杨东山十二度水自然保护区凋落物及土壤层真菌群落动态研究

发布时间：2020-11-09 17:49

　　 土壤及凋落物层微生物对森林生态系统的凋落物分解、养分循环、碳的积累等主要生态过程起不可忽视的作用,全球气候变化(尤其频繁发生的极端气候事件)及其对森林生态系统的影响是个不争的事实,全球变化背景下的微生物动态及其功能研究,一直是世界研究热点之一。2008年中国南方特大冰雪灾害使南岭区域大面积森林受损,灾后生态恢复中真菌群落结构是否变化?动态如何?本文针对土壤及凋落物层真菌多样性变化规律开展研究。在南岭中段区域的广东杨东山十二度水省级自然保护区,选取地带性典型的亚热带常绿阔叶林为研究对象,通过长期定位监测、微生物DNA提取、PCR扩增技术和构建克隆文库,系统发育树等方法,对杨东山十二度水自然保护区的土壤及凋落物层5个不同样地的真菌种类及功能多样性进行了研究,探讨其与森林植被乃至整个生态系统的相互作用关系,揭示受损森林自然恢复过程中的真菌时空动态变化规律。本研究获得的主要结果如下:1、指出菱红菇Russula vesca Fr.为5号样地土壤真菌的优势种群。本研究通过对广东省杨东山十二度水自然保护区的土壤真菌核糖体基因内转录间隔区(r DNA-ITS)进行PCR扩增、克隆并测序,构建系统发育树及基因克隆文库,研究了该区土壤及凋落物层真菌的种类及多样性变化,结果表明2008年5号样地土壤样品中共得到95株真菌克隆,分属于25个真菌分类操作单元OTUs,其中菱红菇Russula vesca占克隆总数的34.7%,为该样地土壤真菌的优势种群。此外,一些木腐菌、菌根真菌等在森林生态系统中起着极为重要的降解还原作用,能有效的分解糖类、木质素、纤维素等,增强土壤通风保水能力,有利于整个生态系统的养分及物质循环。2、子囊菌OTUs和担子菌OTUs占该森林凋落物层所有真菌种类的84%。本次研究对四个样地凋落物层的真菌群落多样性进行研究,结果表明凋落物层样品克隆所获得的1442个真菌克隆分属于213个真菌分类操作单元,其中子囊菌OTUs占所有真菌种类的55.4%,担子菌OTUs占所有真菌种类的28.6%。3、阐述了森林中真菌的时间动态变化规律以及与森林结构之间的关系。2008年冰雪灾害后到2011年,各样地凋落物层的真菌物种多样性随年份的增加都呈“N”字型变化,2009年真菌的物种数明显增高达到历年最高峰,2010年出现大幅减少,2011年回升后趋于平稳。三号样地四年的真菌物种数都比其他样地丰富。随着凋落物组成及量的不断变化,真菌群落的种类及多样性也发生了一定的变化。4、冰雪灾害后,2009-2010年腐生菌占腐殖层真菌的比率明显上升,2011年又恢复至2008年水平;而病原菌的占腐殖层真菌的比率与腐生菌正好相反,在2009-2010年明显下降,2011年又开始回升;腐生菌小菇属Mycena和病原菌Subramaniomyces是各样地的主要种群,分别占到了总样品克隆数的14.0%和13.8%,其变化趋势分别类似于腐生菌和病原菌的变化趋势,表明小菇属可能在枯枝落叶的分解中起非常重要的作用。腐殖层真菌群落中的的腐生真菌、菌根真菌及一些病原真菌相互促进,相互制约。而是否能找到一些特殊的微生物真菌资源可以有效缓解自然灾害对森林的损毁程度,利于生态系统的更加稳定发展,将成为后续研究的主要内容。5、改善和完善了实验研究方法,在DNA样品PCR扩增实验中添加适量BSA可获得显著的效果。由于保护区土壤腐殖酸含量较高,DNA提取和纯化极其困难,严重影响后续的PCR扩增结果。本次研究通过比较三种不同的DNA粗提取的方法,结果表明:试剂盒提取法快速便捷,获得的DNA纯度较高,但是实验成本相对比较昂贵,不适合进行较多样品的研究;CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)法直接提取的DNA纯度低,但提取的DNA总量比较多。因此针对不同的土壤类型及样品数量,应该选用合适的DNA提取方法。通过研究不同浓度的BSA(牛血清白蛋白)含量对PCR扩增的影响,结果证明了在森林土壤真菌群落多样性研究的DNA样品PCR扩增实验中,添加适量BSA有助于降低样品中残留腐殖酸等的抑制作用,使PCR结果更加显著,是一种可尝试的优化手段。
