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西鄂尔多斯荒漠被誉为内蒙古高原和亚洲中部植物特有属的分布中心。四合木（Tetraena mongolica）等珍稀植物以不同的生存策略适应了这里干旱贫瘠的生境。探索这些植物的丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal,AM）共生生物学特征、菌根结构、植物根内和根际土壤中丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）及其它微生物的多样性，对揭示这些植物的生物地理分布和对恶劣环境的适应机制具有重要的生物学意义。本研究以珍稀和特有分布的四合木（Tetraena mongolica）、霸王（Sarcozygium xanthoxylon）、白刺（Nitraria tangutorum）、沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）、绵刺（Potaninia mongolica）和半日花（Helianthemum songaricum）等灌木类植物群落、植物根系与根际土壤为研究对象，通过广泛收集研究区植物群落和土壤理化性质数据，分析群落物种组成和菌根特征，在此基础上借助形态分类学、高通量测序技术等多重分析方法，研究植物根系的AM菌根共生生物学特征以及AM真菌和微生物的多样性，最后借用结构方程模型等方法分析土壤因子对AM真菌和微生物群落的影响。主要结果如下：
1）对研究区植物群落状况进行调查发现，群落中植物共有11科22属27种，其中菊科占物种数22.22%，禾本科占物种数14.81%，蒺藜科占物种数11.11%。通过对多样性指标分析发现，样地群落多样性由高到低的顺序依次为四合木核心区样地＞杭锦旗巴拉贡样地＞棋盘井样地＞千里山样地。
2）蒺藜科的三种植物四合木、白刺和霸王植物根系没有发现丛枝结构，但有泡囊和菌丝结构，其中四合木和霸王根段上还有微菌核（microsclerotia）特化结构。绵刺植物的AM菌根结构极为典型，发育了泡囊、丛枝等结构。在半日花植物根段上除了发现泡囊、胞间菌丝和微菌核等结构外，还有深色有隔内生真菌菌丝特化结构。沙冬青植物根段上有胞间菌丝、泡囊和菌丝圈等结构。除此之外，通过测定优势植物菌根侵染率发现，AM真菌更偏好于与油蒿（Artemisia eriopoda）、沙生针茅（Stipa glareosa）、蒙古葱（Allium mongolicum）和糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）这些植物共生。
3）依据土壤中AM真菌无性孢子的形态学特征，从6种植物根际土壤分离鉴定出AMF孢子形态物种8属25种，包括Acaulospora、Claroideoglomus、Diversispora、Funeliformis、Glomus、Rhizophagus、Septoglomus和Scutellospora属；其中G.hyderolabadensis、Sep.constrium、Sep.deserticola、A.spinosa和R.intraradices等为优势菌群；通过对这些植物根际土壤孢子密度、物种丰富度和多样性指数统计，结果发现不同植物根际AMF群落组成和多样性不同，由高到低依次为半日花（BRHS）>白刺（Nts）>沙冬青（SDQS）>绵刺（MCS）>霸王（Sxs）>四合木（Tms）。
4）应用高通量测序技术分析6种植物根系AMF、细菌和真菌遗传多样性，结果如下：
①六种植物根系测得OTU（Optical Transform Unit）可注释6科9属29种AMF，包括Glomus、Rhizophagus、Septoglomus、Claroideoglomus和一些未鉴定种属，其中G.aggregatum、R.intraradices、Sep.deserticola为优势种。分析表明，六种植物根系AM真菌物种多样性和相对丰度各不相同，由高到低的顺序是绵刺（MCR）>半日花（BRHR）>四合木（Tmr）>沙冬青（SDQR）>白刺（Ntr）>霸王（Sxr）。
②注释的真菌类群包括Agaricomycetes、Dothideomycetes、Sordariomycetes和Eurotiomycetes等，四合木、白刺和半日花根系Sordariomycetes丰度最高，其相对丰度分别是52.07%、29.07%和22.91%。真菌群落Shannon-Wiener指数为0.791-3.153，Simpson指数为0.081-0.674，物种多样性由高到低依次为BRHR＞Ntr＞SDQR＞MCR＞Sxr＞Tmr。
③六种植物根系细菌物种多样性注释纲水平上包括：Cyanobacteria、Actinobacteria、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Acidobacteria。半日花、沙冬青和绵刺根系中Actinobacteria丰度较高，分别占29.94%、47.27%和36.59%。细菌群落Shannon-Wiener指数为2.053-5.864，Simpson指数为0.007-0.446，物种多样性由高到低依次为BRHR＞SDQR＞MCR＞Tmr＞Ntr＞Sxr。
