入侵菊科植物对根际土壤微生物群落结构的影响

摘要

近年来，入侵植物与土壤微生物的互作已经成为研究入侵植物与入侵地生境关系的热点之一。而土壤微生物群落又是影响入侵植物入侵力和生态系统可入侵性的关键因素。本研究利用磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid, PLFA)和DGGE(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE)技术，针对紫茎泽兰(Ageratina adenophora)、豚草(Ambrosia artemisiifolia L.)和黄顶菊(Flaver iabidentis)三种典型的菊科入侵植物不同入侵阶段根际土中的微生物群落进行了研究，从菊科入侵植物对土壤微生物群落影响方面来讨论入侵植物可能的入侵机制。主要实验结果如下：
　　 1．紫茎泽兰、豚草和黄顶菊对土壤理化性质影响
　　 土壤pH值变化：紫茎泽兰和黄顶菊的入侵提高了土壤的pH值，但是豚草的入侵降低了土壤的pH值。云南和四川紫茎泽兰重度入侵土的pH值比本地植物土提高了0.52和0.18;保定和衡水黄顶菊重度入侵土的pH值分别比本地植物土提高了0.70和0.57;辽宁和江苏重度入侵土的pH值分别比本地植物土降低了1.08和1.06。
　　 土壤有机碳含量变化：紫茎泽兰、豚草和黄顶菊的入侵均提高了土壤中有机碳含量。云南和四川紫茎泽兰重度入侵土的有机碳含量分别比本地植物土提高了48.6％和30.3％；辽宁和江苏豚草重度入侵土的有机碳含量分别比本地植物土提高了10.8％和25.3％；保定和衡水黄顶菊重度入侵土有机碳含量分别比本地植物土提高了16.2％和11.8％。
　　 土壤总氮、总磷和总钾含量变化：紫茎泽兰、豚草和黄顶菊的入侵均提高了土壤中总氮的含量，云南和四川紫茎泽兰重度入侵土总氮量分别比本地植物土提高了10.5％和61.6％；辽宁和江苏豚草重度入侵土总氮量分别比本地植物土提高了88.1％和16.2％；保定和衡水重度入侵土总氮量分别比本地植物土提高了7.6％和8.9％。但紫茎泽兰、豚草和黄顶菊的入侵对土壤中总磷和总钾含量影响不大。
　　 2．紫茎泽兰、豚草和黄顶菊对土壤微生物群落结构的影响
　　 紫茎泽兰的入侵导致土壤中真菌数量显著减少，却显著提高了土壤中丛枝菌根真菌(Vesicular-arbuscular mycorrhizas fungi, VAM)和放线菌的数量。其中云南重度入侵土中真菌量降低了27.7％；云南重度入侵土中VAM和放线菌量分别增加了43.2％和12.1％。随着紫茎泽兰入侵的加重cy19:0/18:1ω7c的比值显著降低，而真菌/细菌和G-/G+的比值却显著升高。云南重度入侵土cy19:0/18:1ω7c的比值降低了31.6％；四川重度入侵土真菌/细菌和G-/G+的比值分别增高了20％和55.3％。
　　 豚草的入侵降低了土壤中真菌和放线菌的数量。但辽宁豚草的入侵提高了土壤中VAM数量，江苏豚草对VAM的影响趋势与之相反。江苏重度入侵土中真菌量降低了33.8％；辽宁重度入侵土中放线菌量降低了20.8％；辽宁重度入侵土中VAM量增加了96.7％；江苏重度入侵土中VAM量降低了34.1％。随着豚草的入侵加重，cy19:0/18:1ω7c、真菌/细菌和G-/G+比值均逐渐降低。辽宁重度入侵土cy19:0/18:1ω7c比值、江苏重度入侵土真菌/细菌和G-/G+分别降低了57.8％、31.5％和27.2％。
　　 黄顶菊的入侵导致土壤中真菌和放线菌数量显著减少，VAM数量却显著显著增加。保定重度入侵土中真菌量降低了46.9％；衡水重度入侵土中放线菌量降低了26.8％；保定重度入侵土中VAM量增加了223％。两地真菌/细菌和G-/G+的比值均随黄顶菊入侵程度的加重而增高，但cy19:0/18:1ω7c的比值却随着降低。保定重度入侵土cy19:0/18:1ω7c的比值降低了49.1％；保定重度入侵土真菌/细菌和G-/G+的比值分别升高了59.8％和62％。
　　 3．紫茎泽兰、豚草和黄顶菊不同入侵阶段的土壤细菌的PCR-DGGE
　　 选择27f/1492r和338F-GC/518R两个引物对，采用巢式PCR方法扩增细菌V3区片段。扩增产物进行DGGE分离并切胶测序。DGGE图谱显示，不同入侵阶段土壤细菌群落差异明显，重度入侵土中的细菌种类普遍多于轻度入侵土和本地植物土。回收优势条带的结果显示，重度入侵土中的主要优势细菌类群是芽孢杆菌属，其中同源性达到100％的类群为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium;)、弯曲芽孢杆菌(Bacillus flexus)、炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等土壤中常见的有益菌。