云南热区西南桦人工林丛枝菌根研究

发布时间：2017-04-12 06:24

  本文关键词：云南热区西南桦人工林丛枝菌根研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：西南桦(Betula alnoides)是云南热区占主导地位的乡土阔叶造林树种,本文以西双版纳普文试验林场以及德宏州瑞丽营建的不同年龄的西南桦人工林以及毗邻的天然林为研究对象,选取与植物普遍共生的丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)的多样性为考察指标,通过研究：1)西南桦人工林营建对系统中AMF的影响；2)随着人工林年龄系列演替,西南桦根内AMF定殖、根际土壤中AMF孢子种群的变化情况,以及土壤因子对西南桦丛枝菌根的影响；3)西南桦根内AMF的分子多样性等；采用不同指标、从不同视野评估西南桦人工林在云南热区发展的适宜性,为西南桦人工林营建和林分的经营管理积累菌根方面的资料和依据,同时也补充和丰富我国在人工林丛枝菌根研究方面的内容。 研究取得了4个方面的主要结果： 1、对云南两个典型热区(西双版纳州的普文和德宏州的瑞丽)采集西南桦根系和根际土壤样品进行调查,结果发现无论是天然林还是不同年龄的人工林,西南桦植株根系中都有AMF定殖,根际土壤中存在数量较多且种类丰富的AMF孢子,表明丛枝菌根是云南热区西南桦林分内一个普遍存在的重要组成成分。 2、采用形态学方法对普文试验林场19年生、8年生的西南桦人工林以及毗邻的原始林(地带性植被：山地雨林)群落中主要植物的AMF定殖率、西南桦根际土壤中AMF的种类组成进行了研究,结果山地雨林中与植物共生的AMF的菌丝和泡囊的定殖率与8年生林分的没有显著差异,但明显高于19年生的西南桦人工林；土壤中AMF孢子密度为8年生人工林最高,山地雨林最低,但是山地雨林中AMF的香农多样性指数却明显高于两种人工林；在三种林分中,Glomus均为优势属,但各林分中AMF的优势种又有所不同,两种人工林的优势种组成更为相近。 3、选取普文试验林场5种不同年龄、德宏州瑞丽2种不同年龄的西南桦人工林,以及两地的天然林分为研究对象,对各林分内西南桦的AM状况调查发现,随着西南桦人工林年龄系列演替,在不同的发育阶段,西南桦根系中AMF的定殖率没有显现出随着林龄的增加而升高或者降低的变化趋势,各演替阶段人工林中西南桦根系AMF定殖率总是高于天然林中的西南桦；人工林西南桦根际土壤中AMF孢子密度则表现出随着林龄增加,数量逐步下降的趋势。此外,土壤有效P,全N和有机质的含量也是影响西南桦AM状况的重要因子,它们与西南桦根系中AMF菌丝和泡囊的定殖率,以及土壤中的AMF孢子密度都呈显著负相关关系。 4、通过克隆测序法构建了西南桦根内AMF的核糖体大亚基(Large subunit,LSU)基因文库,从天然林西南桦根系中获得425条AMF LSU rDNA序列,经dotur分析属于40个OTU (Operational taxonomic unit),其中13个OTU与GenBank的已知序列具有较高同源性,其余27个序列类群均与已知种类的同源性在97%以下或找不到与之相对应的序列,体现了西南桦根内AMF较高的分子多样性,同时,Blast比对和系统发育分析均表明Glomus是优势属,这与基于土壤中AMF孢子的形态学研究结果一致；将天然林与人工林西南桦根内AMF分子多样性进行比较,发现两者共有的OTU有9个,天然林特有的27个,人工林特有的仅6个,共有的9个OTU则包含了339条序列,占到了所有AMF序列数(522条)的65%,反映出西南桦与AMF间可能存在一定的宿主偏好性选择,天然林西南桦根内的AMF多样性高于人工林中的西南桦植株；将2年、8年、21年龄的人工林与天然林中的西南桦进行对比,发现人工林所包含的OTU数随林龄增大而呈逐渐增加的趋势,而天然林西南桦根内AMF的OTU数量总是显著高于几种不同年龄人工林中的西南桦,这与基于形态学方法对土壤中的AMF孢子种类组成的研究结果相似。 根据上述研究结果得出以下主要结论：1)AMF普遍定殖于天然林和人工林的西南桦植株根系中,是西南桦林分生态系统中的重要功能真菌,其中,Glomus为优势属,且西南桦与AMF间存在一定的宿主偏好性；2)营造西南桦人工林没有导致土壤中AMF孢子数量的减少,但在一定程度上降低了AMF的多样性,改变了优势种的组成,随着人工林林分年龄的增加,AMF的多样性和组成也得到一定恢复；3)除人为因素外,土壤有效P,全N和有机质也是影响西南桦AMF的重要因素。 综上所述,营造西南桦人工林确实对热区森林生态系统中的AMF产生影响,在一定程度导致了AMF多样性的降低以及优势类群的改变,但随着林龄增加,当地土著植物进入林下,加之西南桦与AMF间存在的宿主偏好性,使得人工林西南桦也维持了与天然林西南桦根内相似的AMF,人工林生态系统中AMF的多样性也得到一定程度的恢复,因此,从菌根生物学的角度评价,在云南热区营建西南桦人工林是可行的,在重视保护现有天然植被的前提下,适度发展西南桦人工林可以认为是热区退化山地植被恢复的一种可取模式。
【关键词】：丛枝菌根 丛枝菌根真菌 多样性 西南桦 人工林
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S792.15;Q949.32
