入侵植物加拿大一枝黃花對根際土壤微生物群落多樣性的影響研究.pdf

1、加拿大一枝黃花是1935年引進于我國上海的花卉觀賞植物，后來成為大量蔓延并且在我國南部地區(qū)肆虐擴張的外來入侵植物之一。因為其強大的入侵能力，在入侵過程中逐漸形成了單生優(yōu)勢種群，使得其周圍鄰近植物、特別是同屬的土著植物一枝黃花無法生長，明顯降低了群落的多樣性，嚴重威脅著生態(tài)系統(tǒng)的平衡，甚至給我國帶來了一定的經(jīng)濟損失，成為迫切需要解決的生態(tài)學問題。 以往對加拿大一枝黃花的研究主要集中于形態(tài)學描述、危害性、生物學特性、檢疫和除害處理等

2、方面，而對于其土壤微生態(tài)學方面的研究較少。據(jù)此，本研究以入侵我國福建省的加拿大一枝黃花及土著植物一枝黃花為研究對象，采用傳統(tǒng)培養(yǎng)方法即涂抹平板稀釋法以及非培養(yǎng)方法即T-RFLP和DGGE兩種分子生物學技術(shù)結(jié)合對它們的根際土壤微生物區(qū)系變化狀況、著重對根際土壤細菌群落結(jié)構(gòu)多樣性進行了深入全面的分析，從土壤微生態(tài)學角度初步探討了加拿大一枝黃花的入侵機理。結(jié)果表明： (1)加拿大一枝黃花根際土壤微生物種群發(fā)生較明顯變化。 通過

3、傳統(tǒng)培養(yǎng)方法即涂平板計數(shù)法對三種土壤樣品中細菌、放線菌及真菌的數(shù)量變化進行分析，可知：在三種土壤中細菌數(shù)量占據(jù)比例最大，與空白對照相比較，加拿大一枝黃花根際放線菌數(shù)量有所增加，說明加拿大一枝黃花對土壤中放線菌有一定的促進作用，而土著種一枝黃花則沒有這樣的變化趨勢。兩種黃花與空白對照相比，細菌和真菌數(shù)量都有所增加。土壤微生物數(shù)量的這種變化，可以敏感的反映土壤環(huán)境質(zhì)量的變化和土壤中的生物活性。 (2)加拿大一枝黃花根際細菌群落多樣性

4、減少，說明種群失衡可能與根系分泌物中的化感物質(zhì)有關(guān)。 T-RFLP分析結(jié)果表明加拿大一枝黃花根際土壤細菌群落多樣性發(fā)生了明顯變化。種植入侵種加拿大一枝黃花后，其根際土壤中細菌群落的優(yōu)勢種群發(fā)生改變，其優(yōu)勢種群變?yōu)榉啪€菌綱鏈霉菌屬菌，而土著種中的優(yōu)勢種群并未改變。入侵種與土著種的亞優(yōu)勢種群均為芽孢桿菌綱菌種，但較空白對照土壤來說，入侵種加拿大一枝黃花亞優(yōu)勢種群的增加幅度更大，是土著種的1.67倍，占據(jù)比例與優(yōu)勢種群相當。加拿大一

5、枝黃花中鏈霉菌屬次生代謝過程產(chǎn)生的抗生素對其他菌種生長具有的抑制作用以及亞優(yōu)勢種群數(shù)量的急劇上升，導(dǎo)致細菌種群多樣性明顯下降，這也可能就是入侵植物加拿大一枝黃花在入侵地逐漸形成單生優(yōu)勢種群的原因之一。 DGGE分析結(jié)果表明，在入侵種加拿大一枝黃花中引起細菌種群多樣性下降，發(fā)生數(shù)量變化的大多為不可培養(yǎng)(Uncultured)細菌。在序列比對結(jié)果中，與可培養(yǎng)細菌α-變形菌綱拜葉林克氏菌科菌Chelatococcus sp.和生絲微

6、菌屬菌Hyphomicrobium sp.序列同源性均達到95％，兩種群數(shù)量最多，為優(yōu)勢種群，而與空白對照相比，α-變形菌綱中的不可培養(yǎng)細菌數(shù)量減少。生絲微菌屬菌Hyphomicrobium sp.是反硝化細菌，可脫氮除磷并以甲醇作為碳源，而拜葉林克氏菌科菌Chelatococcus sp.是降解多環(huán)芳烴的高效菌株。這一結(jié)果說明該菌種的出現(xiàn)并成為優(yōu)勢種群，可能同加拿大一枝黃花根系分泌物中的化感物質(zhì)有著密切關(guān)系。多樣性水平的下降可能是這些

7、根系分泌物在土壤中累積所引發(fā)的。 (3) T-RFLP與DGGE兩種分子生態(tài)學技術(shù)的互補性。 T-RFLP分析中，加拿大一枝黃花根際土壤的優(yōu)勢種群是放線菌綱菌種，而DGGE分析中也檢測到放線菌綱菌種(條帶41所代表的菌種)較其他兩種土壤樣品數(shù)量明顯增加。并且，兩種分子生態(tài)學手段均檢測到空白對照土壤和土著種土壤中優(yōu)勢種群都為α-變形菌綱菌種。這些結(jié)果的一致性說明了這兩種分子生態(tài)學技術(shù)在研究根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化中的準

8、確性。 另外，DGGE分析中檢測到很多與α-變形菌綱中的生絲微菌屬菌種序列同源性較高的細菌，而在T-RFLP中并未檢測到該屬菌種；T-RFLP分析中檢測到每種土壤樣品細菌種群數(shù)量相對于DGGE分析檢測到的菌種數(shù)量要多得多。這些結(jié)論也說明了兩種分子生態(tài)學手段的互補性。 綜合本實驗的各項研究結(jié)果，可以看出入侵種加拿大一枝黃花在入侵某環(huán)境以后，其根際土壤微生物發(fā)生了明顯變化。通過傳統(tǒng)培養(yǎng)方法對三種土壤微生物進行研究，可知：三種

9、土壤中細菌數(shù)量均占據(jù)最大比例，而加拿大一枝黃花根際放線菌數(shù)量的增加，說明了加拿大一枝黃花對土壤中放線菌有一定的促進作用，這一現(xiàn)象在土著種一枝黃花中則不存在。通過兩種非培養(yǎng)方法即T-RFLP和DGGE技術(shù)對三種土壤根際微生物的分析結(jié)果表明：加拿大一枝黃花根際土壤細菌群落多樣性明顯減少。加拿大一枝黃花根際土壤中細菌群落的優(yōu)勢種群發(fā)生改變，而土著種中的優(yōu)勢種群并未改變。入侵種與土著種的亞優(yōu)勢種群均為芽孢桿菌綱菌種，入侵種加拿大一枝黃花亞優(yōu)勢種

10、群占據(jù)比例與優(yōu)勢種群相當。加拿大一枝黃花中鏈霉菌屬的大量出現(xiàn)以及亞優(yōu)勢種群數(shù)量的急劇上升，導(dǎo)致細菌種群多樣性明顯下降，這可能就是入侵植物加拿大一枝黃花在入侵地逐漸形成單生優(yōu)勢種群的原因之一。在這些發(fā)生數(shù)量變化的細菌種群中，大多數(shù)為不可培養(yǎng)細菌。加拿大一枝黃花優(yōu)勢種群α-變形菌綱拜葉林克氏菌科菌Chelatococcus sp.和生絲微菌屬菌Hyphomicrobium sp.的存在，可能同加拿大一枝黃花根系分泌物中的化感物質(zhì)有著密切關(guān)系