曲波,祝明煒,楊紅,李楠,陳旭輝,張國良,付衛(wèi)東,李天來

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,遼寧 沈陽110161;2.設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),遼寧沈陽 110161;3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)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(jì)80年代入侵我國的惡性雜草,首次發(fā)現(xiàn)是在遼寧的朝陽地區(qū)[6,7],種子主要通過河流、交通運(yùn)輸進(jìn)行傳播[8,9]?，F(xiàn)已侵入遼寧、吉林、河北、北京、甘肅、新疆等省市,并給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)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(qū)[5]。因此,為防治刺萼龍葵的迅速蔓延,對其進(jìn)行全面研究意義重大。

目前,國內(nèi)外一些學(xué)者對刺萼龍葵主要是從形態(tài)學(xué)特征、生理特性、環(huán)境危害及風(fēng)險評估等方面進(jìn)行研究。本試驗(yàn)主要對刺萼龍葵入侵與土壤真菌多樣性的的關(guān)系展開系統(tǒng)研究,通過對比入侵區(qū)與未入侵區(qū)的土壤真菌多樣性,從土壤真菌角度分析探討刺萼龍葵擴(kuò)散到其他區(qū)的可能性,以期為防治刺萼龍葵提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與調(diào)查

2008和2009年7-9月分別在遼寧省刺萼龍葵入侵區(qū)(Ⅰ)以及未入侵區(qū)(Ⅱ)進(jìn)行了選擇性的取土和抽樣調(diào)查。入侵區(qū)(Ⅰ)的土樣取自朝陽刺萼龍葵入侵比較嚴(yán)重的區(qū)域。在未入侵區(qū)(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(jìn)行取土調(diào)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(diǎn)分別做5個樣方,且用GPS記錄取土地點(diǎn)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(qū)(Ⅰ)鉆洞取刺萼龍葵根際周圍的土壤,在未入侵區(qū)(Ⅱ)沿樣方對角線隨機(jī)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(shí)驗(yàn)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(yǎng)土壤真菌類群分析,并在2周內(nèi)完成真菌的數(shù)量測定[12]。

1.3 土壤真菌的培養(yǎng)

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

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

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 真菌計數(shù)方法 真菌培養(yǎng)5 d后開始統(tǒng)計并記錄真菌菌落數(shù)量,對入侵區(qū)(Ⅰ)的土壤真菌菌落數(shù)量進(jìn)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(shù)量(N)、物種數(shù)(S)、Shannon-wiener的多樣性指數(shù)(H′)、Pielou的均勻度指數(shù)(J′)、Margalef豐富度指數(shù)(E)、Jaccard相似性指數(shù)(Cj)對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析[17-20]。

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

式中,a,b分別為2種生境類型中的物種數(shù),j為2種生境類型中共有的物種數(shù)。根據(jù)Jaccard的相似性系數(shù)原理,當(dāng)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(qū)域土壤真菌菌落的數(shù)量及其分離率Table 2 Colony number and isolation rate of soil fungi in the different areas

2 結(jié)果與分析

2.1 刺萼龍葵入侵區(qū)(Ⅰ)土壤真菌群落組成分析

通過對刺萼龍葵入侵區(qū)(Ⅰ)土壤真菌的培養(yǎng),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(qū)的優(yōu)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(qū)(Ⅰ)與未入侵區(qū)(Ⅱ)土壤真菌相似性比較

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

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

表3 不同區(qū)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(qū)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(shù)量產(chǎn)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(chǎn)生太大影響。鐘艮平等[21]利用基因演算預(yù)測法(GARP)生態(tài)位模型預(yù)測刺萼龍葵在中國的潛在分布區(qū),認(rèn)為遼寧地區(qū)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(yīng)了遼寧地區(qū)的土壤真菌環(huán)境。因此,從真菌角度考慮,未入侵區(qū)(Ⅱ)也應(yīng)存在著很大的入侵風(fēng)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(xué)機(jī)制的研究,發(fā)現(xiàn)紫莖澤蘭在重度入侵區(qū)土壤真菌數(shù)量較高,是輕度入侵區(qū)的2.2倍,是未入侵區(qū)的5.8倍,并進(jìn)而提出了外來入侵植物自我促進(jìn)式的土壤微生物學(xué)機(jī)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(jìn)的生長現(xiàn)象[22,23]。而通過本研究,刺萼龍葵入侵區(qū)(Ⅰ)與未入侵區(qū)(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(diǎn)及環(huán)境等因素有關(guān),如根系分泌物及土壤理化性質(zhì)等,有些入侵植物的根能夠釋放一些化感物質(zhì)和根系分泌物,從而對入侵植物根系的微生物群落產(chǎn)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(zhì)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(zhì)從而對土壤微生物群落產(chǎn)生影響還應(yīng)進(jìn)一步的研究。

