基于叢枝菌根真菌共生的外來植物南美蟛蜞菊入侵機理研究.pdf

1、生物入侵不僅對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的危害，而且會對社會經(jīng)濟和人類健康造成不可估量的損失，已成為21世紀五大全球性環(huán)境問題之一。全球科學家投入大量的精力對生物入侵的機制和防治方法進行研究，近年來研究者們發(fā)現(xiàn)植物的入侵和土壤微生物之間存在著緊密的聯(lián)系。叢植菌根真菌(Arbuscularmycorrhizal fungi，AMF)是在農(nóng)田、草地、森林等陸地生態(tài)系統(tǒng)中廣泛分布一類功能型微生物，能夠和90％以上的植物共生形成菌根。研究者發(fā)現(xiàn)，大部分

2、入侵植物都能夠與AMF形成共生關(guān)系，入侵植物與AMF的相互作用成為當今的研究熱點之一。關(guān)于入侵植物和AMF相互作用的文章雖然很多，但單一進行野外調(diào)查或室內(nèi)模擬實驗往往具有孤立性和片面性。本文構(gòu)建野外宏觀實驗-室內(nèi)盆栽實驗-培養(yǎng)皿微觀實驗體系，克服了過去單一進行野外調(diào)查或室內(nèi)模擬實驗的弊端，既避免了室內(nèi)模擬實驗的片面性又保證了實驗的可控性，同時兼顧宏觀和微觀研究，是目前研究AMF與植物的相互關(guān)系比較系統(tǒng)和全面的研究方法
　　本文選取

3、中國南部造成嚴重生態(tài)危害的入侵植物南美蟛蜞菊（Wedeliatrilobata），從野外宏觀實驗，室內(nèi)盆栽實驗和培養(yǎng)皿微觀實驗三個層次全面的研究了南美蟛蜞菊不同程度入侵對土壤中細菌和真菌群落的影響，AMF對南美蟛蜞菊表型可塑性和異速生長的影響，南美蟛蜞菊的菌根依賴性以及南美蟛蜞菊提取物和根系分泌物物對AMF孢子萌發(fā)以及菌絲發(fā)育的影響，旨在為探討植物入侵機制，尋找防治植物入侵提供理論依據(jù)。本研究主要得到以下結(jié)論:
　　1.在中國海南

4、省的五個不同地點分別選取了不同南美蟛蜞菊入侵程度（未入侵、低度入侵和高度入侵）下的根際土壤，系統(tǒng)分析了土壤的理化性質(zhì)和土壤微生物結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示:(1)低程度的南美蟛蜞菊入侵顯著的增加了土壤的pH值，但是高度入侵并沒有顯著的改變土壤的pH值。(2)南美蟛蜞菊的入侵程度還顯著的影響了土壤中K和Ca的含量，但是沒有影響其他的理化指標。(3)南美蟛蜞菊低度入侵和高度入侵顯著的增加了根際真菌群落的豐度，但是對根際細菌群落沒有顯著的影響。(4)

5、南美蟛蜞菊的入侵還影響了參與土壤N循環(huán)的土壤微生物。這些由南美蟛蜞菊入侵導致的土壤理化性質(zhì)和微生物群落的變化可能會進一步促進植物的入侵過程。
　　2.為驗證土壤微生物對入侵植物的作用，我們在海南島設(shè)計實驗來驗證密度和AMF對典型克隆植物南美蟛蜞菊表型可塑性與異速生長的影響。通過是否在土壤中添加真菌抑制劑苯菌靈獲得高AMF和低AMF兩種AMF處理。植物的種植密度設(shè)置為25棵/m2和50棵/m2。在種植后的30，60，90和120 d

6、進行取樣。結(jié)果顯示:(1)高密度處理和高AMF處理會提高南美蟛蜞菊的菌根侵染率。(2)密度處理和AMF處理都影響了南美蟛蜞菊的表型可塑性和異速生長，并且AMF對其表型可塑性和異速生長的影響在不同的密度下是不同的。(3)低密度和高AMF處理增加了植物的總生物量，但是高AMF處理減少了地下生物量的分配。據(jù)我們所了解，本次研究是第一次對AMF和密度處理對入侵克隆植物表型可塑性與異速生長的研究。
　　3.為了更好的研究AMF與南美蟛蜞菊的

7、關(guān)系，必須盡可能排除殺菌劑和土壤中其他微生物的影響。我們在江蘇大學溫室內(nèi)設(shè)計了土壤營養(yǎng)和AMF處理雙因素的盆栽實驗，驗證南美蟛蜞菊在滅菌后的，不同營養(yǎng)條件的土壤中的生長狀況和菌根依賴性。在2種土壤營養(yǎng)處理和5種AMF處理下，種植南美蟛蜞菊90d后發(fā)現(xiàn):(1)南美蟛蜞菊可以被多種AMF侵染，并且在不同的營養(yǎng)情況下普遍具有較高的菌根侵染率。(2)分別單獨接種幼套球囊霉（Glomus etunicatum）、摩西球囊霉(G.mosseae)、

