【畢業(yè)學(xué)位論文】外來植物紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制碩士論文

密級(jí): 論文編號(hào): 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 外來植物紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制 士 研 究 生 ：牛紅榜 指 導(dǎo) 教 師：萬方浩 研究員 申 請(qǐng) 學(xué) 位 類 別：農(nóng)學(xué)碩士 專 業(yè)：生物安全 研 究 方 向：外來生物入侵 培 養(yǎng) 單 位：植物保護(hù)研究所 研究生院 提交日期 2007 年 6月 2007 研究為國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“農(nóng)林危險(xiǎn)生物入侵機(jī)理與控制基礎(chǔ)研究” （973 計(jì)劃，2002部分內(nèi)容。所有實(shí)驗(yàn)在“中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所 植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”以及“農(nóng)業(yè)部外來入侵生物預(yù)防與控制研究中心”完成。 摘 要 入侵植物與 入侵地土壤 微生物的互 作關(guān)系是外 來入侵植物 與入侵地生 境互作關(guān)系 的重 要 內(nèi)容， 土壤微生物是影響外來植物入侵力和生態(tài)系統(tǒng)可入侵性的一個(gè)重要因素。 外來植物入侵可以引起土壤微生物群落及土壤生態(tài)過程發(fā)生改變， 反過來這種改變可能有利于外來植物的生長及與當(dāng)?shù)刂参锏母?jìng)爭， 這是外來植物入侵的一種新機(jī)制土壤微生物學(xué)機(jī)制。 因此， 外來入侵植物對(duì)入侵地土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物群落的影響不僅是入侵效應(yīng)問題， 更 與外來植物的入侵機(jī)制聯(lián)系緊密。 紫莖澤蘭 （ R. H. ） 是一種典 型的惡性入侵雜草， 已對(duì)許多國家和地區(qū)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)損失。在綜述國內(nèi)外外來植物的入侵機(jī)理和紫莖澤蘭種群擴(kuò)張研究的基礎(chǔ)上， 本研究從紫莖澤蘭與土壤微生物的互作關(guān)系出發(fā)， 通過野外取樣和溫室盆栽實(shí)驗(yàn)， 分別 從紫莖澤蘭入侵對(duì)土壤生態(tài)的影響 、紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的篩選鑒定及拮抗性能評(píng)價(jià)、 紫莖澤蘭浸提液對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響和入侵地土壤微生物群落對(duì)紫莖澤蘭生長、 與當(dāng)?shù)?植物競(jìng)爭的影響等方面研究了紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制。主要結(jié)果如下： 1. 紫莖澤蘭入侵對(duì)土壤生態(tài)的影響 通過對(duì)紫莖澤蘭入侵后不同演替階段中 （重度入侵區(qū)、 輕度入侵區(qū)、 未入侵區(qū)和當(dāng)?shù)刂参锷L區(qū)） 的土壤微生物群落和土壤理化性質(zhì)的比較， 發(fā)現(xiàn)紫莖澤蘭入侵顯著改變了入侵地的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)， 在重度入侵區(qū)土壤真菌、 自生固氮菌、 氨氧化細(xì)菌數(shù)量均較高， 分別是輕度入侵區(qū)對(duì)應(yīng)菌數(shù)量的 、 和 ， 是未入侵區(qū)對(duì)應(yīng)菌數(shù)量的 、 和 ， 是當(dāng)?shù)刂参飬^(qū)對(duì)應(yīng)菌數(shù)量的 、 和 。 同 時(shí)提高了土壤中植物可直接吸收的硝態(tài)氮、 銨態(tài)氮、 有效磷、 速效鉀和有機(jī)碳含量， 其中土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量分別為 32.5 9.3 別是未入侵區(qū)對(duì)應(yīng)含量的 和 ，是當(dāng)?shù)?植物區(qū)對(duì)應(yīng)含量的 和 。土壤微生物各生理功能類群的變化與土壤理化性質(zhì)的變化相關(guān)顯著， 土 壤微生物群落的變化可能導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分水平的升高。 