不同林龄木麻黄凋落物内外真菌多样性及其代谢产物的化感潜力

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木麻黄是海南省海防林的优良先锋树种,近年来出现了林分衰老、更新困难等现象,主要原因是林地的化感作用。木麻黄含有丰富的内生菌资源,且发现其根内生菌的次生代谢产物中含有部分化感物质,表明微生物参与了木麻黄的化感作用。凋落物作为林地养分转移的中间体,其内外真菌可能也与木麻黄的化感作用有关,目前关于这方面的研究尚未见报道。因此,本研究选取海南省海口市桂林洋海滨的3个木麻黄林(幼龄林、中龄林和成熟林)作为研究样地,采用Illumina Miseq高通量测序分析不同林龄木麻黄凋落物内外真菌的多样性,探究凋落物真菌群落结构特征;结合传统经典法和ITS rDNA测序分离鉴定凋落物可培养真菌;将凋落物纯培养真菌发酵液分别作用于木麻黄种子,探究其对木麻黄种子的化感潜力;利用GC-MS技术检测化感潜力较强的可培养凋落物内外真菌的次生代谢产物,比较分析其与木麻黄凋落物、土壤和根浸提液的共有物质。本研究为木麻黄凋落物真菌生态功能的探究奠定基础,为进一步研究木麻黄林化感物质的合成机理及化感作用机制提供了理论依据,为解决木麻黄林自我更新困难等问题提供了理论支撑。主要研究结果如下:1.不同林龄木麻黄凋落物内外真菌共得到669,476条有效序列,检测出内生真菌225种,外生真菌293种。外生真菌的多样性高于内生真菌,在林龄上表现为中龄林高于幼龄林,成熟林最低。内外真菌在群落组成上存在较大共性,子囊菌门为两者共同的优势门,担子菌门在内生真菌中比例较高;但内外真菌的优势菌群不同,刺孢菌科和未分类炭角菌目在内生真菌中占优势,而未命名煤炱目、未分类格孢腔菌目和球腔菌科在外生真菌中占优势。木麻黄凋落物的pH值和有机碳显著影响内生真菌群落结构,土壤容重和铵态氮显著影响外生真菌群落结构。2.分离鉴定出凋落物真菌58种,其中内生真菌27种,外生真菌41种,拟盘多毛孢菌、Fungal endophyte、球腔菌等10种真菌为内外真菌共有物种。在内生真菌中,幼龄林共11种、中龄林15种、成熟林4种;曲霉属、枝孢霉属和球腔菌属为内生真菌优势属。在外生真菌中,幼龄林共23种、中龄林15种、成熟林9种;枝孢霉属、拟盘多毛孢菌属、木霉属和Didymosphaeriaceae为外生真菌优势属。3.大多数凋落物真菌的发酵液抑制了木麻黄种子萌发,少数种类则表现为促进作用。Fungal endophyte、拟盘多毛孢菌、球腔菌、Citrus maxima的抑制作用最强;Coniochaetaceae sp.和Asordaria conoidea的促进作用最强;翘鳞香菇既无促进作用也无抑制作用。4.木麻黄凋落物内外真菌的次生代谢产物主要包括醇类、酚类、醛类、酯类、醚类、酮类、烷类、吡啶类和有机酸等物质。棕榈酸、硬脂酸、2,4-二叔丁基苯酚、2,2’-亚甲基双-[4-甲基-6-叔丁基]苯酚为真菌Fungal endophyte和拟盘多毛孢菌共有化感物质,邻苯二酚为拟盘多毛孢菌特有化感物质。在凋落物真菌发酵液和凋落物、土壤及根的浸提液中均检测出化感物质2,4-二叔丁基苯酚和2,2’-亚甲基双-[4-甲基-6-叔丁基]苯酚。综上所述,木麻黄凋落物内外真菌的群落组成受木麻黄林龄和生存环境理化性质影响;多数凋落物真菌种类的次生代谢产物对木麻黄种子具有化感潜力,且从中检测到了化感物质,部分化感物质为木麻黄凋落物真菌、凋落物、土壤及根所共有,表明凋落物真菌参与了木麻黄的化感作用,其产生的化感物质可能随凋落物的降解扩散于土壤和根中,从而导致林地化感物质的积累。
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