毛竹扩张对桫椤根系形态可塑性及根际反硝化细菌群落结构的影响

论文摘要

桫椤（Alsophila spinulosa）为桫椤科（Cyatheaceae）桫椤属（Alsophila）植物,它不仅是地球历史变迁的见证,也是科学研究的活化石,在研究植物起源、进化和地理区系等方面有着举足轻重的作用。桫椤现已处于濒危状态,被列为国家二级重点保护野生植物,气候的变化及生境的破坏致其数量急剧减少。赤水桫椤国家级自然保护区以桫椤及其生存环境为主要保护对象,保护区内共有桫椤四万余株,为世界上拥有桫椤数量最多、面积最广的林区之一。保护区内采伐的禁止使得毛竹大量扩张,迅速入侵到桫椤林中,桫椤生长的原生境受到了不同程度的破坏,原有的桫椤纯林近年来已不复存在。从竞争干扰的角度来看,植物地下部分的竞争比地上部分更为激烈。研究表明,毛竹在与针阔树的地下竞争中会通过增加根系生物量密度、细根比根长,降低相邻同级侧根节点距的策略来占据竞争优势。同时,入侵种的扩张会改变土壤养分循环及根际土壤微生物的群落结构,促进微生物群落的功能发挥,从而创造对自身有利的土壤微环境,加速其入侵进程。本文以赤水桫椤国家级自然保护区内受毛竹（Phyllostachys heterocycla）不同程度干扰的桫椤群落为研究对象,采用根钻法分别研究了水平和垂直方向上的毛竹、桫椤根系形态可塑性变化。又依据根际微生物与植物根系相互作用的原理,采用高通量测序技术,对受毛竹轻度、中度、重度干扰的桫椤根际土壤qnorB型反硝化细菌群落结构及多样性进行了分析,以期从地下微生态角度为桫椤种群的保护提供理论依据。具体研究结果如下:（1）毛竹、桫椤根系垂直方向的分布格局显示,随干扰强度的增大毛竹总根系生物量密度显著增加,桫椤根系则呈先增加后减少的趋势;0-10 cm土层毛竹根系生物量密度最大,为951.95 g/m2,占总量的39.09%;直径>5 mm的毛竹根系仅分布在重度干扰的10-20 cm土层中;随土层深度的增加桫椤总根系生物量密度逐渐增加,即桫椤根系多集中分布于20-30 cm土层。（2）各干扰程度下毛竹周围各径级的桫椤根系生物量密度均远低于毛竹根系,≤2 mm的毛竹根系在3个土层中均随着离竹距离的增加而逐渐减少,2-5 mm根系水平方向上总体变化同≤2 mm根系;毛竹周围的桫椤根系总生物量随干扰程度的增加而逐渐减少,但其随着离竹距离的增加而逐渐增多。各样地桫椤周围的毛竹根系在离桫椤60 cm处最多,随着干扰程度的增加毛竹总根系生物量密度逐渐增大。桫椤根系在3个土壤层次中均表现为离桫椤20 cm处最高,40 cm处次之,离桫椤较远的60 cm处最低。（3）重度干扰下的毛竹细根比根长较轻度和中度干扰显著增加,平均增幅为66.9%。桫椤细根比根长在10-20 cm土层中先升高后降低,在其余土层中的桫椤细根比根长则逐渐降低,总体上,重度干扰下桫椤细根比根长较轻度干扰下降了28.71%。在三个土层中毛竹一级侧根节点距均随干扰程度的增强而减小,二级侧根节点距在10-20 cm土层中变化趋势同一级侧根,在其余土层中均先增加后减少。总体来看,毛竹一、二级侧根节点距在重度干扰下最小,且在各干扰程度下均表现为表层土壤中节点距最小,侧根数目最多。（4）随毛竹干扰程度的增强,土壤碱解氮含量显著增加,速效磷含量显著降低（P<0.05）,pH、含水量及土壤有机质均无显著变化。（5）高通量测序结果显示,3个不同干扰程度下桫椤根际土壤样品共获得有效序列201641条,优化序列119600条;鉴定出的qnorB型反硝化细菌有4-5门,11-13纲,19-20目,23-25科,25-28属,33-37种,其中轻度干扰下反硝化细菌组成最少,重度干扰下细菌种类最为丰富。（6）希瓦氏菌属（Shewanella）在各样地中的丰度均大于6.5%,为优势菌群,除厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）外,其余属的群落丰度均随着干扰强度的增加而呈上升趋势。受毛竹中度和重度干扰的样地具有更高的Ace和Chao值;重度干扰下的qnorB型反硝化细菌群落具有最高的Shannon指数值及最低的Simpson指数值。UPGMA和PCoA分析均显示,重度干扰下的qnorB型反硝化细菌群落与轻度干扰下的分属于两个不同的分支。根据本研究得出的结果,并结合保护区的实际情况,提出以下保护对策:（1）保护区应加强对毛竹扩张的GPS遥感监控,实时了解、监测毛竹扩张的状态及桫椤种群的变化;（2）在受毛竹中度及重度干扰的桫椤群落中及时、适度间伐毛竹,避免毛竹进一步侵占桫椤的生长地;（3）应加强人工孢子繁育及组织培养方面的研究,在受到毛竹干扰严重的群落中适当栽植桫椤幼苗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
