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外来植物入侵对全球生物多样性产生严重危害,是近年来生态学和环境科学研究的一个热点问题。尽管目前有包括“植物化感假说”、“天敌逃避学说”等在内的多个假说试图来探讨其入侵机理,但没有一个假说能全面阐明问题,仍然需要从其他渠道寻求解决途径。
作为土壤的重要组成部分,土壤微生物是整个土壤物质转化和循环的主要动力。近来的研究结果表明,植物的入侵可能伴随对根际环境中微生物群落的改变,并通过这种改变的微生物群落增强了自身的入侵力。然而,目前没有直接的实验证据将这种变化了根际微生物物种同外来植物入侵力直接联系起来。
本实验以在我国西南地区广泛入侵并造成重大经济损失的入侵植物紫茎泽兰为研究对象,并以分布在同一地区的其他4种本土植物和自然归化植物为对照,首先分离了160株根际细菌,包括63株固氮菌,38株解钾菌和59株解磷菌,然后利用16S rRNA基因序列确定它们的分类地位。最后,将这些菌株接种到灭菌土壤种植紫茎泽兰,评价它们对紫茎泽兰生物量、植株高度和种子发芽率的影响。获得以下重要结论:
1、紫茎泽兰根际功能群细菌明显不同于所调查的4种植物。在数量方面,其根际固氮菌和解磷菌要明显高于其他植物。在物种组成方面,其优势固氮菌和解钾菌均为Serratia属,分别占分离菌株比例的43%和73%;解磷菌的优势菌株为Bacillus属,占分离比例的50%。其他植物并没有如此显著的集中分布情况:
2、在促生长作用方面,紫茎泽兰自身分离的功能细菌要显著高于来自其他植物的细菌。在三类功能群细菌中,固氮菌对其促生长效果最好,并且这种促生长作用与植物来源和菌种系统发育地位没有显著关系。在解磷菌和解钾菌中,来自Serratia属和Bacillus属的菌株促生长效果最好。有趣的是,这2个属的细菌在紫茎泽兰根际解磷菌和解钾菌中也占有绝对优势。
我们的实验结果表明,紫茎泽兰确实通过未知的机制富集了有利于自身生长的根际细菌类群,它们在紫茎泽兰广泛入侵N、P、K营养元素受限土壤都可能起到重要辅助作用。