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《西北农林科技大学》 2017年
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油松外生菌根真菌群落多样性及其维持机制研究

龙东风  
【摘要】:外生菌根(Ectomycorrhiza,ECM)是特定的土壤真菌与高等植物根系形成的互利共生体,能有效促进宿主植物对水分和养分的吸收以及提高宿主的抗逆性。油松(Pinus tabuliformis)是一种典型的外生菌根针叶树种,广布于中国北方温带森林,其适应性强、菌根发达,是林业上用作中国北方半干旱地区最主要的造林树种之一,对西北、华北以及东北南部干扰生态系统修复和区域经济都具有重要意义。本文以油松ECM真菌作为研究对象,采用典型样地取样法在整个油松分布区密集采样,运用形态学分类和分子生物学相结合的方法对ECM真菌进行鉴定,系统的研究了油松ECM真菌多样性;根据油松林的地理分布特征,将其划分为4个具有明显空间和环境异质性的地理区域(东部、中部、南部和西北部区域),利用α多样性、优势种(属)、共有种―特有种、指示种等指标分析不同地理区域油松ECM真菌群落组成和多样性的分布特征;进一步从整体和局部两个空间尺度上分析了环境和地理因素对油松ECM真菌群落组成和多样性的影响,并揭示了油松ECM真菌多样性的维持机制。主要得到以下研究结果:1.从中国北方9省15个油松林区的4226个ECM中获得1254条ITS有效序列,在97%的相似度水平上划分成331个ECM真菌OTUs,其中262个OTUs隶属于担子菌门,69个OTUs隶属于子囊菌门;油松ECM真菌群落由少量优势类群和大量的稀有种组成,其中,Tomentella、Cenococcum和Sebacina是优势属,土生空团菌(C.geophilum)是最重要的一种ECM真菌。2.四个地理区域之间的油松ECM真菌α多样性表现出差异,其中,东部区域的ECM真菌丰富度显著低于其他三个区域;南部和中部区域的Chao2预估丰富度指数显著高于东部和西北部;中部、南部和西北部区域Shannon指数、Simpson指数均显著高于东部区域。东部、中部、南部和西北部区域ECM真菌群落中重要值最高的物种分别是Clavulicium sp.1、Amphinema sp.1、C.geophilum 2和C.geophilum 1;特有种―共有种分析结果显示有高达257个OTUs(占总数的77.6%)只存在于单一油松地理分布区域,而4个区域都能检测到的OTUs数仅有5个;指示种分析显示东部、中部、南部和西北部区域ECM真菌群落中指示种的数量分别是2、5、7和8个;非度量多维尺度(NMDS)和多因素方差分析(PERMANOVA)分析显示各区域之间ECM真菌群落组成具有显著的差异。3.在整个分布区尺度上,油松ECM真菌丰富度与经度、纬度、海拔、pH、电导率(EC)、有机质(SOM)、全磷(TP)和全氮(TN)存在显著的相关关系,多元逐步回归分析显示纬度、pH、TN和EC是油松ECM真菌丰富度主要的影响因素,它们的独立效应依次纬度(14.8%)pH(14.6%)TN(7.6%)EC(4.5%)。在各个地理区域尺度上,ECM真菌丰富度的影响因素存在差异,pH和年均降雨量(MAP)分别是东部和中部区域油松ECM真菌丰富度的最重要的影响因素;而纬度、海拔、EC、年均温度(MAT)和MAP是西北区域ECM真菌丰富度的主要影响因子,其影响强度EC(36.7%)海拔(23.8%)MAT(21.6%)纬度(7.1%)MAP(4.6%)。相关性分析显示25个ECM真菌属多度与至少一个环境变量存在显著的相关关系,典范对应分析(CCA)显示Clavulicium和Clavulina属的ECM真菌更适合在低海拔东部区域生存,而Geopora、Choiromyces、Wilcoxina和Tricholoma更适宜栖息在干旱、低温和高pH的环境中;Laccaria、Piloderma、Tylospora、Hydnum和Lactifluus适合在肥沃的(高氮、高有机质)的低纬度森林土壤中;Amphinema、Tuber、Suillus和Tomentella对环境依赖性并不明显。4.在整个分布区尺度上,Mantel test显示油松ECM真菌群落组成与地理距离、MAT、MAP、海拔、pH、EC、SOM、TN、TP和碳氮比(C/N)有显著的相关性,多元距离矩阵回归(MRM)分析显示ECM真菌群落组成受到地理距离,MAP,pH和TN共同影响,四者对群落组成总变异度的单独贡献量分别是6.8,4.5,9.8和1.5%,说明ECM真菌群落组成受扩散限制和环境选择共同作用,而且环境选择起主导作用。在各个地理区域尺度上,中部、南部和西北部地理区域油松ECM真菌群落同时受扩散限制和环境选择共同影响,而且扩散限制起主要作用。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S791.254;S714.3

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