC (mg·kg^-1)	68.04±1.63c	119.51±6.46b	160.34±5.16a	156.45±4.17a	33
土壤全氮TN (g·kg^-1)	0.75±0.07c	2.84±0.46b	5.00±0.35a	5.28±0.43a	66
土壤全磷TP (g·kg^-1)	0.25±0.01b	0.51±0.02a	0.51±0.02a	0.49±0.03a	29
土壤有效氮AN (mg·kg^-1)	11.48±0.50c	58.84±2.12b	78.15±5.22a	73.57±11.68a	60
土壤有效磷AP (mg·kg^-1)	2.62±0.46c	6.39±0.44b	8.80±0.42a	5.80±0.90b	49
有效氮磷比N∶P	5.34±0.57b	9.63±0.59b	9.04±0.66b	14.99±3.65a	63

类型Type	F	P
高寒荒漠/高寒草原Alpine desert/alpine steppe	4.89	0.001
高寒荒漠/高寒草甸Alpine desert/alpine meadow	3.87	0.001
高寒荒漠/高寒湿地Alpine desert/alpine wetland	7.03	0.001
高寒草原/高寒草甸Alpine steppe/alpine meadow	3.00	0.002
高寒草原/高寒湿地Alpine steppe/alpine wetland	8.11	0.001
高寒草甸/高寒湿地Alpine meadow/alpine wetland	5.67	0.001

类型Type	F	P
高寒荒漠/高寒草原Alpine desert/alpine steppe	4.89	0.001
高寒荒漠/高寒草甸Alpine desert/alpine meadow	3.87	0.001
高寒荒漠/高寒湿地Alpine desert/alpine wetland	7.03	0.001
高寒草原/高寒草甸Alpine steppe/alpine meadow	3.00	0.002
高寒草原/高寒湿地Alpine steppe/alpine wetland	8.11	0.001
高寒草甸/高寒湿地Alpine meadow/alpine wetland	5.67	0.001

项目 Item	OTU丰富度 OTU richness		香农-威纳指数 Shannon-Wiener index		谱系多样性指数 Faith’s phylogentic diversity index
项目 Item	r	P	r	P	r	P
植物丰富度Plant richness	0.48	0.001	-0.03	0.828	0.49	0.000
香农-威纳指数Shannon-Wiener index	0.47	0.001	-0.15	0.309	0.47	0.001
土壤含水量SWC	-0.59	0.000	-0.07	0.657	-0.60	0.000
pH	0.05	0.715	-0.04	0.788	0.07	0.654
土壤有机碳SOC	-0.17	0.248	-0.12	0.403	-0.17	0.243
土壤全氮TN	-0.23	0.109	-0.13	0.385	-0.24	0.104
土壤全磷TP	-0.06	0.697	0.04	0.777	-0.08	0.594
土壤有效磷AP	0.21	0.160	0.24	0.101	0.19	0.197
可溶性有机碳DOC	-0.23	0.124	-0.04	0.809	-0.23	0.112
土壤有效氮AN	-0.05	0.727	0.02	0.912	-0.06	0.676
有效氮磷比N∶P	-0.33	0.024	-0.40	0.005	-0.32	0.027

三江源区典型高寒草地丛枝菌根真菌多样性及构建机制

The species diversity and community assembly of arbuscular mycorrhizal fungi in typical alpine grassland in Sanjiangyuan region

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[3]	赵昕, 吴子龙, 张浩, 杨旭钊, 韩超, 高杰. 峰峰矿区煤矸石山周边植物丛枝菌根真菌的侵染及Cd含量研究[J]. 草业学报, 2020, 29(5): 78-87.
[4]	王英逵, 杨玉荣, 王德利. 盐碱胁迫下AMF对羊草的离子吸收和分配作用[J]. 草业学报, 2020, 29(12): 95-104.
[5]	高亚敏, 罗慧琴, 姚拓, 张建贵, 李海云, 杨琰珊, 兰晓君. 高寒退化草地委陵菜根围丛枝菌根菌(AMF)分离鉴定及促生效应[J]. 草业学报, 2020, 29(1): 145-154.
[6]	李文彬, 宁楚涵, 李伟, 李峰, 郭绍霞. 菲和芘胁迫下AMF和PGPR对高羊茅生理生态的响应[J]. 草业学报, 2019, 28(8): 84-94.
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[11]	何树斌, 郭理想, 李菁, 王燚, 刘泽民, 程宇阳, 呼天明, 龙明秀. 丛枝菌根真菌与豆科植物共生体研究进展[J]. 草业学报, 2017, 26(1): 187-194.
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[13]	杨高文, 刘楠, 杨鑫, 张英俊. 丛枝菌根真菌与个体植物的关系及其对群落生产力和物种多样性的影响[J]. 草业学报, 2015, 24(6): 188-203.
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项目 Item	群落物种组成Virtual taxon composition		谱系组成Phylogenetic composition
项目 Item	r	P	r	P
植物丰富度Plant richness	0.24	0.007	0.11	0.099
香农-威纳指数Shannon-Wiener index	0.26	0.009	0.12	0.107
土壤含水量SWC	0.58	0.001	0.49	0.001
pH	0.08	0.113	0.19	0.001
土壤有机碳SOC	0.14	0.018	0.23	0.001
土壤全氮TN	0.17	0.009	0.28	0.002
土壤全磷TP	0.07	0.166	0.09	0.110
土壤有效磷AP	0.02	0.347	0.15	0.013
可溶性有机碳DOC	0.09	0.040	0.19	0.001
土壤有效氮AN	0.18	0.011	0.23	0.004
有效氮磷比N∶P	0.30	0.029	0.45	0.001

项目 Item	群落物种组成Virtual taxon composition		谱系组成Phylogenetic composition
项目 Item	r	P	r	P
植物丰富度Plant richness	0.24	0.007	0.11	0.099
香农-威纳指数Shannon-Wiener index	0.26	0.009	0.12	0.107
土壤含水量SWC	0.58	0.001	0.49	0.001
pH	0.08	0.113	0.19	0.001
土壤有机碳SOC	0.14	0.018	0.23	0.001
土壤全氮TN	0.17	0.009	0.28	0.002
土壤全磷TP	0.07	0.166	0.09	0.110
土壤有效磷AP	0.02	0.347	0.15	0.013
可溶性有机碳DOC	0.09	0.040	0.19	0.001
土壤有效氮AN	0.18	0.011	0.23	0.004
有效氮磷比N∶P	0.30	0.029	0.45	0.001