[1］關(guān)廣清,張玉茹,孫國友,等.雜草種子圖鑒[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[2］曲波,呂國忠,楊紅,等.遼寧省外來入侵有害生物-雜草調(diào)查[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,37(4):587-592.

[3］Bah M,Gutierrez D M,Escobedo C,et al.Methylprotodioscin from the Mexican medical plant Solanum rostratum(Solanaceae)[J].Biochemistry System Ecology,2004,32(2):197.

[4］Bowers karen A W.The polinatin ecology of Solanum rostratum(Solanaceae)[J].American Journal of Botany,1975,62(6):633.

[5］魏守輝,張朝賢,劉延,等.外來雜草刺萼龍葵及其風(fēng)險評估[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2007,23(3):347-351.

[6］關(guān)廣清,高東昌,李文耀,等.刺萼龍葵——一種檢疫性雜草[J].植物檢疫,1984,(4):25.

[7］周明東,劉淑華,符桂華,等.有害入侵生物刺萼龍葵在新疆的分布、危害與防治[J].新疆農(nóng)業(yè)科技,2009,(1):56.

[8］高芳,徐馳,周云龍.外來植物刺萼龍葵潛在危險性評估及其防治對策[J].北京師范大學(xué)學(xué)報,2005,41(4):420-424.

[9］徐海明,段學(xué)軍,陳健.外來植物刺萼龍葵的危險性及其防治對策[J].青年科學(xué),2009,(8):271.

[10］趙曉英,馬曉東,徐鄭偉.外來植物刺萼龍葵及其在烏魯木齊出現(xiàn)的生態(tài)學(xué)意義[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2007,22(2):167-170.

[11］盧站根,周文杰,時麗冉,等.3種外來植物入侵的風(fēng)險性評估研究及防治對策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)報,2007,35(12):145-149.

[12］牛紅榜,萬方浩.外來植物紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2007.

[13］楊紅,劉志恒,呂國忠.長白山自然保護(hù)區(qū)北坡森林土壤真菌種群及其多樣性研究[D].沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[14］劉淑霞,周平,趙蘭坡,等.吉林黑土區(qū)玉米田土壤真菌的多樣性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,36(7):42-45.

[15］魏景超.真菌鑒定手冊[M].上海:科學(xué)技術(shù)出版社,1997.

[16］邵寶林.橫斷山北部高山區(qū)土壤真菌群落多樣性研究[D].雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

[17］陳曦,孫曉東,畢思遠(yuǎn),等.東北地區(qū)人參根際土壤真菌多樣性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(10):5515-5517.

[18］呂德國,于翠,杜國棟,等.櫻桃屬(Cerasus)植物根圍微生物多樣性[J].生態(tài)學(xué)報,2008,28(8):3883-3885.

[19］宋丁全.生物多樣性基本概念及其數(shù)學(xué)方法[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報,2004,20(2):1-4.

[20］黃悅?cè)A,張?zhí)煊?潘好芹,等.雅魯藏布江中游地區(qū)土壤淡色絲孢菌群落多樣性及物種生態(tài)位研究[J].菌物學(xué)報,2010,29(2):193-198.

[21］鐘艮平,沈文君,萬方浩,等.用GARP生態(tài)位模型預(yù)測刺萼龍葵在中國的潛在分布區(qū)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2009,28(1):162-166.

[22］李國慶,林文雄.入侵植物加拿大一枝黃花對根際土壤微生物群落多樣性的影響研究[D].福州:福建農(nóng)林大學(xué),2009.

[23］李會娜,曹遠(yuǎn)銀,萬方浩.三種入侵菊科植物(紫莖澤蘭、豚草、黃頂菊)與土壤微生物的互作關(guān)系[D].沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[24］Vivanco J M,Bais H P,Stermitz F R,etal.Biogeographical variation in community response to root allelochemistry:Novel weapons and exotic invasion[J].Ecology letters,2004,7:285-292.