結(jié)果表明隨著紫莖澤蘭的不斷入侵?jǐn)U張， 顯著改變了土壤微生物群落和土壤養(yǎng)分； 重度入侵區(qū)叢枝菌根真菌和真菌 /細(xì)菌比率顯著高于其它區(qū)， 這可能與紫莖澤蘭形成菌根真菌共生體有關(guān)。 2. 紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的篩選鑒定及拮抗性能評(píng)價(jià) 通 過 分 離 、 篩 選 、 鑒 定 紫 莖 澤 蘭 根 際 土 壤 中 優(yōu) 勢(shì) 細(xì) 菌 及 其 拮 抗 性 能 測(cè) 定 ， 發(fā) 現(xiàn) 紫莖澤蘭根際土壤 中存 著豐富 的芽 孢桿菌 和假 單胞菌 ，其 中枯草 芽孢 桿菌和 巨大 芽孢桿 菌數(shù) 量最多 ，共 占鑒定細(xì)菌總數(shù)的 這些優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類群對(duì)番茄枯萎病菌和青枯病菌有不同程度的拮抗作用，以枯草芽孢桿菌 蘇云金芽孢桿 番 茄枯萎病菌的拮抗效果最為明顯，其代謝產(chǎn)物的抑菌率分別為 優(yōu) 勢(shì)細(xì)菌代謝液比菌體對(duì)病原菌的拮抗作用更強(qiáng)。 結(jié)果表明紫莖澤蘭 根際 豐富的 具有 強(qiáng)拮抗 性能 的細(xì)菌 類群 可能是 紫莖 澤蘭不 受土 傳病害 侵?jǐn)_ 的原因 ；通 過這種根 際有 益微生 物的 反饋?zhàn)?用， 紫莖澤 蘭直 接或間 接的 在與當(dāng) 地植 物競(jìng)爭 中處 于有利 地位 ，從而有利于其排擠當(dāng)?shù)刂参铩?3. 紫莖澤蘭浸提液對(duì)土壤微生物群落的影響 1利用紫莖澤蘭根系和莖葉浸提液培育入侵地土壤微生物群落， 發(fā)現(xiàn)紫莖 澤蘭根系浸提液和莖葉浸提液分別處理輕度入侵土壤 2 周和 3 周后 ， 土壤微生物群落發(fā)生顯著變化， 且隨著浸提液濃度的增大微生物群落結(jié)構(gòu)向重度入侵靠攏， 但莖葉浸提液的作用效果小于根系。 試驗(yàn)同時(shí)測(cè)定了紫莖澤蘭根系和莖葉浸提液對(duì)已分離鑒定的 8 株紫莖澤蘭根際優(yōu)勢(shì)細(xì)菌生長的影響， 發(fā)現(xiàn)根系 和莖葉浸提液都顯著地促進(jìn)了細(xì)菌的生長， 且隨著浸提液濃度的增大促進(jìn)作用增強(qiáng)。 結(jié)果表明紫莖澤蘭可以通過莖葉淋溶物和根系分泌物改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)， 它 們間可能存在營養(yǎng)關(guān)系或化學(xué)通信聯(lián)系。 4. 入侵地土壤微生物群落對(duì)紫莖澤蘭生長、競(jìng)爭的影響 溫室盆栽試驗(yàn)測(cè)定了被紫莖澤蘭改變了的土壤微生物群落對(duì)紫莖澤蘭生長、 與當(dāng)?shù)?植物競(jìng)爭的影響， 發(fā)現(xiàn)被紫莖澤蘭入侵改變了的土壤微生物群落抑制了當(dāng)?shù)刂参锏纳L， 卻增強(qiáng)了紫莖澤蘭的競(jìng)爭能力。重度入侵地土壤微生物群落對(duì)當(dāng)?shù)刂参锷L的抑制強(qiáng)度極顯著地高于紫莖澤蘭，滅菌處理使黑麥草生物量提高了 23%， 佩蘭提高了 93%， 紫 花苜蓿提高了 73%， 而 紫莖澤蘭僅提高了 11%。 與此相反， 空白地土壤微生物對(duì)紫莖澤蘭的抑制強(qiáng)度則顯著地高于當(dāng)?shù)刂参铩?當(dāng)?shù)刂参飬^(qū)土壤微生物群落抑制了 3 種當(dāng) 地植物的生長， 卻促進(jìn)了紫莖澤蘭的生長。 四種不同來源的土壤微生物群落都提高了紫莖澤蘭相對(duì)優(yōu)勢(shì)度， 重 度入侵地土壤微生物群落提高紫莖澤蘭相對(duì)優(yōu)勢(shì)度最為顯著， 比未入侵區(qū)土壤微生物群落對(duì)紫莖澤蘭相對(duì)優(yōu)勢(shì)度的影響平均高出 24%。 結(jié)果表 明紫莖澤蘭入侵改變了的土壤微生物群落促進(jìn)了紫莖澤蘭生長和競(jìng)爭。 5. 總結(jié) 紫莖澤蘭入侵改變了土壤微生物群落， 提高土壤自生固氮菌、 氨氧化細(xì)菌和真菌數(shù)量， 也提高了土壤的有效磷、 速效鉀、 硝態(tài)氮、 氨態(tài)氮含量； 同時(shí)其根際存在豐富的具有拮抗性能的細(xì)菌類群， 可能是 紫莖澤蘭不受土傳病害侵?jǐn)_的原因； 其根系和莖葉浸提液可以改變土壤微生物群落 ，促進(jìn)根際細(xì)菌的生長； 通過這些途徑， 紫莖澤蘭獲得了土壤微生物的有益反饋， 為自身生長創(chuàng)造有利條件。 這是一個(gè)自我促進(jìn) （ 式的入侵機(jī)制： 紫莖澤蘭改變?nèi)肭值赝寥牢⑸锶郝?，?chuàng)造了對(duì)自身生長有利的土壤環(huán)境。 關(guān)鍵詞 : 紫莖 澤蘭，外來植物入侵，土壤微生物群落，入侵機(jī)制，土壤微生物反饋，促進(jìn)作用，抑制作用 2he of in is by is of in of is of R. H. is a of A. of in To . on . to of of . as 1. . on in in . as as N, in as to of It . to 2. . 