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 研究背景、内容、目的和意义14-22
• 1 研究背景14-18
• 2 研究的目的和意义18-19
• 3 研究内容及技术路线19-22
• 第二章 西双版纳普文试验林场西南桦人工林及山地雨林的AM状况研究22-51
• 1 前言22-23
• 2 材料和方法23-28
• 2.1 样地概况23-25
• 2.2 样本采集25
• 2.3 土壤理化性质测定25
• 2.4 根样的处理25-26
• 2.5 土样的处理26
• 2.6 AMF的鉴定26-27
• 2.7 数据分析27-28
• 3 结果28-43
• 3.1 三种林分的土壤理化性质28-29
• 3.2 西双版纳普文试验林场三种林分中常见植物的根系AMF定殖状况29-35
• 3.3 不同林分间的AMF定殖程度和AMF孢子密度比较35-38
• 3.4 不同林分中相同植物的AM状况比较38-39
• 3.5 三种林分西南桦根际土壤中的AMF群落结构与分布规律39-43
• 3.5.1 根际土壤中的AMF种类39-40
• 3.5.2 三种林分西南桦根际土壤中AMF的群落结构40-41
• 3.5.3 各林分西南桦根际土壤中AMF的多样性比较41
• 3.5.4 各林分中AMF群落的相似程度41-43
• 4 讨论43-50
• 4.1 西双版纳普文试验林场山地雨林和西南桦人工林中植物的AM状况43-46
• 4.2 山地雨林与西南桦人工林的AMF群落结构比较46-50
• 5 小结50-51
• 第三章 西南桦人工林演替进程中的AM状况及影响因子51-67
• 1 前言51
• 2 材料和方法51-52
• 2.1 研究地描述51
• 2.1.1 西双版纳普文试验林场的样地概况51
• 2.1.2 德宏州瑞丽研究样地概况51
• 2.2 样本采集51-52
• 2.3 土壤的理化性质测定52
• 2.4 根样的处理52
• 2.5 土样的处理52
• 2.6 AMF的鉴定52
• 2.7 数据分析52
• 3 结果52-61
• 3.1 九种林分土壤的理化性质52-54
• 3.2 九种林分中西南桦的根系AMF定殖率及根际土壤中的AMF孢子密度54
• 3.3 西南桦人工林的AM状况和AMF孢子密度的比较分析54-57
• 3.4 德宏瑞丽三种西南桦林分根际土壤中AMF的群落结构57-60
• 3.5 德宏三种林分西南桦根际土壤中AMF的多样性比较60
• 3.6 相关性分析60-61
• 4 讨论61-65
• 4.1 西南桦人工林演替进程中的AMF定殖状况61-62
• 4.2 西南桦人工林的AMF孢子密度及变化规律62-64
• 4.3 影响西南桦人工林AMF的土壤因子64-65
• 5 小结65-67
• 第四章 西双版纳普文试验林场西南桦根内AMF的分子多样性67-103
• 1 前言67-69
• 2 材料和方法69-74
• 2.1 样本采集及处理69
• 2.2 样品DNA的提取69
• 2.3 AMF的LSU rDNA基因片段的PCR扩增69-70
• 2.3.1 Nested PCR引物69-70
• 2.3.2 PCR反应体系及条件70
• 2.4 PCR产物的回收、纯化70-71
• 2.5 扩增产物的转化及克隆71-73
• 2.5.1 目的片段与pMD18-T载体的连接71
• 2.5.2 LB液体培养基和Amp~+ LB固体培养基的制备71-72
• 2.5.3 连接产物的转化72
• 2.5.4 阳性克隆的鉴定与保存72-73
• 2.6 测序73
• 2.7 系统发育分析73-74
• 3 结果74-94
• 3.1 普文试验林场天然西南桦植株根内AMF分子多样性74-82
• 3.1.1 AMF LSU片段文库的构建74-76
• 3.1.2 序列来源鉴定和同源序列比对76-77
• 3.1.3 天然生长的西南桦根内AMF的分子系统发育分析77-82
• 3.2 天然西南桦与人工林中西南桦的根内AMF分子多样性比较82-87
• 3.2.1 AMF LSU片段文库的构建82
• 3.2.2 序列来源鉴定和同源序列比对82-83
• 3.2.3 天然及人工林西南桦根内AMF的分子系统发育分析83-87
• 3.3 不同年龄系列人工林中西南桦的根内AMF分子多样性比较87-94
• 3.3.1 AMF LSU片段文库的构建87-88
• 3.3.2 序列来源鉴定和同源序列比对88-93
• 3.3.3 不同林龄系列西南桦根内AMF的分子系统发育分析93-94
• 4 讨论94-101
• 4.1 西南桦根内AMF的分子多样性94-97
• 4.2 天然及人工林中西南桦根内AMF分子多样性比较97-99
• 4.3 西南桦根内AMF随年龄系列的发展演替规律99-101
• 5 小结101-103
• 第五章 全文创新点总结及展望103-105
• 1 研究结论103-104
• 2 展望104-105
• 参考文献105-125
• 附录1 论文中使用的缩写及中英文对照125-126
• 附录2 论文中使用的试剂和缓冲液的配制126-127
• 附录3 图版及说明127-131
• 附录4 在读期间的科研情况及研究成果131-132
• 致谢132-133

【参考文献】

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本文编号：300914