土壤食細(xì)菌線蟲對(duì)微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、線蟲是土壤中數(shù)量和功能類群最豐富,也是分布最為廣泛的一類土壤動(dòng)物。根據(jù)其食性可分為食細(xì)菌、食真菌、植食、雜食和捕食性線蟲,而其中最多的是食細(xì)菌線蟲。諸多研究者開展了大量關(guān)于食細(xì)菌線蟲對(duì)土壤微生物生物量、活性及其群落的影響以了解其在土壤養(yǎng)分流動(dòng)、有機(jī)質(zhì)分解和能量轉(zhuǎn)換中的作用。盡管研究者的結(jié)論不盡一致,但總的趨勢(shì)是它能通過與微生物的相互關(guān)系改善土壤環(huán)境,促進(jìn)植物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用。這些積極的結(jié)果促使我們希望對(duì)食細(xì)菌線蟲和它所取食的微生物之間的

2、相互關(guān)系有更加深入的了解。不同的食細(xì)菌線蟲種類、不同的取食密度都會(huì)對(duì)微生物數(shù)量、群落和土壤養(yǎng)分的釋放量及其相關(guān)的功能微生物產(chǎn)生不同的影響。而且對(duì)于產(chǎn)生這些影響的機(jī)制一直以來都并不是十分清楚。
　　 為了使研究更為可信和更具說服力,本文設(shè)置的大多數(shù)試驗(yàn)均摒棄了傳統(tǒng)的悉生培養(yǎng)(接種單一線蟲與單一微生物)方法,而是通過添加有機(jī)質(zhì)富集土壤食細(xì)菌線蟲以模擬真實(shí)土壤環(huán)境研究土壤食細(xì)菌線蟲對(duì)細(xì)菌、氨氧化細(xì)菌數(shù)量、活性、群落結(jié)構(gòu)以及植物生長(zhǎng)的影

3、響。本文還采用了新的分子生物學(xué)研究手段(CARD—FISH、DGGE),并設(shè)置了不同的食細(xì)菌線蟲種類、不同的線蟲密度以研究食細(xì)菌線蟲對(duì)其所取食的微生物的影響,旨在進(jìn)一步闡明土壤食細(xì)菌線蟲與細(xì)菌的相互作用機(jī)理。本文主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)通過一個(gè)微域的試驗(yàn)——往滅菌土壤中重新接種混合的土壤細(xì)菌和三種不同的單一的食細(xì)菌線蟲(Cephalobus sp.,Protorhabditis sp.和Caenorhabditis el

4、egans),研究了不同來源的食細(xì)菌線蟲對(duì)細(xì)菌數(shù)量,活性和群落結(jié)構(gòu)的影響。分別采用了CARD-FISH,CO2吸收和變性梯度凝膠電泳(DGGE)來測(cè)定細(xì)菌數(shù)量,活性和群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,食細(xì)菌線蟲顯著地增加了細(xì)菌數(shù)量和活性,并顯著地改變了細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。不同的線蟲種對(duì)細(xì)菌數(shù)量和活性的影響也不一樣。土著線蟲(Cephalobus sp.和Protorhabditis sp.)的數(shù)量要顯著高于外來接種線蟲(Caenorhabditis el

5、egans),且添加了Cephalobus sp.和Protorhbditis sp.的處理中細(xì)菌數(shù)量和活性顯著高于添加Caenorhabditis elegans的處理。表明土著線蟲比外來線蟲更容易適應(yīng)培養(yǎng)環(huán)境,且對(duì)細(xì)菌的數(shù)量和活性的刺激更強(qiáng)。結(jié)果還表明,不同的線蟲對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的改變也不同,這為食細(xì)菌線蟲的取食具有選擇性提供了很好的解釋。
　　 (2)通過接種原位的食細(xì)菌線蟲和微生物群落模擬土壤真實(shí)環(huán)境,采用CARD—FIS

6、H方法來觀察不同食細(xì)菌線蟲取食密度下氨氧化細(xì)菌(AOB)數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化,以揭示土壤食細(xì)菌線蟲對(duì)AOB的數(shù)量影響及AOB的反饋強(qiáng)度。結(jié)果表明:接種食細(xì)菌線蟲顯著地提高了土壤中AOB的數(shù)量,且三個(gè)接種密度中AOB數(shù)量表現(xiàn)為接種20條g-1土的處理(SBN20)>接種10條g-1土的處理(SBN10)>接種40條g-1土的處理(SBN40)。由于過度取食,SBN40處理中AOB的數(shù)量在培養(yǎng)了14天后低于單獨(dú)接種細(xì)菌的處理(SB),且在第28天

7、時(shí)顯著低于單獨(dú)接種細(xì)菌的處理。無機(jī)氮的數(shù)據(jù)表明:接種食細(xì)菌線蟲顯著增加了土壤中NH4+-N和NO3--N的含量,表明食細(xì)菌線蟲促進(jìn)了N的礦化和硝化作用。礦化作用增強(qiáng)使得硝化作用的底物NH4+-N顯著增加可能是AOB數(shù)量顯著增多的重要原因之一。
　　 (3)通過向滅菌土壤中接種土壤細(xì)菌與原位富集的土壤線蟲研究食細(xì)菌線蟲對(duì)硝化作用和氨氧化細(xì)菌(AOB)群落結(jié)構(gòu)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:在整個(gè)培養(yǎng)期間,混合的土壤食細(xì)菌線蟲顯著地促進(jìn)了土壤

8、N素的礦化和硝化,并顯著地改變了土壤中AOB的群落結(jié)構(gòu),不接種線蟲的處理中Nitrosomonas sp.是優(yōu)勢(shì)種群,而在接種了線蟲的處理中Nitrosomanas sp.和Nitrosospira sp.是優(yōu)勢(shì)種群。AOB群落結(jié)構(gòu)的改變可能是硝化作用增強(qiáng)的一個(gè)重要的原因之一。
　　 (4)通過設(shè)置平板培養(yǎng)試驗(yàn),以模式種線蟲Caenorhabditis elegans為材料,探討了食細(xì)菌線蟲取食偏好性的機(jī)理。結(jié)果表明:C.ele

9、gans在取食細(xì)菌時(shí)確實(shí)存在取食偏好性,并且通過趨化性來辨別它所取食的細(xì)菌(大部分C.elegans在24h內(nèi)都直接朝它喜歡的細(xì)菌遷移)。C.elegans的繁殖率跟其取食的偏好性是相關(guān)的,在遷移率較高的細(xì)菌培養(yǎng)基中具有更高的繁殖率。結(jié)果還表明:C.elegans偏好取食G-細(xì)菌,但也能以G+細(xì)菌為食物生存。本研究為食細(xì)菌線蟲取食細(xì)菌并改變細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)提供了很好的解釋。
　　 以上的這些試驗(yàn)結(jié)果表明:食細(xì)菌線蟲的取食活動(dòng)能增加土