外來細菌入侵土壤的生物影響因素研究.pdf

1、生物入侵作為全球性的環(huán)境問題，給各國經(jīng)濟、生態(tài)和社會造成巨大的危害。然而，并非所有的外來種都能在達到新棲息地后形成入侵，一種入侵種也不可能在所有的新棲息地入侵成功，因此探究外來生物入侵的影響因素（機制）已然成為入侵生態(tài)學(xué)研究的核心之一。然而，現(xiàn)有的生物入侵研究基本都是圍繞地上部大型動植物開展的，少有涉及微生物和地下部生態(tài)系統(tǒng)的。此外，以往的入侵理論中關(guān)于生物因素對入侵的影響還存在許多爭議，尤其是對外來種的繁殖體數(shù)量和種屬特性、土著生物的

2、群落特征以及外來種與本地種的譜系距離的作用了解甚少。
　　本研究以外來細菌為研究對象，一方面通過土壤微宇宙試驗，研究了外來種和土著生物群落各自特征對細菌入侵的影響。外來種特征包括擴散（繁殖體數(shù)量）、形態(tài)、生長速率和資源利用能力等，土著群落特征包括原生動物數(shù)量、細菌物種多樣性、細菌功能多樣性等。另一方面利用整合分析(Meta-analysis)和模式系統(tǒng)試驗，探討了外來種與土著生物群落譜系距離對生物入侵的影響及作用機制。
　　

3、研究結(jié)果如下:
　　1)通過比較不同繁殖體數(shù)量處理外來細菌在不同生境土壤中的存活量，發(fā)現(xiàn)繁殖體數(shù)量對外來細菌在土壤中存活量的影響取決于土壤資源狀況。在資源含量低的土壤中，高繁殖體數(shù)量處理的外來細菌存活量會因土壤資源供應(yīng)不足而下降，但低繁殖體數(shù)量的卻不會，因而最終使得外來細菌繁殖體數(shù)量與存活量的劑量響應(yīng)曲線近似為水平直線;而在資源含量高的土壤中，資源不再是限制因子，外來細菌存活量隨繁殖體數(shù)量增加而增加，二者的劑量響應(yīng)曲線最終呈指數(shù)形

4、式。加熱干擾不僅會提高土壤有效資源含量、同時還會降低土著生物的競爭強度，因此利于指數(shù)型劑量響應(yīng)曲線的形成和維持。
　　2)通過比較種屬特性不同的外來細菌在不同生境土壤中的存活量，發(fā)現(xiàn)外來細菌在土壤中的存活量主要由其資源利用能力決定，而與菌株大小、生長速率、革蘭氏陰、陽性以及是否形成芽孢等無關(guān)。在接種初期，外來細菌的存活量主要受其對蔗糖和葡萄糖利用能力的影響;而到后期，外來細菌對6類碳源（麥芽糖，蔗糖，D-甘露醇，甘油，葡萄糖和淀粉

5、）的利用能力均會對其存活量產(chǎn)生顯著影響。由于加熱干擾可以同時增加土壤資源有效性和降低土著生物競爭程度，因而會削弱外來細菌自身的資源利用能力對于其在土壤中存活量的影響。
　　3)通過比較外來細菌在兩種不同肥力土壤滅菌并回接自身或?qū)Ψ缴锶郝渲亟ㄏ到y(tǒng)中的存活量和總存活時間，發(fā)現(xiàn)重建土壤的原生動物數(shù)量、革蘭氏陰性與陽性細菌比等群落特征主要由接種土壤生物群落控制，可用來預(yù)測外來細菌接入土壤后的存活量;而土壤微生物呼吸速率、細菌物種多樣性和

6、細菌功能多樣性等群落特征則主要由滅菌土壤環(huán)境控制，可用來預(yù)測外來細菌接入土壤后的總存活時間。
　　4)通過整合分析(Meta-analysis)調(diào)查了研究尺度、入侵階段、外來種類群、系統(tǒng)類型等對外來種與本地種譜系距離和生物入侵關(guān)系的影響，發(fā)現(xiàn)入侵階段和研究尺度的影響較為顯著。其中，在入侵成功階段，局域尺度上的生物入侵會隨譜系距離增加而增加，而區(qū)域尺度則無明顯影響;在入侵危害階段，生物入侵隨譜系距離增加而增加的規(guī)律只出現(xiàn)在區(qū)域尺度，

7、局域尺度則變成隨譜系距離增加而降低。
　　5)通過比較外來種與土著種生態(tài)位差異、相對適應(yīng)度差異對細菌入侵成功和危害的相對貢獻及與譜系距離的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)入侵成功僅與生態(tài)位差異相關(guān)，而入侵危害則有可能同時與生態(tài)位差異和相對適應(yīng)度差異相關(guān)。外來細菌與土著群落的譜系距離是否對其入侵成功或危害產(chǎn)生影響，只取決于譜系距離與生態(tài)位差異的相關(guān)性。當譜系距離與生態(tài)位差異相關(guān)時，外來細菌與土著群落譜系距離會對其入侵成功或危害產(chǎn)生顯著影響;否則，無影響。

8、
　　綜上，外來細菌入侵土壤的生物作用機制總體上與地上部大型動植物的研究結(jié)果類似:外來種自身屬性如繁殖體數(shù)量和資源利用能力、土著生物群落特征以及外來細菌與土著細菌譜系距離等均會對入侵產(chǎn)生顯著影響;干擾也可以通過提高棲息地有效資源含量和削弱土著生物群落競爭強度而實現(xiàn)對入侵的促進。然而，各生物因素對外來細菌入侵的具體作用過程卻與大型生物入侵存在差異。例如，外來細菌的高繁殖體數(shù)量是通過群體感應(yīng)行為而不是阿利效應(yīng)來提升入侵潛力的。未來可就