遼寧省刺萼龍葵入侵區和未入侵區土壤真菌多樣性研究

曲波,祝明煒,楊紅,李楠,陳旭輝,張國良,付衛東,李天來

(1.沈陽農業大學生物科學技術學院,遼寧 沈陽110161;2.設施園藝省部共建教育部重點實驗室沈陽農業大學,遼寧沈陽 110161;3.中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所,北京100081)

刺萼龍葵(Solanum rostratum)又名堪薩斯薊、黃花刺茄[1-5],是20世紀80年代入侵我國的惡性雜草,首次發現是在遼寧的朝陽地區[6,7],種子主要通過河流、交通運輸進行傳播[8,9]。現已侵入遼寧、吉林、河北、北京、甘肅、新疆等省市,并給當地生態環境和人類健康造成嚴重危害[7,10,11]。在遼寧省主要分布在朝陽、阜新、建平、沈陽、大連地區[5]。因此,為防治刺萼龍葵的迅速蔓延,對其進行全面研究意義重大。

目前,國內外一些學者對刺萼龍葵主要是從形態學特征、生理特性、環境危害及風險評估等方面進行研究。本試驗主要對刺萼龍葵入侵與土壤真菌多樣性的的關系展開系統研究,通過對比入侵區與未入侵區的土壤真菌多樣性,從土壤真菌角度分析探討刺萼龍葵擴散到其他區的可能性,以期為防治刺萼龍葵提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與調查

2008和2009年7-9月分別在遼寧省刺萼龍葵入侵區(Ⅰ)以及未入侵區(Ⅱ)進行了選擇性的取土和抽樣調查。入侵區(Ⅰ)的土樣取自朝陽刺萼龍葵入侵比較嚴重的區域。在未入侵區(Ⅱ)主要沿大凌河、小凌河等河流沿岸以及國道、高速路沿邊荒地進行取土調查,且所選荒地的植被及土壤類型基本一樣(表1)。

1.2 取土方法

在每個取土地點分別做5個樣方,且用GPS記錄取土地點的地理位置(表1),每個樣方大小均為10 m×10 m,樣方間距離大于10 m。用土鉆(直徑3cm)鉆洞取0～20cm層的土樣[12],在入侵區(Ⅰ)鉆洞取刺萼龍葵根際周圍的土壤,在未入侵區(Ⅱ)沿樣方對角線隨機鉆洞取土。每個樣方鉆16個洞且混成1個土樣,這樣每個樣方就得到1個土樣。去除石塊、植物根系和土壤動物等,置于聚乙烯袋中,立即帶回實驗室過2mm篩。每個樣方的土樣取約50 g,放于4℃冰箱中保存[13],用于可培養土壤真菌類群分析,并在2周內完成真菌的數量測定[12]。

1.3 土壤真菌的培養

采用平板法對土壤真菌進行分離培養:稱取0.001 5～0.015 0 g土樣置于培養皿中,分散、粉碎,后將已熔化并冷卻至45℃的孟加拉紅培養基倒入培養皿中,旋轉以使土粒分散,置于25℃恒溫培養箱中培養,為抑制細菌在孟加拉紅培養基里加入少許鏈霉素。5 d后,進行菌落計數和記錄,隨后轉入馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)培養基進行純化、保存,待進一步的觀察和鑒定[13-16]。對每個樣方的土樣進行3次重復培養、分離及純化,培養的真菌鑒定到屬。

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

1.4 數據分析

1.4.1 真菌計數方法 真菌培養5 d后開始統計并記錄真菌菌落數量,對入侵區(Ⅰ)的土壤真菌菌落數量進行比較分析,分離率計算公式[13]:

1.4.2 真菌多樣性分析 采用物種個體數量(N)、物種數(S)、Shannon-wiener的多樣性指數(H′)、Pielou的均勻度指數(J′)、Margalef豐富度指數(E)、Jaccard相似性指數(Cj)對土壤真菌群落結構特征進行分析[17-20]。

