广西北热带季节性雨林根际细菌多样性研究

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广西北热带季节性雨林是在我国热带北缘分布的典型森林植被类型之一,受不同地质背景、生境类型和季风气候的影响,形成了独特而巨大的生物多样性基因宝库。在广西北热带季节性雨林独特的地质背景条件下,植物与微生物必然演化出了独特的共生关系。由于微生物对植物根际营养元素的循环起重要作用,是植物与土壤的重要生物媒介;并且由于微生物群对根际营养元素的循环起着重要作用,这使得研究上述共生关系具有明显的生态学和经济价值。因此,深入了解广西北热带季节性雨林根际微生物多样性,尤其是细菌多样性,可加深对季节性雨林生物多样性的认识,增进对季节性雨林生物多样性维持机制的理解,并为生物多样性保护和生态系统功能的研究提供重要的理论依据。本研究以弄岗国家自然保护区和防城金花茶国家自然保护区作为研究区域,选择具有代表性的典型物种的根际土细菌群落作为研究对象,采用illumina hiseq 2500测序平台进行高通量测序,并利用R语言,结合各采样点的植物种类、生境类型、土壤理化性质对测序结果进行分析,讨论了北热带喀斯特季节性雨林中植物种类与生境类型对根际土壤细菌多样性的影响;以及北热带季节性雨林中土壤类型和植物种类对根际土壤细菌多样性的影响。得到的主要结论有:首先,在北热带喀斯特季节性雨林中,不同生境类型及植物种类对根际细菌群落都会产生影响,但不同生境类型的影响力更大。在北热带季节性雨林中,不同地质背景下的不同土壤类型和植物种类对根际细菌群落都会产生影响,但不同土壤类型的影响力更大。不同地质背景下的不同土壤类型对根际细菌群落的组成产生的影响最显著,比喀斯特季节性雨林小生境对根际细菌群落的组成产生的影响力更大。当土壤类型发生改变时,会造成土壤细菌群落发生变化,但是优势菌群仍是变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),仅仅发现变形菌门和酸杆菌门的相对丰度发生了明显改变。PCoA分析及聚类分析都显示根际土壤细菌多样性主要受到生境类型因素,尤其是土壤类型的影响。也即,土壤类型是影响植物根际微生物群落结构的最主要因素。造成这种现象的原因可能是由于土壤类型决定了土壤基础理化性质,也决定了根际环境中的pH、营养元素分配等重要因素。相对而言,其它生境因素(如海拔等)和植物种类的影响则相对较小。其次,通过对土壤理化性质与根际微生物群落结构的进一步分析,我们发现pH、含水量等与土壤类型密切相关的环境因子是控制北热带季节性雨林根际细菌群落结构变化的主要影响因素。尽管细菌群落的多样性还受到其它生境类型及植物种类等多方面因素的影响,但是这些差异都能够被根际土壤理化性质,尤其是pH的差异所解释。最后,结果还显示,植物种类也能够对根际细菌群落组成产生影响。随着植物种类的改变,其根际土壤微生物的生物标记物将发生变化。值得注意的是,在氮元素含量较低的土壤环境中,优势种植物的根际微生物标记物往往是具有固氮能力的菌株。同种植物在不同的生境下也会构建出习性和功能类似的根际微生物群落。造成这一现象的原因可能是:受到特殊环境条件胁迫的植物通过分泌物主动调控根际微生物,根际微生物种群发生变化后改变其代谢途径,最终土壤中营养元素的转化关系得到改善,从而有利于植物的生长。因此,当不同植物处于相似生境时,能够适应环境并与根际微生物构建出有益关系的植物就更有可能成为优势种。综上所述,在研究北热带季节性雨林的植物多样性时,应当适当关注其根际土壤类型和理化性质以及其根际土壤微生物的群落结构。另外,植物可能通过分泌物等方式对根际微生物进行选择性适应,以获得固氮等优势特性。这将帮助植物摆脱小生境内营养元素匮乏的困境,并有效地利用资源和生存空间,扩大了该种植物生存所必需的生境的最小阈值,从而更好地适应现实生态位。这种适应机制很可能是决定某种植物是否能成为优势种的决定因素,并对群落多样性的维持具有重要作用。这一可能的植物与微生物之间的适应机制,对于生态修复和农林业生产具有重大的意义,值得深入的研究。
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