城市化对丛枝菌根真菌多样性、群落结构及与宿主植物共生关系的影响

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城市化深刻影响了区域气候、生物地球化学循环及水文系统,是造成城市地区栖息地破碎化及斑块化的主要驱动因子之一,对城市生物多样性构成了严重威胁。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)隶属于球囊菌门(Glomeromycota),是一类专性共生微生物,能够与80%以上的陆生维管植物形成互惠共生关系,具有改善宿主植物矿质营养、改良土壤结构、增强宿主植物对多种环境胁迫的耐受性及抗性等重要生态功能,是维持植物群落多样性与生产力的重要决定性因素。作为连接植物-土壤系统的重要组分,AM真菌的分布及多度格局同时受到宿主植物及土壤条件的双重制约。而城市化导致城市地区植被覆盖及土壤特性均发生了剧烈变化,对城市AM真菌的着生状况起到了选择与过滤的作用,直接或间接地影响了AM真菌多样性、群落组成及与宿主植物的共生关系,但相关研究长期以来并未得到足够重视。基于此,本研究采用二代高通量测序的分子方法,以北京市作为研究区,首次对城市生态系统中AM真菌的多样性、群落结构及与宿主植物的共生关系进行了系统研究,以期为城市生态系统中微生物资源的保存及绿地系统的维持提供理论依据。本论文得到的主要研究结论如下:  (1)北京城市绿地AM真菌多样性及群落组成情况  城市绿地土壤中共检测到79个AM真菌OTUs(operational taxonomic units,OTUs),72%的OTUs属于Glomeraceae科。AM真菌物种丰富度、Shannon多样性、Simpson多样性及均匀度与土壤Cd含量均呈显著负相关关系,同时Cd显著影响了AM真菌群落结构。城市绿地草本植物物种丰富度与AM真菌物种丰富度及Shannon多样性指数之间呈现显著正相关关系,草本植物群落β多样性显著影响了AM真菌的群落组成。  (2)城市化对宿主植物-AM真菌共生关系的影响  城区植物AM真菌的Shannon多样性、Simpson多样性及均匀度均显著高于郊区植物,但PD指数无显著差异。城、郊植物AM真菌各类群的相对多度明显不同,城区样品中Glomus GroupⅡ类群相对多度显著高于郊区样品,而Diversispora Group类群的相对多度则显著低于郊区样品。应用不同距离矩阵计算的城、郊样品AM真菌群落组成差异结果并不一致。总体而言,城、郊环境差异可能对宿主植物所共生的AM真菌群落结构并没有很大影响,而宿主植物的种类或微栖息地环境可能起着决定性作用。  植物样品水平,全部宿主植物、城区植物、郊区植物与AM真菌的共生关系网络均存在显著嵌套性结构。植物物种水平,全部植物、郊区植物与AM真菌的关系网络结构也表现出显著嵌套性,但城区样品嵌套性结构并不显著。城、郊宿主植物与AM真菌共生关系特异性程度的不同可能是造成二者网络结构差异的主要原因。城区植物较郊区植物与AM真菌之间的共生关系相对泛化,特异性较弱,共生伙伴更为丰富。此外,城、郊宿主植物与AM真菌之间形成不同的种间关系模块,模块中植物与AM真菌组合差异较大,二者作用集合并非按照植物物种聚类。
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