式中,Pi=ni/N,為第i種占總個體數N的比例。S為物種數,N為個體總數。

式中,a,b分別為2種生境類型中的物種數,j為2種生境類型中共有的物種數。根據Jaccard的相似性系數原理,當Cj為 0～0.25時,為極不相似;Cj為0.25～0.50時,為中等不相似;Cj為 0.50～0.75時,為中等相似;Cj為0.75～1.00時,為極相似。

表2 不同樣地區域土壤真菌菌落的數量及其分離率Table 2 Colony number and isolation rate of soil fungi in the different areas

2 結果與分析

2.1 刺萼龍葵入侵區(Ⅰ)土壤真菌群落組成分析

通過對刺萼龍葵入侵區(Ⅰ)土壤真菌的培養,共分離鑒定出了約21個屬的真菌(表2)。其中在土壤真菌的各種類群中,以青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)、木霉屬(Trichoderma)、毛霉屬(Mucor)、根霉屬(Rhizopus)、鐮孢菌屬(Fusarium)、枝頂孢屬(Acremonium)種類較多,為該區的優勢類群,分離率分別為18.13%,15.20%,7.60%,8.77%,8.77%,5.85%和5.26%(表2)。

2.2 入侵區(Ⅰ)與未入侵區(Ⅱ)土壤真菌相似性比較

通過比較入侵區(Ⅰ)與未入侵區(Ⅱ)土壤真菌多樣性,發現其相似性指數H′以及土壤真菌群落均勻度J′相差不大。在未入侵區(Ⅱ)的各區中,遼東(B區)的土壤真菌豐富度指數高于其他區,遼中(E區)的土壤真菌豐富度指數最低(表3)。表明入侵區(Ⅰ)與未入侵區(Ⅱ)的土壤真菌多樣性差異不顯著(表3)。

通過比較入侵區(Ⅰ)與未入侵區(Ⅱ)土壤真菌間相似性系數,發現刺萼龍葵入侵區(Ⅰ)與未入侵區(Ⅱ)樣方的土壤真菌群落的相似性指數Cj值為0.50～0.75(表4),處在中等相似水平。

表3 不同區域樣地的土壤真菌群落多樣性Table 3 Diversity index of soil fungal communities in different areas

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

3 討論

綜上所述,刺萼龍葵入侵沒有使土壤真菌種類及數量產生明顯的變化,可能分離出來的真菌大部分是腐生菌,對刺萼龍葵的生長沒有產生太大影響。鐘艮平等[21]利用基因演算預測法(GARP)生態位模型預測刺萼龍葵在中國的潛在分布區,認為遼寧地區刺萼龍葵適生的可能性較高,通過本研究,可能刺萼龍葵也適應了遼寧地區的土壤真菌環境。因此,從真菌角度考慮,未入侵區(Ⅱ)也應存在著很大的入侵風險。

牛紅榜和萬方浩[12]對外來植物紫莖澤蘭(Eupatorium adenophorum)入侵的土壤微生物學機制的研究,發現紫莖澤蘭在重度入侵區土壤真菌數量較高,是輕度入侵區的2.2倍,是未入侵區的5.8倍,并進而提出了外來入侵植物自我促進式的土壤微生物學機制。加拿大一枝黃花(Solidago canadensis)、豚草(Ambrosia artemisiifolia)等入侵植物也存在這種自我促進的生長現象[22,23]。而通過本研究,刺萼龍葵入侵區(Ⅰ)與未入侵區(Ⅱ)土壤真菌多樣性差異并不明顯,這可能與入侵植物自身特點及環境等因素有關,如根系分泌物及土壤理化性質等,有些入侵植物的根能夠釋放一些化感物質和根系分泌物,從而對入侵植物根系的微生物群落產生影響。如北美矢車菊(Centaurea diff usa)根系可以釋放具有殺菌作用的化感物質8-羥基喹啉,從而引起土壤微生物群落的變化[23,24]。是否刺萼龍葵的根系也能釋放化感物質從而對土壤微生物群落產生影響還應進一步的研究。

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