微生物多样性对植物群落影响的研究进展(1)(1)
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安庆师范学院本科毕业(学位)论文
姓名:王婷婷
年级: 2 0 0 7级
专业:环境科学
论文题目:微生物多样性对植物
群落影响的研究进展
完成日期:2011年4月27日
指导老师:潘少兵
安庆师范学院资源环境学院
二O一一年四月二十七日
微生物多样性对植物群落影响的研究进展
作者:王婷婷指导老师:潘少兵
(安庆师范学院资源环境学院安徽安庆246011)
摘要:土壤是微生物的主要存在场所,它承载了大部分生命的基因多样性。微生物群落在各种生态进程中具有重要作用,但是对于微生物多样性与执行生态功能能力的联系却研究的很有限。这篇文章以微生物多样性在植物群落方面的作用为基础,探讨微生物群落在执行生态功能中的冗余现象。
关键词:微生物多样性;功能冗余;植物多样性
Advancement of Effect of Microbial Diversity on
Plant Diversity
Autor:Wang Tingting Instructor: Pan Shaobing (School of Resources and environmental science,Anqing Teachers’College,Anqing
246011,Anhui)
Abstract: Microbes are abundant in soil and comprise a large portion of Life's genetic diversity. Soil microbes play key roles in a large number of important ecosystem process- es. But the relativity between soil microbial diversity and their ecological functions is still poorly understood. Here we approach the functional redundances during soil microb- es influencing the ecological functions based on the various roles that they play in plant diversity.
Key words:microbial diversity, functional redundances, plant diversity
引言:
土壤是微生物的主要存在场所,微生物在土壤养分转化与腐殖质形成过程中有着非常重要的作用。土壤生态系统是保证动植物生存、农业健康、持续发展的基础[1],对全球的生态环境变化有着深远的影响。土壤微生物群落是土壤中的活性组分, 包括细菌、真菌、放线菌和原生动物、病毒和小型藻类[2],每克土壤中栖息着大约100 亿个微生物[3]。土壤微生物群落对全球生态系统功能如养分转化、有机物的分解、土壤基本结构的维持、
温室气体的产生、环境污染物净化的调节等都发挥着重要作用。因此, 一定程度上全球生态系统的变化与土壤微生物群落密切相关。研究表明,土壤微生物群落能创造巨大的生态价值,根据联合国粮农组织的统计, 在氮素固定、有机废弃物处理、土壤形成、污染修复及农业害虫的生物防治等方面, 全球农业土壤生物每年创造的总价值超过1542亿美元[4]。正是由于土壤微生物在全球生态系统中的重要性,研究土壤生物多样性现在已经成为一个热点,得到科学工作者的普遍重视。
目前生物多样性与生态系统功能及稳定性的相互关系的研究大多集中在植物群落方面,对土壤多样性的报道十分有限。研究植物群落结构及其多样性的影响因素是生态学研究的一个主要目标。研究表明土壤微生物尤其是那些与植物形成共生体的土壤微生物,对植物群落多样性有着重要影响。近年来,随着各项技术的发展和研究角度的拓宽,相对于微生物的物种多样性和遗传多样性,微生物功能多样性越来越受重视。。本文在探讨土壤微生物多样性对植物群落多样性影响的基础上,进一步探讨土壤微生物多样性在功能上的冗余。
一、土壤微生物多样性
土壤微生物多样性[5]指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化,它代表微生物群落的稳定性。土壤微生物多样性包括在土壤中微生物的物种多样性和微生物的遗传多样性,以及包括群落结构的变异、相互作用的复杂性、营养水平和共位群数量(功能多样性)在内的生态多样性[6]。
二、土壤微生物多样性对植物群落的影响
土壤微生物作为土壤中的主要分解者, 和其他土壤生物发生相互作用, 通过营养元素的周转, 调节养分的供应, 影响植物的生长、资源分配和化学组成(如组织N 含量) , 从而影响植物的多样性。某些土壤微生物可以通过与植物之间的种间关系影响植物发育、群落结构和演替。土壤微生物群落与植物群落相互作用,形成了一个植物-土壤-微生物有机整体。土壤生物可以通过菌根真菌、固氮共生体、病原菌菌等直接影响植物多样性,也可以通过游离微生物对植物群落多样性造成间接影响
2.1 直接影响
2.1.1 菌根真菌的作用
菌根真菌作为生态系统的重要组成部分,然而在研究中往往被忽略,实际上,菌根
真菌在土壤中分布着庞大的菌丝系统,并且该菌丝系统与植物根系紧密联结成一体,这些蔓延的庞大菌丝体系是菌根的主要吸收器官,能很大程度上扩大植物水分、养分的吸收范围。菌根真菌能活化土壤中矿质养分,促进植物根系对营养元素尤其是移动性较差的磷、锌、铜等矿质元素的吸收。众多研究表明,菌根共生体能够影响植物的多样性,而且植物群落的多样性越高,群落生产力越大,群落的稳定性和抗入侵能力也就越强。
丛枝菌根真菌的多样性是微生物多样性重要的组成部分,它对整个生态系统的发展起着重要作用[7]。有研究报道丛枝菌根真菌对欧洲草地植物多样性增长的贡献达到30%[8],它们通过影响物种间竞争平衡来改变群落总的地上生物量,也改变群落中各植物所占比例。另一些研究则表明丛枝菌根真菌能够减少植物多样性,尤其是在群落中优势种对菌根真菌依赖性较强的生态系统中,这一现象较为明显,这在1999年Hartnett和2002 年O,Connor 的研究中都有体现[9,10]。
2.1.2固氮共生体的影响过程
在植物与微生物的共生关系中,主要有根瘤菌属的细菌与豆科植物共生形成的根瘤共生体,弗氏菌属与非豆科植物共生形成的根瘤共生体;某些蓝细菌与植物共生形成的共生体。固氮共生体能够促进氮、磷和其矿物质的吸收,而氮、磷、钾是限制植物生长的主要营养元素。
具有固氮能力的土壤微生物与植物形成共生体,在宿主植物入侵新的生境时,它们的存在能够促进植物生长,增加宿主植物的竞争力,进而影响植物生物量、植物入侵性、植物演替、植物群落组成和植物多样性。2000年Sprent在南非的研究中显示,当金合欢入侵时,当地的生态系统受到强烈影响,进一步研究表明金合欢的入侵成功可能与他们能够与固氮细菌形成共生体的能力存在内在的关联[11]。
2.1.3 病原菌的影响
土壤病原体对植物群落中植物多样性的维持有重要影响 . 这种贡献是通过土壤对植物的负反馈实现的[12],当某些植物物种由于积累特殊的病原体而改变土壤微生物群落结构的时候,它们自身所受到的生长压力比共同存在的其他物种更大[13]。在美国东部, 感染了真菌与内生菌共生体的草原, 其物种多样性减少。当野黑樱桃的幼苗出现在成熟林中时,成熟林下积累的腐霉菌就会阻碍其生长,这就说明土壤中的病原微生物能够维持植物群落的稳定性。土壤病原微生物在入侵物种的生存、增加本地植物多样性方面有不