5）采用高通量测序方法测定了6种植物根际AMF、真菌和细菌遗传多样性
①六种植物根际土壤测得164个OTU，6科10属32种AMF，Glomus、Rhizophagus、Septoglomus、Claroideoglomus和一些未鉴定种属；其中G.aggregatum、R.intraradices、Sep.deserticola、C.claroideum为优势种；不同植物根际土壤中AMF种属的相对丰度均不同。AMF群落Shannon-Wiener指数为1.56-2.67，Simpson指数为0.664-1.234，物种多样性由高到低依次为Sxs＞BRHS＞MCS＞Nts＞SDQS＞Tms。
②注释六种植物根际土壤中真菌的纲水平主要有Dothideomycetes、Sordariomycetes、Saccharomycetes、Eurotiomycetes、Tremellomycetes和Pezizomycetes等。不同植物根际土壤中真菌的丰度差异各不相同。四合木、霸王、沙冬青和绵刺根际土壤中Dothideomycetes丰富度均最高。真菌群落Shannon-Wiener指数为3.186-4.115，Simpson指数为0.036-0.117，多样性由高到低依次为BRHS＞Sx＞MCS＞Nts＞SDQS＞Tms。
③从纲水平注释六种植物根际土壤中细菌种类主要包括Cyanobacteria、Actinobacteria、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Acidobacteria等。四合木、霸王和半日花根际土中Alphaproteobacteria丰度最高。细菌群落Shannon-Wiener指数为1.928-5.632，Simpson指数为0.038-0.335，多样性由高到低依次为BRHS＞MCS＞Sxs＞Tms＞Nts＞SDQS。
6）六种植物根际土壤pH值介于8.01-9.06之间，没有显著性差异（P>0.05），珍稀植物生长的土壤环境偏碱性。土壤中总氮含量介于0.174-0.273mg/g，总磷含量介于0.170-0.233mg/g，有机质含量介于3.342-7.212mg/g。半日花根际土壤有机质含量高于绵刺，两者之间存在显著差异（P<0.05）。植物根际土壤易提取球囊霉素（EGG）含量为0.319-0.389mg/g，总球囊霉素（T-GRSP）的含量为0.323-0.347mg/g，植物种间差异不显著（P>0.05）。
7）微生物多样性和土壤因子相关性分析显示，土壤总氮和有机质直接积极地影响细菌和真菌多样性。AMF的遗传多样性与不同土壤因子的相关性表现不同，速效磷（AP）、有效钾（TK）、有机质（OM）和pH是影响AMF群落结构的主要因素。AMF形态物种丰富度与土壤含水量和土壤酶活性均呈显著正相关（P<0.01）。植物根际土壤真菌群落与碱性磷酸酶、有机质、总氮含量和总磷含量呈正相关（P<0.01），细菌群落与pH值、铵态氮含量、总磷和酸性磷酸酶含量呈正相关（P<0.01）。
综合形态分类学和分子生物学两种鉴定方法获得的结果可知，西鄂尔多斯荒漠植物普遍存在与AM真菌共生的现象，六种主要的珍稀植物根内和根际土壤中都具有丰富的AMF多样性，且随植物种类不同呈现丰富的变化。土壤微生物（AMF、细菌和真菌）与这些植物共生及其与土壤因子的相互作用是荒漠植物适应干旱贫瘠环境的重要特征。因此，深入开展荒漠珍稀植物微生物多样性的研究，可为荒漠珍稀植物的保护及利用提供重要的数据支撑。
1）对研究区植物群落状况进行调查发现，群落中植物共有11科22属27种，其中菊科占物种数22.22%，禾本科占物种数14.81%，蒺藜科占物种数11.11%。通过对多样性指标分析发现，样地群落多样性由高到低的顺序依次为四合木核心区样地＞杭锦旗巴拉贡样地＞棋盘井样地＞千里山样地。
2）蒺藜科的三种植物四合木、白刺和霸王植物根系没有发现丛枝结构，但有泡囊和菌丝结构，其中四合木和霸王根段上还有微菌核（microsclerotia）特化结构。绵刺植物的AM菌根结构极为典型，发育了泡囊、丛枝等结构。在半日花植物根段上除了发现泡囊、胞间菌丝和微菌核等结构外，还有深色有隔内生真菌菌丝特化结构。沙冬青植物根段上有胞间菌丝、泡囊和菌丝圈等结构。除此之外，通过测定优势植物菌根侵染率发现，AM真菌更偏好于与油蒿（Artemisia eriopoda）、沙生针茅（Stipa glareosa）、蒙古葱（Allium mongolicum）和糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）这些植物共生。
3）依据土壤中AM真菌无性孢子的形态学特征，从6种植物根际土壤分离鉴定出AMF孢子形态物种8属25种，包括Acaulospora、Claroideoglomus、Diversispora、Funeliformis、Glomus、Rhizophagus、Septoglomus和Scutellospora属；其中G.hyderolabadensis、Sep.constrium、Sep.deserticola、A.spinosa和R.intraradices等为优势菌群；通过对这些植物根际土壤孢子密度、物种丰富度和多样性指数统计，结果发现不同植物根际AMF群落组成和多样性不同，由高到低依次为半日花（BRHS）>白刺（Nts）>沙冬青（SDQS）>绵刺（MCS）>霸王（Sxs）>四合木（Tms）。