•   1.1 植物入侵
•     1.1.1 植物入侵概念
•     1.1.2 植物入侵的危害
•   1.2 毛竹入侵及种群扩张
•     1.2.1 毛竹入侵概况
•     1.2.2 毛竹扩张研究现状
•   1.3 桫椤基本概况
•     1.3.1 桫椤一般特征
•     1.3.2 桫椤的地理分布
•     1.3.3 桫椤的研究概况
•     1.3.4 保护区桫椤研究概况
•   1.4 根系相关研究
•     1.4.1 毛竹根系
•     1.4.2 桫椤根系特征
•     1.4.3 根系形态可塑性
•   1.5 土壤微生物研究现状
•     1.5.1 土壤微生物简介
•     1.5.2 土壤微生物的功能
•   1.6 反硝化细菌的研究
•     1.6.1 反硝化细菌的种类及形态特征
•     1.6.2 反硝化细菌的应用
•     1.6.3 反硝化细菌群落结构的研究
• 第2章 引言
•   2.1 研究目的及意义
•   2.2 研究内容
•   2.3 技术路线
•   2.4 研究区概况
• 第3章 不同样地毛竹、桫椤根系形态可塑性比较
•   3.1 实验材料与方法
•     3.1.1 样地设置与样品采集
•     3.1.2 根系处理与测定
•   3.2 数据处理
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 根系垂直分布格局
•     3.3.2 根系水平分布格局
•     3.3.3 各样地毛竹、桫椤细根比根长
•     3.3.4 毛竹根系相邻同级侧根节点距
•     3.3.5 毛竹、桫椤细根生物量密度spearman相关性分析
•   3.4 讨论与小结
•     3.4.1 根系生物量及空间分布
•     3.4.2 形态可塑性与毛竹扩张
• 第4章 各样地土壤理化性质研究
•   4.1 实验材料与方法
•     4.1.1 土壤样品的采集与处理
•     4.1.2 测定项目与方法
•   4.2 数据处理
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 土壤理化性质测定结果
•     4.3.2 土壤理化性质结果分析
• 第5章 不同样地桫椤根际qnorB型反硝化细菌群落结构分析
•   5.1 实验材料
•     5.1.1 样品的采集
•   5.2 测定方法
•     5.2.1 样品DNA的提取
•     5.2.2 PCR扩增及测序
•   5.3 数据分析
•     5.3.1 生物信息学分析
•     5.3.2 稀释性曲线比较
•     5.3.3 物种组成分析
•     5.3.4 群落多样性分析
•   5.4 结果与分析
•     5.4.1 测序数据分析
•     5.4.2 桫椤根际qnorB型反硝化细菌物种统计
•     5.4.3 桫椤根际土壤qnorB型反硝化细菌群落组成统计
•     5.4.4 桫椤根际qnorB型反硝化细菌Alpha多样性分析
•     5.4.5 桫椤根际qnorB型反硝化细菌Beta多样性分析
•     5.4.6 反硝化细菌群落与土壤理化性质相关性分析
•     5.4.7 反硝化细菌与桫椤生长情况的相关性分析
•   5.5 讨论与小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 保护对策及建议
•   6.3 不足与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 在校期间所发表的论文和参与的课题

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 瞿欢欢

导师: 邓洪平

关键词: 毛竹,桫椤,根系,形态可塑性,型反硝化细菌

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 西南大学

分类号: Q948

总页数: 71

文件大小: 3169K

下载量: 72