亚热带森林中外生菌根真菌和土壤真菌的群落与多样性维持机制

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wang____jiang
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真菌是生物多样性最丰富的类群之一,广泛分布于各种生态系统中。其中外生菌根(ectomycorrhiza,EM)真菌可与陆地树木形成互惠共生体。作为生态系统的重要组分,真菌在植物生态系统的演替和生物多样性维持中发挥重要的生态功能。开展真菌的群落与多样性维持机制研究是当前生物多样性与生态系统功能研究的热点领域之一。本论文依托我国浙江古田山亚热带森林生态系统中的24-ha和不同森林演替阶段的大型固定样地,结合形态学、克隆文库、454高通量测序和DNA条形码技术,分析EM和土壤真菌的多样性与群落组成,通过真菌群落与复杂环境因素的多元统计分析,揭示EM真菌和土壤真菌的群落与多样性维持机制。主要取得以下研究结果:  在24-ha样地的12个EM植物种、属和科多样性水平递增梯度固定样方内,通过rDNA转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)克隆文库序列分析,共获得173个EM真菌操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs)。EM真菌群落结构由少量优势类群和大量稀有种组成,而且EM真菌属于19个独立的进化分支,其中/tomentella-thelephora(48个OTUs)、/boletus(32)和/russula-lactarius(25)是物种最丰富的分支。不同宿主植物多样性水平显著影响EM真菌的进化分支组成,而对EM真菌的物种组成无显著影响。不同宿主植物多样性水平间EM真菌物种多样性存在显著差异。多元逐步回归分析发现宿主植物属的多样性是EM真菌多样性的最好预测变量。通过对83个温带和17个热带前人研究的宏分析(metaanalysis)也发现宿主植物属多样性是EM真菌多样性的最好预测变量。因此,结果表明在温带、亚热带和热带森林中,宿主植物属水平上的系统发育多样性决定EM真菌多样性。  通过对年轻(10-40yr.)、中年(41-80yr.)、老年(>80yr.)3个次级森林演替阶段的24个固定样方中EM根尖的ITS高通量测序分析,共获得620个EM真菌OTUs。EM真菌群落结构由少量优势类群和大量稀有种组成,而且EM真菌属于29个独立的进化分支,其中/tomentella-thelephora(155个OTUs)、/boletus(98)、和/russula-lactarius(66)是物种最丰富的分支。3个EM真菌进化分支和12个EMOTUs在不同演替阶段间的分布存在显著差异。EM真菌多样性在老年森林中显著高于年轻和中年森林。在年轻森林中,影响EM真菌群落组成的因素包括宿主植物生产力、宿主和非宿主植物组成、地形和地理距离;在中年森林中,影响EM真菌群落组成的因素包括林冠层盖度和非宿主植物组成;在老年森林中,影响EM真菌群落组成的因素包括宿主和非宿主植物物种丰度。结果表明,EM真菌群落组成在年轻森林同时受环境筛选和扩散限制的影响,而在中年和老年森林只受环境筛选的影响。此外,不同森林演替阶段中影响EM真菌群落组成的环境因素也不同,而且EM真菌群落变异度的解释量从年轻(83.34%)到中年(35.95%)、老年(20.25%)森林逐渐降低。结果表明,在亚热带次级森林演替过程中EM真菌群落的形成机制不同。  通过对24-ha样地中62个固定样方的土壤真菌ITS高通量测序分析,共获得5,836个真菌OTUs,其中2,167个OTUs为子囊菌门、l,243个OTUs为担子菌门、102个OTUs为接合菌门、45个OTUs为球囊菌门、35个OTUs为壶菌门,还有2243真菌OTUs无确定的分类地位,表明可能还有大量未发现的新真菌类群。多元回归树分析结果表明真菌群落被样方凸度划分为山脊和山谷两种生境类型,其中真菌物种丰度在山谷生境(614.7±84.5)显著高于山脊生境(512.9±96.5),而且指示种分析表明166个OTUs偏好山谷生境,90个OTUs偏好山脊生境。在山脊中真菌α多样性由植物多样性假说和资源多样性假说共同决定,而在山谷中主要由物种库假说决定。无论是在山脊还是山谷,真菌β多样性的维持机制都主要受生态位过程影响(真菌β多样性变异度解释量>20%),而中性过程作用较小(<5%)。此外,生态位过程和中性过程对真菌β多样性的影响在山脊中(54.5%)大于山谷中(28.6%)。表明不同生境间真菌的α和β多样性维持机制存在差异。
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