论文部分内容阅读
银杏(Ginkgo biloba)是我国重要经济树种之一。福建省龙岩市长汀县策武镇银杏生态园种植银杏已有20年历史,生态园表层土质疏松,抗侵蚀性差,水土流失严重。桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)耐瘠薄,是荒山绿化和水土保持的先锋树种。为改善水土流失现状,目前已在该银杏林下套种桃金娘,并取得了较佳的水土流失治理效果,但银杏与桃金娘种间关系是否协调,至今尚未开展相关研究。本试验采用盆栽试验方法,以不同浓度银杏鲜叶和鲜根水浸提液、化感物质阿魏酸溶液以及蒸馏水(对照)处理桃金娘3个月后,分析其对桃金娘生长、叶绿素荧光、土壤酶活性以及土壤微生物群落、土壤宏基因组的影响,研究结果从化学生态角度评价银杏与桃金娘种间生化关系,为水土流失区营建种间生化关系协调的银杏复层林,提高银杏林的水土保持效果提供理论参考依据。研究结果主要如下: (1)银杏叶和根酚酸物质鉴定 采用液相色谱—质谱联用仪,对银杏鲜叶、落叶和鲜根酚酸物质进行鉴定。在正离子模式中,鲜叶检测到酚酸物质有8种,落叶有8种,鲜根有11种;在负离子模式中,鲜叶检测到酚酸物质有9种,落叶有8种,鲜根有9种;银杏叶及根中检测到共有的酚酸物质有9种,分别为丁香酸、十七烷二烯银杏酸、白果酸、白果新酸、十七烷一烯银杏酸、氢化白果酸、儿茶素、阿魏酸、奎尼酸。银杏鲜叶和落叶中的酚酸物质种类和含量差异较小,银杏根与叶相比则差异较大。 (2)银杏水浸提液对桃金娘叶片叶绿素荧光参数的影响 随着银杏鲜叶和鲜根水浸提液浓度的增加,桃金娘叶片最小荧光变量Fo、最大荧光变量Fm、可变荧光Fv这3个指标均呈现出“低促高抑”现象,不同浓度处理的桃金娘叶片Fo、最大光能转换效率Fv/Fm、PSⅡ潜在活性Fv/Fo差异显著。 (3)银杏水浸提液对桃金娘根际土壤酶活性的影响 随着银杏鲜叶和鲜根水浸提液浓度的升高,桃金娘根际土壤纤维素酶、蔗糖酶活性均呈增加趋势,蛋白酶、脲酶活性则表现为先降低后上升的趋势,多酚氧化酶、过氧化物酶活性呈逐渐降低趋势,酸性磷酸酶活性则表现为“W”型曲线。与银杏鲜叶处理相比,银杏根水浸提液对酶活性的影响较大。 (4)银杏水浸提液对桃金娘根际土壤细菌群落结构的影响 采用Hi Seq2500高通量测序平台,对银杏鲜叶和鲜根0.10g·mL-1浓度及蒸馏水处理的桃金娘根际土壤样品扩增子细菌341F-806R区进行测序。不同处理鉴定出的细菌序列隶属于10个门,46个纲,73个目,104个科,98个属,27个种,主要分布于变形菌门,共有优势细菌6类,分别为伯克氏菌属、浮霉状菌属、慢生根瘤菌属、Acidibacter、出芽菌属、假单胞菌属。 (5)银杏水浸提液对土壤真菌群落结构的影响 采用Hi Seq2500高通量测序平台,对扩增子真菌ITS2区进行测序。不同处理鉴定出的真菌序列隶属于4个门,17个纲,39个目,65个科,86个属,49个种,主要分布于子囊菌门和担子菌门,共有优势真菌10类,分别是双足囊菌属、白地霉属、Saitozyma、枝孢菌属、鬼伞属、镰刀菌属、Serendipita、拟盘多毛孢属、斜盖伞属、散斑壳属。 (6)阿魏酸溶液对土壤微生物群落结构的影响 对阿魏酸溶液和蒸馏水处理土壤进行宏基因组检测,共检测到3个界,分别是细菌(数量占检测结果90%以上)、真菌和古菌。在阿魏酸处理鉴定到了46个门,87个纲,209个目;在蒸馏水处理鉴定到了46个门,85个纲,206个目。细菌门的测序结果显示,优势菌门分别为变形菌门、放线菌门和蓝藻细菌门;细菌属的测序结果显示,优势菌属分别为慢生根瘤菌属、节杆菌属、假单胞菌属、链霉菌属、伯克氏菌属。 (7)阿魏酸溶液对eggNOG功能注释的影响 eggNOG功能注释结果显示,阿魏酸溶液处理的土壤中关于防御机制、复制—重组—修复、能量转换、运输代谢基因数增加,表明土壤细胞受到外界环境的干扰,细胞自身防御和修复机制更加活跃,染色质结构与动力学、信号转导机制、细胞运动和细胞骨架功能注释的基因数减少,表明在阿魏酸溶液处理下,土壤细胞有一定程度破坏,细胞运动减缓,细胞活性降低。 (8)阿魏酸溶液对KEGG注释差异基因的影响 KEGG注释差异基因的结果显示,基因数主要富集在新陈代谢、遗传信息处理和环境信息处理方面。在A级分类的6大类生物代谢通路中,阿魏酸溶液处理的土壤基因数均高于蒸馏水组,即阿魏酸溶液增加了土壤生物基因组数据,生命活动过程发生了改变;在B级分类的43种子功能中检测到25种,其中23种子功能在阿魏酸溶液处理的土壤基因数高于蒸馏水组。 (9)阿魏酸溶液对CAZy碳水化合物酶的影响 CAZy碳水化合物酶数据库结果显示,阿魏酸溶液处理土壤中糖苷水解酶、糖基转移酶、多糖裂合酶、辅助氧化还原酶分别提高了4.83%、3.05%、3.51%、7.57%,蒸馏水处理土壤中碳水化合物酯酶、碳水化合物结合模块分别提高了1.22%、20.18%。小家族分类中预测到在2组试验中含有糖苷水解酶家族(14种)、糖基转移酶家族(6种)、碳水化合物酯酶家族(5种)、碳水化合物结合模块(10种),未检测到多糖裂合酶和辅助氧化还原酶家族。