8、根內(nèi)球囊霉（G.intraradices）以及同時接種三種AMF均增加了南美蟛蜞菊的莖節(jié)數(shù)目和地上部分的干重，同時顯著的改變了南美蟛蜞菊地下生物量和地上生物量的比值。(3)植物的全根長受到土壤養(yǎng)分和AMF處理的影響。在低營養(yǎng)處理下的南美蟛蜞菊相對于高營養(yǎng)處理下的南美蟛蜞菊具有更長的全根長;未接種AMF的南美蟛蜞菊相對于接種了AMF的南美蟛蜞菊而言具有更長的全根長。(4)通過對接種AMF以及沒有接種AMF的南美蟛蜞菊生物量的干重進行計算，

9、我們發(fā)現(xiàn)南美蟛蜞菊的菌根依賴性較低，普遍在120％～170％之間。(5)相對于低營養(yǎng)處理而言，高營養(yǎng)處理下的南美蟛蜞菊根部具有更多的AMF孢子，尤其是對于G.i.菌和Mix處理，兩種營養(yǎng)狀況下的孢子數(shù)目差別尤其顯著。
　　4.為了更深入的從機制上解釋南美蟛蜞菊與AMF之間的作用，我們設(shè)計了嚴格無菌的體外孢子萌發(fā)驗證實驗。首先利用AMF Ri-T發(fā)根共培養(yǎng)體系繁殖獲得了大量無菌的根內(nèi)球囊霉（G.intraradices G.i.）孢

10、子，然后通過培養(yǎng)皿中的體外孢子萌發(fā)實驗研究南美蟛蜞菊的浸提物和根系分泌物的幾種化學成份對G.i.孢子萌發(fā)率和菌絲生長的影響，進一步探討南美蟛蜞菊對AMF的作用原理。這6種化學成份分別是:南美蟛蜞菊的根系分泌物的水相提取液和有機相提取液，從南美蟛蜞菊根系分泌物中通過GC-MS測定分離鑒定出的鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二異辛酯，以及從南美蟛蜞菊全株浸提液中獲得的3＃純化物、10＃純化物。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)南美蟛蜞菊根系分泌物的水相提取

11、物對G.i.孢子萌發(fā)和菌絲生長沒有顯著的抑制作用和促進作用，平均萌發(fā)率都維持在70％左右;根系分泌物的有機相提取物在高濃度下抑制了G.i.孢子的萌發(fā)和菌絲生長。(2)鄰苯二甲酸二異丁酯抑制了G.i.孢子萌發(fā)和菌絲生長;鄰苯二甲酸二異辛酯對對G.i.孢子萌發(fā)和菌絲生長沒有顯著的影響。(3)3＃純化物在低濃度時對孢子萌發(fā)和菌絲生長沒有顯著影響，在高濃度時抑制了G.i.孢子萌發(fā)和菌絲生長。10＃純化物對G.i.孢子萌發(fā)和菌絲生長沒有顯著的影響

12、。
　　5.本課題從野外的取樣調(diào)查入手，發(fā)現(xiàn)南美蟛蜞菊入侵顯著的增加了根際真菌群落的豐度，揭示了土壤真菌群落在入侵植物的入侵過程中可能與土壤真菌有很強的相互聯(lián)系。在接下來的試驗田實驗中發(fā)現(xiàn)使用苯菌靈抑制AMF和其他真菌會降低南美蟛蜞菊的生物量，說明AMF或其他真菌與南美蟛蜞菊的生長有密切的聯(lián)系。然后設(shè)計菌根依賴性實驗，驗證南美蟛蜞菊生長過程中對AMF的依賴程度，研究結(jié)果顯示雖然AMF可以在一定程度上促進南美蟛蜞菊的生長，但南美蟛蜞

13、菊是一種低菌根依賴性的植物。為了進一步解釋南美蟛蜞菊與AMF的作用機制，我們研究了南美蟛蜞菊根系分泌物和組織提取物對AMF孢子萌發(fā)和菌絲生長的影響，結(jié)果顯示南美蟛蜞菊根系分泌物和組織提取物中某些成份會抑制純培養(yǎng)的AMF孢子萌發(fā)與菌絲發(fā)育。綜合以上研究結(jié)果，南美蟛蜞菊入侵會增加土壤真菌群落的豐度，但是南美蟛蜞菊的某些根系分泌物和組織提取物成份會抑制AMF的生長，并且AMF在南美蟛蜞菊生長中具有一定的促進作用，我們認為南美蟛蜞菊是不僅僅依賴