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克隆整合对活血丹根际土壤微生物过程和群落结构的影响

黎俊  
【摘要】:环境异质性普遍存在,并且它的存在加大了植物对资源的捕获和利用难度。克隆植物(Clonal plants)能够在相互连接分株间广泛地共享和传递资源,而割断相互连接分株间的匍匐茎将降低分株的幸存和无性繁殖,这种资源的转移或共享称之为生理整合(Physiological integration)。生理整合是克隆生长的一种重要生态优势,克隆植物能够通过生理整合作用缓解资源异质性带来的选择性压力,提高分株的存活或生长,这有利于克隆植物在异质性环境中的拓殖或分株在低资源有效性下的生长。 植物将光合产物以根际沉积(Rhizodeposition)或凋落物的形式释放到土壤中,作为异养微生物的碳源,能源及结构原料,并影响土壤微生物对有机物的降解过程;而土壤微生物则将土壤有机物降解成能被植物吸收的无机物以便植物吸收利用。本文以克隆植物活血丹为对象,研究克隆整合对遭受异质性光照胁迫的子代分株根际土壤微生物过程、微生物群落结构的影响。选取的活血丹克隆片段由一个母本分株和一个子代分株组成,母本分株置于全光照下,而子代分株置于80%遮阴环境中。同时,母本分株与子代分株间的匍匐茎保持连接或割断处理。再结合对遮阴子代分株最大光合潜能的测定,探讨克隆整合对根际土壤氮素转化的影响及其与分株地上碳获取能力的关系,这对深入揭示克隆整合的生态适应具有重要指导意义。主要结果如下: (1)克隆整合有助于增加遮阴子代分株根际土壤C,N有效性和有机氮的矿化。克隆整合显著地增加遮阴子代分株根际土壤总有机碳(TOC),溶解性有机碳(DOC)和溶解性有机氮(DON)浓度,并进而导致增加遮阴子代分株根际土壤微生物生物量碳(Cmic)和生物量氮(Nmic)。克隆整合增加了胞外N-乙酰基-β-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)和脲酶(Urase)活性,并改善了有机氮的矿化速率(Nmin)和硝化速率(Nnitri),从而提高了根际有效氮(NH4+-N和NO3--N)浓度。 (2)克隆整合显著地增加了遮阴子代分株根际土壤微生物总PLFAs浓度,同时也提高了细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌(特别是ECM真菌)的PLFAs浓度。通过对遮阴子代分株根际土壤微生物群落PLFAs主成分分析也得出克隆整合导致遮阴子代分株根际土壤微生物群落结构发生显著变化。遮阴子代分株根际土壤微生物不同菌群PLFAs浓度与土壤总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)以及微生物过程表现出很好的相关性。 (3)克隆整合显著地改善了异质性光照对子代分株的消极影响。从Pn-PPFD曲线和Pn-Ci曲线上看,连接子代分株显著高于割断子代分株。克隆整合提高了遮阴子代分株叶片氮含量和叶绿素含量,并且分配更多氮到叶片光合器官中,这导致增强遮阴子代分株的资源捕获能力(Vcmax, Jmax和Pmax)和总生物量累积。此外,克隆整合也显著增加了整个克隆片段的生物量积累但对暴露母本分株生物量没有显著影响。 克隆整合改善遮阴子代分株根际土壤微生物过程和群落组成,提高遮阴子代分株根际土壤营养有效性并分配更多氮素到叶片光合器官中,这有利于提高遭受异质性光照胁迫的克隆植物的碳获取能力以及对高光环境的前适应。同时,根据克隆分工原理,遮阴子代分株吸收的氮素也可以转移到暴露母本分株。于是,克隆整合有助于改善克隆植物的碳获取能力,这便利于增强克隆植物对时空异质性生境的适应能力。


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