辽宁省刺萼龙葵入侵区和未入侵区土壤真菌多样性研究

曲波,祝明炜,杨红,李楠,陈旭辉,张国良,付卫东,李天来

(1.沈阳农业大学生物科学技术学院,辽宁 沈阳110161;2.设施园艺省部共建教育部重点实验室沈阳农业大学,辽宁沈阳 110161;3.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081)

刺萼龙葵(Solanum rostratum)又名堪萨斯蓟、黄花刺茄[1-5],是20世纪80年代入侵我国的恶性杂草,首次发现是在辽宁的朝阳地区[6,7],种子主要通过河流、交通运输进行传播[8,9]。现已侵入辽宁、吉林、河北、北京、甘肃、新疆等省市,并给当地生态环境和人类健康造成严重危害[7,10,11]。在辽宁省主要分布在朝阳、阜新、建平、沈阳、大连地区[5]。因此,为防治刺萼龙葵的迅速蔓延,对其进行全面研究意义重大。

目前,国内外一些学者对刺萼龙葵主要是从形态学特征、生理特性、环境危害及风险评估等方面进行研究。本试验主要对刺萼龙葵入侵与土壤真菌多样性的的关系展开系统研究,通过对比入侵区与未入侵区的土壤真菌多样性,从土壤真菌角度分析探讨刺萼龙葵扩散到其他区的可能性,以期为防治刺萼龙葵提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品的采集与调查

2008和2009年7-9月分别在辽宁省刺萼龙葵入侵区(Ⅰ)以及未入侵区(Ⅱ)进行了选择性的取土和抽样调查。入侵区(Ⅰ)的土样取自朝阳刺萼龙葵入侵比较严重的区域。在未入侵区(Ⅱ)主要沿大凌河、小凌河等河流沿岸以及国道、高速路沿边荒地进行取土调查,且所选荒地的植被及土壤类型基本一样(表1)。

1.2 取土方法

在每个取土地点分别做5个样方,且用GPS记录取土地点的地理位置(表1),每个样方大小均为10 m×10 m,样方间距离大于10 m。用土钻(直径3cm)钻洞取0～20cm层的土样[12],在入侵区(Ⅰ)钻洞取刺萼龙葵根际周围的土壤,在未入侵区(Ⅱ)沿样方对角线随机钻洞取土。每个样方钻16个洞且混成1个土样,这样每个样方就得到1个土样。去除石块、植物根系和土壤动物等,置于聚乙烯袋中,立即带回实验室过2mm筛。每个样方的土样取约50 g,放于4℃冰箱中保存[13],用于可培养土壤真菌类群分析,并在2周内完成真菌的数量测定[12]。

1.3 土壤真菌的培养

采用平板法对土壤真菌进行分离培养:称取0.001 5～0.015 0 g土样置于培养皿中,分散、粉碎,后将已熔化并冷却至45℃的孟加拉红培养基倒入培养皿中,旋转以使土粒分散,置于25℃恒温培养箱中培养,为抑制细菌在孟加拉红培养基里加入少许链霉素。5 d后,进行菌落计数和记录,随后转入马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基进行纯化、保存,待进一步的观察和鉴定[13-16]。对每个样方的土样进行3次重复培养、分离及纯化,培养的真菌鉴定到属。

表1 土壤采集信息Table1 The information of collecting soil

1.4 数据分析

1.4.1 真菌计数方法 真菌培养5 d后开始统计并记录真菌菌落数量,对入侵区(Ⅰ)的土壤真菌菌落数量进行比较分析,分离率计算公式[13]:

1.4.2 真菌多样性分析 采用物种个体数量(N)、物种数(S)、Shannon-wiener的多样性指数(H′)、Pielou的均匀度指数(J′)、Margalef丰富度指数(E)、Jaccard相似性指数(Cj)对土壤真菌群落结构特征进行分析[17-20]。

