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几种环境因子对高寒草甸AM真菌群落结构与功能的影响研究

蒋胜竞  
【摘要】:人类活动加剧了全球变化,并导致生态系统的结构与功能发生改变,其方向、程度和延缓策略是科学家关注的主要命题。回顾过去,大多数研究集中在陆地生态系统的地上植物如何响应全球变化方面,围绕土壤微生物多样性及其功能的研究甚少,尤其是丛枝菌根(arbuscularmycorrhiza,AM)真菌,这群能与大多数植物形成互惠共生体,联系地上地下生态系统,其多样性及其群落结构直接影响陆地生态系统多种过程的微生物。在全球变化问题日益突出的今天,AM真菌的群落结构会受其如何影响?AM真菌的生态功能是否会因全球变化而发生变化?AM真菌的生态功能变化是否与其群落结构的变化相关?这些问题尚未得到科学全面地回答。基于上述问题,本研究在青藏高原高寒生态系统分别设立了长期模拟增温及氮沉降样地,并结合室内接种实验,系统地研究了全球变化下AM真菌群落结构及其功能的变化。主要研究结果如下:1.在青藏高原中部纳木错地区,连续4年的模拟增温与降雪并没有显著改变AM真菌的侵染率,AM真菌的平均总侵染率为20.9%。而在青藏高原东缘高寒草甸生态系统,氮素添加则显著降低了混合根样及垂穗披碱草(Elymus nutans)单物种根样中AM真菌的总侵染率。基于克隆文库的建立,本研究在模拟增温与降雪样地共得到21个AM真菌分子种;而依据高通量测序技术,在模拟氮沉降样地共获取98个AM真菌分子种。模拟增温、降雪及其交互作用对AM真菌分子种多样性、系统发育多样性及群落组成均没有显著影响。氮素添加显著增加了混合根样中AM真菌的分子种丰富度并改变其群落组成。但对单物种植物根系而言,AM真菌多样性并没有发生显著变化,且仅高浓度氮素添加改变了根系中的AM真菌群落结构。AM真菌的群落组成受植物物种多样性和土壤速率氮磷等土壤因子显著影响。2.通过野外苯菌灵处理及室内接种的方法分别探究AM真菌生态功能在植物群落水平和单物种水平上对氮素添加的响应。结果表明,土壤速效氮含量的增加诱导了AM寄生现象的产生。在植物群落水平上,植物的菌根生长效应及菌根磷吸收效应受氮素添加影响显著,它们均随氮施肥梯度的上升呈先上升后下降的趋势,并在最高浓度氮素添加处理下呈现显著负效应。菌根的氮吸收效应在未施肥条件和高浓度氮素添加处理下为显著负效应,在其他处理下不显著。在温室单物种水平上,菌根的生长效应、氮吸收效应和磷吸收效应均随氮素添加浓度的上升而显著下降,在未施肥处理下均为显著正效应,随氮素添加逐渐下降,并最终变为显著负效应。AM真菌的功能变化与特定AM菌种属的群落结构显著相关。上述研究结果表明,不同的环境变化对AM真菌的多样性及其生态功能的调控作用不同,地域的环境特征、气候变化特点等均会影响AM真菌对全球变化的响应。本研究增加了我们对AM真菌响应全球变化的理解,为进一步研究AM真菌群落功能的变化提供了相应的研究思路。


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