【学位单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：S714
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 南岭地区自然条件概况
        1.1.1 杨东山十二度水自然保护区地质形态及土壤特征
        1.1.2 杨东山十二度水自然保护区主要植被类型及分布
    1.2 土壤微生物在森林生态系统中的作用
        1.2.1 改良土壤及促进植物营养循环
        1.2.2 预防并抑制病原菌
        1.2.3 指示作用
        1.2.4 预防森林火灾
        1.2.5 环境修复及净化作用
        1.2.6 农产品资源的开发利用
    1.3 土壤微生物群落多样性影响因素
        1.3.1 森林植被
        1.3.2 林龄
        1.3.3 林分结构
        1.3.4 土壤类型
        1.3.5 水分温度
    1.4 土壤微生物多样性研究方法
        1.4.1 以生化技术为基础的研究方法
        1.4.2 以分子技术为基础的研究方法
    1.5 森林凋落物层微生物研究进展
    1.6 科学问题的提出
    1.7 研究目的和意义
    1.8 技术路线
第二章 杨东山十二度水自然保护区土壤真菌DNA的提取纯化方法研究
    2.1 前言
    2.2 样品的采集
    2.3 研究的方法
        2.3.1 土壤微生物总DNA的提取及纯化
        2.3.2 PCR扩增及电泳检测
        2.3.3 扩增片段的纯化回收
    2.4 结果与分析
        2.4.1 DNA颜色及量的比较
        2.4.2 电泳检测结果
        2.4.3 PCR扩增结果分析
    2.5 讨论
第三章 杨东山十二度水自然保护区凋落物层真菌多样性研究
    3.1 前言
    3.2 样品的采集
    3.3 研究方法
        3.3.1 样品总DNA的提取及纯化
        3.3.2 PCR（聚合酶链式反应）扩增及纯化回收
        3.3.3 克隆测序
        3.3.4 系统分析
    3.4 结果与分析
        3.4.1 各样地凋落物层真菌的PCR扩增及克隆结果
        3.4.2 凋落物层主要真菌类群组成和分布
        3.4.3 2008-2011年 1-4 号样地凋落物层真菌物种多样性变化规律
        3.4.4 Shannon-Wiener多样性指数比较
        3.4.5 腐生真菌与病原真菌变化分析
        3.4.6 优势种群的变化分析
        3.4.7 菌根真菌作用及变化分析
    3.5 讨论
        3.5.1 凋落物层真菌种类多样性变化规律
        3.5.2 腐生真菌与病原真菌变化分析
        3.5.3 优势种群的变化分析
        3.5.4 菌根真菌作用及变化分析
第四章 杨东山十二度水自然保护区土壤真菌多样性研究
    4.1 前言
    4.2 样品的采集
    4.3 研究方法
    4.4 结果与分析
        4.4.1 土壤真菌主要类群组成和分布
        4.4.2 土壤真菌种群优势度分析
        4.4.3 2008年5号样地土壤层与凋落物层真菌多样性比较分析
    4.5 讨论
第五章 总结
    5.1 主要结论
    5.2 讨论及存在的问题
参考文献
附表
在读期间学术研究
致谢

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