式中,Pi=ni/N,为第i种占总个体数N的比例。S为物种数,N为个体总数。

式中,a,b分别为2种生境类型中的物种数,j为2种生境类型中共有的物种数。根据Jaccard的相似性系数原理,当Cj为 0～0.25时,为极不相似;Cj为0.25～0.50时,为中等不相似;Cj为 0.50～0.75时,为中等相似;Cj为0.75～1.00时,为极相似。

表2 不同样地区域土壤真菌菌落的数量及其分离率Table 2 Colony number and isolation rate of soil fungi in the different areas

2 结果与分析

2.1 刺萼龙葵入侵区(Ⅰ)土壤真菌群落组成分析

通过对刺萼龙葵入侵区(Ⅰ)土壤真菌的培养,共分离鉴定出了约21个属的真菌(表2)。其中在土壤真菌的各种类群中,以青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、木霉属(Trichoderma)、毛霉属(Mucor)、根霉属(Rhizopus)、镰孢菌属(Fusarium)、枝顶孢属(Acremonium)种类较多,为该区的优势类群,分离率分别为18.13%,15.20%,7.60%,8.77%,8.77%,5.85%和5.26%(表2)。

2.2 入侵区(Ⅰ)与未入侵区(Ⅱ)土壤真菌相似性比较

通过比较入侵区(Ⅰ)与未入侵区(Ⅱ)土壤真菌多样性,发现其相似性指数H′以及土壤真菌群落均匀度J′相差不大。在未入侵区(Ⅱ)的各区中,辽东(B区)的土壤真菌丰富度指数高于其他区,辽中(E区)的土壤真菌丰富度指数最低(表3)。表明入侵区(Ⅰ)与未入侵区(Ⅱ)的土壤真菌多样性差异不显著(表3)。

通过比较入侵区(Ⅰ)与未入侵区(Ⅱ)土壤真菌间相似性系数,发现刺萼龙葵入侵区(Ⅰ)与未入侵区(Ⅱ)样方的土壤真菌群落的相似性指数Cj值为0.50～0.75(表4),处在中等相似水平。

表3 不同区域样地的土壤真菌群落多样性Table 3 Diversity index of soil fungal communities in different areas

表4 Ⅰ与Ⅱ区土壤真菌群落相似性Table 4 Similarity coeffieient of soil fungal communities inⅠandⅡareas

3 讨论

综上所述,刺萼龙葵入侵没有使土壤真菌种类及数量产生明显的变化,可能分离出来的真菌大部分是腐生菌,对刺萼龙葵的生长没有产生太大影响。钟艮平等[21]利用基因演算预测法(GARP)生态位模型预测刺萼龙葵在中国的潜在分布区,认为辽宁地区刺萼龙葵适生的可能性较高,通过本研究,可能刺萼龙葵也适应了辽宁地区的土壤真菌环境。因此,从真菌角度考虑,未入侵区(Ⅱ)也应存在着很大的入侵风险。

牛红榜和万方浩[12]对外来植物紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)入侵的土壤微生物学机制的研究,发现紫茎泽兰在重度入侵区土壤真菌数量较高,是轻度入侵区的2.2倍,是未入侵区的5.8倍,并进而提出了外来入侵植物自我促进式的土壤微生物学机制。加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)、豚草(Ambrosia artemisiifolia)等入侵植物也存在这种自我促进的生长现象[22,23]。而通过本研究,刺萼龙葵入侵区(Ⅰ)与未入侵区(Ⅱ)土壤真菌多样性差异并不明显,这可能与入侵植物自身特点及环境等因素有关,如根系分泌物及土壤理化性质等,有些入侵植物的根能够释放一些化感物质和根系分泌物,从而对入侵植物根系的微生物群落产生影响。如北美矢车菊(Centaurea diff usa)根系可以释放具有杀菌作用的化感物质8-羟基喹啉,从而引起土壤微生物群落的变化[23,24]。是否刺萼龙葵的根系也能释放化感物质从而对土壤微生物群落产生影响还应进一步的研究。

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