分子方法識別細(xì)根樹種歸屬和測定混合細(xì)根樹種所占比例研究.pdf

1、細(xì)根(直徑＜2mm)是森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要組成部分，盡管細(xì)根的生物量僅占植物總生物量約10％，但細(xì)根生產(chǎn)力占植物總生產(chǎn)力的30％。對于植物種類豐富的森林（如亞熱帶次生林），研究樹種之間地下部分的相互作用以及每個樹種細(xì)根對森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)受到細(xì)根樹種識別方法的限制。因此，本研究利用trnL(UAA)(tRNA-Leu-UAA)序列測定，來回答以下兩個關(guān)鍵的科學(xué)問題:(1)能否識別亞熱帶次生林中主要植物的細(xì)根種類歸屬;(2)在細(xì)

2、根混合樣品中，能否測定細(xì)根樹種歸屬和所占比例。
　　在湖南省大山?jīng)_森林公園的次生林內(nèi)選擇12個樹種，其中3種針葉樹種[柳杉（Cryptomeria japonica）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、馬尾松（Pinusmassoniana）]，3種落葉闊葉樹種[南酸棗（Choerospondias axillaris）、楓香(Liquidambarformosana)、白櫟（Quercus fabri）]和

3、6種常綠闊葉樹種[石櫟（Lithocarpus glaber）、紅淡比(Adinandra hainanensis)、青岡（Cyclobalanopsis glauca）、毛豹皮樟(Litseacoreana)、檵木（Loropetalum chinense）、山礬(Symplocos bogotensis]。分別采集樹葉和細(xì)根樣品，提取DNA，克隆trnL(UAA)片段，識別細(xì)根樹種歸屬。分別設(shè)計2個和3個樹種細(xì)根的混合樣品，其中2個

4、樹種分別為楓香和南酸棗，混合比例按鮮重為1∶0，1∶3，1∶1，3∶1，0∶1;3個樹種為楓香、南酸棗和青岡，混合比例按鮮重為1∶2∶3，2∶3∶1，3∶1∶2。通過測序識別樹種和預(yù)測樹種比例。最后，采集林內(nèi)不同樹種1-3個樹種叢的細(xì)根樣，用分子方法分析樹種組成。結(jié)果表明:
　　(1)12個樹種葉片的trnL(UAA)序列和細(xì)根的trnL(UAA)序列完全匹配，表明采集的細(xì)根樣品是要研究的樹種細(xì)根。同時，將12個樹種細(xì)根的trnL

5、(UAA)序列在NCBI中進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)有8個樹種的拉丁名與NCBI一致。另外4各樹種（石櫟、青岡、白櫟和毛豹皮樟）分別對應(yīng)NCBI中的L.glaber、Quercus gilva、Q.serrata和C.insularimontanum，與所研究的樹種拉丁名不同。但是，由于有葉片trnL(UAA)序列作為參照，可以確定這4個樹種細(xì)根是所要研究的細(xì)根。因此，trnL(UAA)片段能夠識別選擇的12個樹種細(xì)根。
　　(2)通過PCR

6、擴(kuò)增混合樣品DNA的trnL(UAA)片段，測定序列能夠發(fā)現(xiàn)混合樣品中的樹種;估算的各樹種細(xì)根占混合樣品的比例與實際混合樣品的比例相關(guān)性顯著（p值均小于0.0021），其中2個樹種的混合樣品中，楓香的r2=0.8157，南酸棗的r2=0.8157;3個樹種的混合樣品中，楓香的r2=0.7012，南酸棗的r2=0.6297，青岡的r2=0.6855。可見，測定trnL(UAA)序列的方法可以識別混合樣品中細(xì)根的樹種歸屬和估算每個樹種在混合

7、細(xì)根樣品中所占的比例。
　　(3)對野外采集的細(xì)根提取DNA擴(kuò)增trnL(UAA)片段并測序，發(fā)現(xiàn)地下細(xì)根的樹種數(shù)高于地上樹種數(shù)，各樹種地下細(xì)根所占比例與地上各樹種的比例不同。說明地下細(xì)根生物多樣性更加復(fù)雜。
　　本論文第一次利用測定trnL(UAA)序列的方法研究亞熱帶次生林地下細(xì)根生物多樣性，為揭示森林生態(tài)系統(tǒng)地下樹種相互作用和生態(tài)功能過程提供新的途徑。隨著DNA測序成本下降和測定trnL(UAA)序列的方法的改善，這種