4）应用高通量测序技术分析6种植物根系AMF、细菌和真菌遗传多样性，结果如下：
①六种植物根系测得OTU（Optical Transform Unit）可注释6科9属29种AMF，包括Glomus、Rhizophagus、Septoglomus、Claroideoglomus和一些未鉴定种属，其中G.aggregatum、R.intraradices、Sep.deserticola为优势种。分析表明，六种植物根系AM真菌物种多样性和相对丰度各不相同，由高到低的顺序是绵刺（MCR）>半日花（BRHR）>四合木（Tmr）>沙冬青（SDQR）>白刺（Ntr）>霸王（Sxr）。
②注释的真菌类群包括Agaricomycetes、Dothideomycetes、Sordariomycetes和Eurotiomycetes等，四合木、白刺和半日花根系Sordariomycetes丰度最高，其相对丰度分别是52.07%、29.07%和22.91%。真菌群落Shannon-Wiener指数为0.791-3.153，Simpson指数为0.081-0.674，物种多样性由高到低依次为BRHR＞Ntr＞SDQR＞MCR＞Sxr＞Tmr。
③六种植物根系细菌物种多样性注释纲水平上包括：Cyanobacteria、Actinobacteria、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Acidobacteria。半日花、沙冬青和绵刺根系中Actinobacteria丰度较高，分别占29.94%、47.27%和36.59%。细菌群落Shannon-Wiener指数为2.053-5.864，Simpson指数为0.007-0.446，物种多样性由高到低依次为BRHR＞SDQR＞MCR＞Tmr＞Ntr＞Sxr。
5）采用高通量测序方法测定了6种植物根际AMF、真菌和细菌遗传多样性
①六种植物根际土壤测得164个OTU，6科10属32种AMF，Glomus、Rhizophagus、Septoglomus、Claroideoglomus和一些未鉴定种属；其中G.aggregatum、R.intraradices、Sep.deserticola、C.claroideum为优势种；不同植物根际土壤中AMF种属的相对丰度均不同。AMF群落Shannon-Wiener指数为1.56-2.67，Simpson指数为0.664-1.234，物种多样性由高到低依次为Sxs＞BRHS＞MCS＞Nts＞SDQS＞Tms。
②注释六种植物根际土壤中真菌的纲水平主要有Dothideomycetes、Sordariomycetes、Saccharomycetes、Eurotiomycetes、Tremellomycetes和Pezizomycetes等。不同植物根际土壤中真菌的丰度差异各不相同。四合木、霸王、沙冬青和绵刺根际土壤中Dothideomycetes丰富度均最高。真菌群落Shannon-Wiener指数为3.186-4.115，Simpson指数为0.036-0.117，多样性由高到低依次为BRHS＞Sx＞MCS＞Nts＞SDQS＞Tms。
③从纲水平注释六种植物根际土壤中细菌种类主要包括Cyanobacteria、Actinobacteria、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Acidobacteria等。四合木、霸王和半日花根际土中Alphaproteobacteria丰度最高。细菌群落Shannon-Wiener指数为1.928-5.632，Simpson指数为0.038-0.335，多样性由高到低依次为BRHS＞MCS＞Sxs＞Tms＞Nts＞SDQS。
6）六种植物根际土壤pH值介于8.01-9.06之间，没有显著性差异（P>0.05），珍稀植物生长的土壤环境偏碱性。土壤中总氮含量介于0.174-0.273mg/g，总磷含量介于0.170-0.233mg/g，有机质含量介于3.342-7.212mg/g。半日花根际土壤有机质含量高于绵刺，两者之间存在显著差异（P<0.05）。植物根际土壤易提取球囊霉素（EGG）含量为0.319-0.389mg/g，总球囊霉素（T-GRSP）的含量为0.323-0.347mg/g，植物种间差异不显著（P>0.05）。
7）微生物多样性和土壤因子相关性分析显示，土壤总氮和有机质直接积极地影响细菌和真菌多样性。AMF的遗传多样性与不同土壤因子的相关性表现不同，速效磷（AP）、有效钾（TK）、有机质（OM）和pH是影响AMF群落结构的主要因素。AMF形态物种丰富度与土壤含水量和土壤酶活性均呈显著正相关（P<0.01）。植物根际土壤真菌群落与碱性磷酸酶、有机质、总氮含量和总磷含量呈正相关（P<0.01），细菌群落与pH值、铵态氮含量、总磷和酸性磷酸酶含量呈正相关（P<0.01）。
综合形态分类学和分子生物学两种鉴定方法获得的结果可知，西鄂尔多斯荒漠植物普遍存在与AM真菌共生的现象，六种主要的珍稀植物根内和根际土壤中都具有丰富的AMF多样性，且随植物种类不同呈现丰富的变化。土壤微生物（AMF、细菌和真菌）与这些植物共生及其与土壤因子的相互作用是荒漠植物适应干旱贫瘠环境的重要特征。因此，深入开展荒漠珍稀植物微生物多样性的研究，可为荒漠珍稀植物的保护及利用提供重要的数据支撑。