外来细菌入侵土壤的生物影响因素研究

发布时间：2017-12-19 21:25

  本文关键词：外来细菌入侵土壤的生物影响因素研究　出处：《南京农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 生物入侵 外来种属性 土著生物群落特征 外来种与土著种谱系距离 现代物种共存理论 Meta-analysis Illumina高通量测序 绿色(红色)荧光蛋白

【摘要】：生物入侵作为全球性的环境问题,给各国经济、生态和社会造成巨大的危害。然而,并非所有的外来种都能在达到新栖息地后形成入侵,一种入侵种也不可能在所有的新栖息地入侵成功,因此探究外来生物入侵的影响因素(机制)已然成为入侵生态学研究的核心之一。然而,现有的生物入侵研究基本都是围绕地上部大型动植物开展的,少有涉及微生物和地下部生态系统的。此外,以往的入侵理论中关于生物因素对入侵的影响还存在许多争议,尤其是对外来种的繁殖体数量和种属特性、土著生物的群落特征以及外来种与本地种的谱系距离的作用了解甚少。本研究以外来细菌为研究对象,一方面通过土壤微宇宙试验,研究了外来种和土著生物群落各自特征对细菌入侵的影响。外来种特征包括扩散(繁殖体数量)、形态、生长速率和资源利用能力等,土著群落特征包括原生动物数量、细菌物种多样性、细菌功能多样性等。另一方面利用整合分析(Meta-analysis)和模式系统试验,探讨了外来种与土著生物群落谱系距离对生物入侵的影响及作用机制。研究结果如下:1)通过比较不同繁殖体数量处理外来细菌在不同生境土壤中的存活量,发现繁殖体数量对外来细菌在土壤中存活量的影响取决于土壤资源状况。在资源含量低的土壤中,高繁殖体数量处理的外来细菌存活量会因土壤资源供应不足而下降,但低繁殖体数量的却不会,因而最终使得外来细菌繁殖体数量与存活量的剂量响应曲线近似为水平直线;而在资源含量高的土壤中,资源不再是限制因子,外来细菌存活量随繁殖体数量增加而增加,二者的剂量响应曲线最终呈指数形式。加热干扰不仅会提高土壤有效资源含量、同时还会降低土著生物的竞争强度,因此利于指数型剂量响应曲线的形成和维持。2)通过比较种属特性不同的外来细菌在不同生境土壤中的存活量,发现外来细菌在土壤中的存活量主要由其资源利用能力决定,而与菌株大小、生长速率、革兰氏阴、阳性以及是否形成芽孢等无关。在接种初期,外来细菌的存活量主要受其对蔗糖和葡萄糖利用能力的影响;而到后期,外来细菌对6类碳源(麦芽糖,蔗糖,D-甘露醇,甘油,葡萄糖和淀粉)的利用能力均会对其存活量产生显著影响。由于加热干扰可以同时增加土壤资源有效性和降低土著生物竞争程度,因而会削弱外来细菌自身的资源利用能力对于其在土壤中存活量的影响。3)通过比较外来细菌在两种不同肥力土壤灭菌并回接自身或对方生物群落重建系统中的存活量和总存活时间,发现重建土壤的原生动物数量、革兰氏阴性与阳性细菌比等群落特征主要由接种土壤生物群落控制,可用来预测外来细菌接入土壤后的存活量;而土壤微生物呼吸速率、细菌物种多样性和细菌功能多样性等群落特征则主要由灭菌土壤环境控制,可用来预测外来细菌接入土壤后的总存活时间。4)通过整合分析(Meta-analysis)调查了研究尺度、入侵阶段、外来种类群、系统类型等对外来种与本地种谱系距离和生物入侵关系的影响,发现入侵阶段和研究尺度的影响较为显著。其中,在入侵成功阶段,局域尺度上的生物入侵会随谱系距离增加而增加,而区域尺度则无明显影响;在入侵危害阶段,生物入侵随谱系距离增加而增加的规律只出现在区域尺度,局域尺度则变成随谱系距离增加而降低。5)通过比较外来种与土著种生态位差异、相对适应度差异对细菌入侵成功和危害的相对贡献及与谱系距离的关系,发现入侵成功仅与生态位差异相关,而入侵危害则有可能同时与生态位差异和相对适应度差异相关。外来细菌与土著群落的谱系距离是否对其入侵成功或危害产生影响,只取决于谱系距离与生态位差异的相关性。当谱系距离与生态位差异相关时,外来细菌与土著群落谱系距离会对其入侵成功或危害产生显著影响;否则,无影响。综上,外来细菌入侵土壤的生物作用机制总体上与地上部大型动植物的研究结果类似:外来种自身属性如繁殖体数量和资源利用能力、土著生物群落特征以及外来细菌与土著细菌谱系距离等均会对入侵产生显著影响;干扰也可以通过提高栖息地有效资源含量和削弱土著生物群落竞争强度而实现对入侵的促进。然而,各生物因素对外来细菌入侵的具体作用过程却与大型生物入侵存在差异。例如,外来细菌的高繁殖体数量是通过群体感应行为而不是阿利效应来提升入侵潜力的。未来可就微生物独有特性对入侵的影响做进一步的研究。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 郑景明;马克平;;植物群落多样性与可入侵性关系研究进展[J];应用生态学报;2006年07期

2 丁建清;外来生物的入侵机制及其对生态安全的影响[J];中国农业科技导报;2002年04期

3 李博,陈家宽;生物入侵生态学:成就与挑战[J];世界科技研究与发展;2002年02期

4 万方浩,郭建英,王德辉;中国外来入侵生物的危害与管理对策[J];生物多样性;2002年01期

5 彭少麟,向言词;植物外来种入侵及其对生态系统的影响[J];生态学报;1999年04期

，

本文编号：1309511