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黄土高原狼牙刺丛枝菌根微生态的时空特征研究

冯欣欣  
【摘要】:丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌作为广泛分布于自然界中的一类共生真菌,其与宿主植物形成互惠共生体,可以有效地促进植物的营养吸收,保持根际土壤生态系统稳定性,在自然生态系统中扮演着重要的角色。目前,AM真菌在黄土高原生态修复和植被重建过程中的功能尚不明确。为此,本研究对黄土高原狼牙刺根际丛枝菌根真菌的共生情况及其与土壤酶、球囊霉素等因子的关系进行了研究,并应用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对AM真菌的生物多样性进行分析,利用典型对应分析(CCA)研究了AM真菌的群落结构和环境因子的关系,得到的主要结论如下: (1)黄土高原的志丹、安塞、延长、陇县、淳化和韩城6县(市)狼牙刺根际AM真菌平均侵染率达74.42%,孢子密度均值达到19.06个/g,AM真菌侵染率和孢子密度在各地区差异显著,但是两者无显著相关性。土壤中总球囊霉素平均含量为2.32 mg/g,占土壤有机碳的36.46%。球囊霉素含量和孢子密度均表现出明显的空间异质性。球囊霉素含量与有机碳、碱解氮和速效磷含量呈极显著正相关,与土壤pH呈负相关。同时,球囊霉素含量还与蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性均呈显著正相关。研究结果表明,丛枝菌根真菌和球囊霉素与土壤养分、酶活性等显著相关,AM真菌孢子密度和球囊霉素含量可作为黄土高原生态系统土壤质量检测的有效指标。 (2)狼牙刺和黄蔷薇的根际AM真菌孢子密度和侵染率均有明显的季节差异。狼牙刺和黄蔷薇根际土壤AM真菌侵染率均在70%以上,并且8月份的侵染率显著高于其他月份。狼牙刺和黄蔷薇根际AM真菌孢子密度均在10月达到最大,6月最小,且差异显著。球囊霉素含量的季节变化表现出明显的差异,4月~10月均为先增加后减少。狼牙刺根际土壤中易提取球囊霉素和总球囊霉素含量均在8月达到最大值,且各月份间差异显著。黄蔷薇根际土壤中易提取球囊霉素和总球囊霉素含量在6月达到最大值,4月最小。应用逐步回归分析方法分析可知,影响根际AM真菌侵染率的主要因素为月均气温、土壤碱解氮含量和土壤脲酶活性,且碱解氮和AM真菌侵染率呈负相关;影响根际AM真菌孢子密度的主要因素为土壤有机碳含量、速效磷含量和过氧化氢酶活性,且有机碳含量与孢子密度呈负相关。 (3)本研究应用碱裂解法成功提取了黄土高原不同地区狼牙刺根际土壤的总DNA,并利用特异引物对总DNA中AM真菌的18S rDNA片段进行了巢式PCR,得到210bp大小的片段。采用浓度为8%的丙烯酰胺胶和30~70%的变性剂梯度对其进行了DGGE分析,得到了清晰的DGGE分子指纹图谱。通过多样性分析得知,各地的生物多样性都有明显的差异,高塬沟壑区的淳化、韩城的物种丰富度和香农-威纳指数均高于丘陵沟壑区的志丹、安塞和延长。 (4)CCA分析表明,土壤环境对AM真菌的群落组成有较大的影响,除脲酶和孢子密度外,其他因素均未达到显著水平,表明黄土高原不同地区AM真菌群落结构的变化是多种环境因子共同作用的结果。AM真菌的群落结构随着土壤pH、有机碳、碱解氮、土壤酶活、球囊霉素、孢子密度等环境因子变化表现出一定空间差异,检测AM真菌的生长状况和孢子密度等特征,可以用于评价土壤质量的变化,同时,AM真菌群落的变化也可以在一定程度上指示生态系统的特定环境特征。


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