5 of . of of in . of of at . . a to 3. . on by . to . 00% A. to . . on in of A. 4. of of . he in on . in of . In 3%, 3%, 3%, . 1%. in of . as to of in . 24% on in to 5. . is by in or it in it in a . be an of is as an to of 目 錄 第一章 緒論 . 1 來植物入侵機(jī)制的研究進(jìn)展 . 外來入 侵植物的生物生態(tài)學(xué)特征 . 1 入侵 生境的可入侵性 . 2 種 多樣性阻抗假說（ . 3 余 生態(tài)位假說（ . 4 態(tài) 系統(tǒng)干擾假說（ . 4 來入 侵植物與入侵地生境的互作關(guān)系 . 5 敵 逃避假說（ . 5 侵 進(jìn)化假說（ . 6 秘 武器假說（ . 8 來植物入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制研究 . 土壤微 生物對(duì)植物生長、競(jìng)爭和群落演替的作用 . 9 來植 物入侵對(duì)土壤生態(tài)過程的影響 . 10 來 植物入侵對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 . 10 來 植物入侵對(duì)土壤微生物群落和功能的影響 . 11 來 植物入侵對(duì)土壤生態(tài)過程影響的途徑 . 12 壤微 生物群落對(duì)入侵植物生長、競(jìng)爭的反饋及其機(jī)制 . 13 來植 物入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制對(duì)入侵植物生態(tài)替代的指導(dǎo)意義 . 14 結(jié) . 15 壤微生物群落結(jié)構(gòu)的研究方法 . 土壤微 生物的傳統(tǒng)培養(yǎng)的研究方法 . 16 磷脂 脂肪酸（ 代表的生物標(biāo)志物（ . 17 莖澤蘭種群入侵?jǐn)U展機(jī)理研究 . 紫莖澤 蘭生物生態(tài)學(xué)特征 . 19 莖澤 蘭入侵?jǐn)U張的分子機(jī)理 . 20 莖澤 蘭與本地植物的資源競(jìng)爭 . 20 莖澤 蘭化感作用研究 . 21 研究的總體思路、主要內(nèi)容和技術(shù)路線 . 總體思 路 . 22 究內(nèi) 容和意義 . 22 術(shù)路 線 . 22 第二章 紫莖澤蘭入侵對(duì)土壤生態(tài)的影響 . 24 料與方法 . 研究區(qū) 的自然概況 . 24 驗(yàn)設(shè) 計(jì) . 24 樣的 采集與保存 . 25 樣的 測(cè)定與方法 . 25 壤 理化性質(zhì)的測(cè)定 . 25 壤 微生物群落的磷脂脂肪酸 (析 . 25 培 養(yǎng)土壤微生物類群的分析 . 26 據(jù)分 析 . 26 I 果 . 不同入 侵區(qū)的植物群落特征 . 26 同入 侵區(qū)土壤理化性質(zhì)的差異 . 27 同入 侵區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的差異 . 27 同入 侵區(qū)可培養(yǎng)土壤微生物類群的差異 . 28 壤微 生物可培養(yǎng)類群變化與土壤理化性質(zhì)變化的聯(lián)系 . 28 論 .論 .三章 紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的篩選鑒定及拮抗性能評(píng)價(jià) . 35 料與方法 . 紫莖澤 蘭根際土壤采集 . 35 壤細(xì) 菌的分離培養(yǎng)和優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的篩選 . 35 勢(shì)細(xì) 菌的脂肪酸（ 定 . 36 養(yǎng) 基與脂肪酸提取試劑 . 36 肪 酸的提取 . 36 肪 酸的檢測(cè) . 36 勢(shì)細(xì) 菌對(duì)土傳病原菌的拮抗作用 . 37 試 拮抗菌和病原菌 . 37 番 茄枯萎病菌拮抗性能的測(cè)定 . 37 青 枯菌拮抗性能的測(cè)定 . 37 菌代 謝產(chǎn)物拮抗性能的測(cè)定 . 37 計(jì)分 析 . 37 果與分析 . 細(xì)菌的 分離與鑒定 . 37 勢(shì)芽 孢桿菌的多態(tài)性聚類分析 . 38 勢(shì)細(xì) 菌對(duì)番茄枯萎病菌和青枯菌的拮抗作用 . 40 論 .論 .四章 紫莖澤蘭浸提液對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 . 43 料與方法 . 紫莖澤 蘭根系和莖葉浸提液的制備 . 43 壤微 生物的培育 . 43 據(jù)分 析 . 43 果與分析 . 紫