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《兰州大学》 2019年
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AM真菌与土壤微生物群落和功能的关系研究

秦明森  
【摘要】:土壤微生物是生态系统中的重要组成部分,决定生态系统的稳定性、多样性和各项生态功能。作为重要的土壤微生物之一,丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌能与植物根形成共生关系。AM真菌能够促进植物磷氮吸收和生长、增加植物抗病和抗逆能力、提高植物多样性和群落结构、维持生态系统和土壤结构稳定。而有关AM真菌影响土壤微生物群落和功能的研究相对较少,且大多基于室内接种实验,缺乏野外调查。土壤营养升高对AM真菌和土壤微生物群落和功能均有影响,但在此过程中,AM真菌是否对土壤微生物有影响还不得而知。为了进一步揭示AM真菌在地下生态系统的重要作用,本研究通过文献计量学、野外调查、和模拟环境变化等手段,系统的研究了AM真菌与土壤微生物群落和功能的关系。主要研究内容和结果如下:1.AM真菌影响土壤酶活性。土壤酶活性作为土壤微生物代谢的重要指标,影响土壤营养循环。本研究检索了有关AM真菌影响土壤酶活性的研究论文,得到56篇目标论文,从中收集341个目标数据。通过Meta分析发现AM真菌除了抑制多酚氧化酶活性(平均效应值=-0.425),以及不显著地提高海藻糖酶活性(平均效应值=0.390)以外,能显著地提高其他16种土壤酶活性。在低磷以及中性pH条件下,AM真菌对土壤酶活性的影响最强。AM真菌引起的植物生物量的变化量和酶活性的变化量呈显著的正相关。结果表明,AM真菌能促进土壤微生物代谢活性,且受到土壤pH和速效磷的影响并与植物的生长收益相关。2.植被恢复中,AM真菌与土壤微生物群落和碳代谢相关。本研究在植被恢复样地中采集了30份样品,调查了土壤细菌、真菌群落。通过微生物相关网络发现,在纲和科水平下,AM真菌是最中心的真菌类群(纲水平:连接点=11,科水平:连接点=15)。土壤真菌和细菌群落丰富度均随AM真菌的reads数而上升。真菌群落与AM真菌reads数显著相关,而细菌群落与AM真菌根内侵染率、根外菌丝长度以及reads数均相关。土壤团聚体颗粒与AM真菌根外菌丝和GRSP(球囊霉素相关土壤蛋白)呈正相关,而土壤微生物的碳代谢能力随AM真菌的侵染率、根外菌丝长度、GRSP含量而提高。本研究说明在植被恢复中,AM真菌在土壤微生物中起关键类群作用,与土壤微生物多样性和群落组成、以及碳代谢能力均有关。3.AM真菌参与介导氮添加对土壤细菌群落和代谢功能的影响。在青藏高原东缘设置了4个氮添加梯度,并在各氮添加小区使用苯菌灵抑制AM真菌。调查发现,苯菌灵能显著抑制AM真菌的生长,在不施氮的情况下,苯菌灵使根内侵染率降低了56%,根外菌丝长度降低了48%。不施苯菌灵时,AM真菌根内侵染率和根外菌丝长度随氮添加降低。氮添加和抑制AM真菌均提高了植物地上生物量和氮含量,且能影响植物群落组成,氮添加降低了植物丰富度,在最高添加浓度中,植物丰度度下降了32%。氮添加对细菌群落和多样性均无显著性影响,但抑制AM真菌改变了细菌群落组成,且细菌之间竞争关系增多。不施苯菌灵时,细菌代谢功能指数以及酶活性指数均随氮添加变化显著,同时,植物群落、细菌群落、细菌代谢功能随氮添加的变化程度显著高于抑制AM真菌的处理,而植物生长特征变化显著低于抑制AM真菌的处理。上述结果表明,AM真菌能够扩大氮添加对植物群落、细菌群落和代谢功能的影响,同时引导土壤酶活性随氮添加而变化。本研究结果表明,AM真菌能提高土壤微生物代谢活性,但这种影响与土壤磷含量和对植物生物量的促进效应相关;野外条件下,AM真菌在植被恢复中起到核心类群作用,与土壤微生物的群落和碳代谢能力相关;而在氮素升高时,AM真菌的生长受其影响,同时也能介导氮添加对细菌群落和功能的影响。本研究以AM真菌与土壤微生物群落和功能的关系为研究目标,加深了对AM真菌的功能的认识,开拓了AM真菌的研究思路。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S154.3

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