入侵植物加拿大一枝黃花對(duì)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(jìn)于我國(guó)上海的花卉觀賞植物，后來(lái)成為大量蔓延并且在我國(guó)南部地區(qū)肆虐擴(kuò)張的外來(lái)入侵植物之一。因?yàn)槠鋸?qiáng)大的入侵能力，在入侵過(guò)程中逐漸形成了單生優(yōu)勢(shì)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(wú)法生長(zhǎng)，明顯降低了群落的多樣性，嚴(yán)重威脅著生態(tài)系統(tǒng)的平衡，甚至給我國(guó)帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)損失，成為迫切需要解決的生態(tài)學(xué)問(wèn)題。 以往對(duì)加拿大一枝黃花的研究主要集中于形態(tài)學(xué)描述、危害性、生物學(xué)特性、檢疫和除害處理等

2、方面，而對(duì)于其土壤微生態(tài)學(xué)方面的研究較少。據(jù)此，本研究以入侵我國(guó)福建省的加拿大一枝黃花及土著植物一枝黃花為研究對(duì)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(xué)技術(shù)結(jié)合對(duì)它們的根際土壤微生物區(qū)系變化狀況、著重對(duì)根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性進(jìn)行了深入全面的分析，從土壤微生態(tài)學(xué)角度初步探討了加拿大一枝黃花的入侵機(jī)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(guò)

3、傳統(tǒng)培養(yǎng)方法即涂平板計(jì)數(shù)法對(duì)三種土壤樣品中細(xì)菌、放線菌及真菌的數(shù)量變化進(jìn)行分析，可知：在三種土壤中細(xì)菌數(shù)量占據(jù)比例最大，與空白對(duì)照相比較，加拿大一枝黃花根際放線菌數(shù)量有所增加，說(shuō)明加拿大一枝黃花對(duì)土壤中放線菌有一定的促進(jìn)作用，而土著種一枝黃花則沒(méi)有這樣的變化趨勢(shì)。兩種黃花與空白對(duì)照相比，細(xì)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(xì)菌群落多樣性

4、減少，說(shuō)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(xì)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(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)種群發(fā)生改變，其優(yōu)勢(shì)種群變?yōu)榉啪€菌綱鏈霉菌屬菌，而土著種中的優(yōu)勢(shì)種群并未改變。入侵種與土著種的亞優(yōu)勢(shì)種群均為芽孢桿菌綱菌種，但較空白對(duì)照土壤來(lái)說(shuō)，入侵種加拿大一枝黃花亞優(yōu)勢(shì)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(shì)種群相當(dāng)。加拿大一

5、枝黃花中鏈霉菌屬次生代謝過(guò)程產(chǎn)生的抗生素對(duì)其他菌種生長(zhǎng)具有的抑制作用以及亞優(yōu)勢(shì)種群數(shù)量的急劇上升，導(dǎo)致細(xì)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(shì)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(xì)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(xì)菌。在序列比對(duì)結(jié)果中，與可培養(yǎng)細(xì)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(dá)到95％，兩種群數(shù)量最多，為優(yōu)勢(shì)種群，而與空白對(duì)照相比，α-變形菌綱中的不可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量減少。生絲微菌屬菌Hyphomicrobium sp.是反硝化細(xì)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(shuō)明該菌種的出現(xiàn)并成為優(yōu)勢(shì)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(xué)技術(shù)的互補(bǔ)性。 T-RFLP分析中，加拿大一枝黃花根際土壤的優(yōu)勢(shì)種群是放線菌綱菌種，而DGGE分析中也檢測(cè)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(xué)手段均檢測(cè)到空白對(duì)照土壤和土著種土壤中優(yōu)勢(shì)種群都為α-變形菌綱菌種。這些結(jié)果的一致性說(shuō)明了這兩種分子生態(tài)學(xué)技術(shù)在研究根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化中的準(zhǔn)

8、確性。 另外，DGGE分析中檢測(cè)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(xì)菌，而在T-RFLP中并未檢測(cè)到該屬菌種；T-RFLP分析中檢測(cè)到每種土壤樣品細(xì)菌種群數(shù)量相對(duì)于DGGE分析檢測(cè)到的菌種數(shù)量要多得多。這些結(jié)論也說(shuō)明了兩種分子生態(tài)學(xué)手段的互補(bǔ)性。 綜合本實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)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(guò)傳統(tǒng)培養(yǎng)方法對(duì)三種土壤微生物進(jìn)行研究，可知：三種

9、土壤中細(xì)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(shuō)明了加拿大一枝黃花對(duì)土壤中放線菌有一定的促進(jìn)作用，這一現(xiàn)象在土著種一枝黃花中則不存在。通過(guò)兩種非培養(yǎng)方法即T-RFLP和DGGE技術(shù)對(duì)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(xì)菌群落多樣性明顯減少。加拿大一枝黃花根際土壤中細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)種群發(fā)生改變，而土著種中的優(yōu)勢(shì)種群并未改變。入侵種與土著種的亞優(yōu)勢(shì)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(shì)種

10、群占據(jù)比例與優(yōu)勢(shì)種群相當(dāng)。加拿大一枝黃花中鏈霉菌屬的大量出現(xiàn)以及亞優(yōu)勢(shì)種群數(shù)量的急劇上升，導(dǎo)致細(xì)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(shì)種群的原因之一。在這些發(fā)生數(shù)量變化的細(xì)菌種群中，大多數(shù)為不可培養(yǎng)細(xì)菌。加拿大一枝黃花優(yōu)勢(shì)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