生态系统的地上和地下部分紧密联系、互为依存。土壤微生物作为植物地下生态系统中重要的生物因子,在生态系统中形成了一个强大的动力资源库,它直接参与植物残体的分解、土壤的物质循环和能量流动等生态过程。由于植物与土壤微生物的互作关系可以决定植物群落的演替方向和进程,因此,外来植物对入侵地土壤微生物群落的影响或入侵地土壤微生物群落是如何对外来植物入侵产生响应和如何通过反馈作用影响外来植物入侵力及入侵进程,就成为近年外来植物入侵机制研究的重点。自生固氮菌（free-living nitrogen fixing microorganism）和丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）是土壤中的2类重要功能菌,在植物的种间竞争和土壤营养循环中具有重要的调控作用。如丛枝菌根真菌可以改变甚至逆转植物种间竞争关系,在植物群落竞争演替、物种多样性的形成及群落空间分布格局中均起着重要的调节作用;而自生固氮菌是解决那些生活在贫瘠的土壤中且无法与共生固氮菌形成根瘤的植物的氮源的重要工具。外来入侵植物紫茎泽兰已对我国西南地区造成了严重的经济损失和生态灾难,探究其成功入侵的土壤微生物机制不仅能补丰富植物群落演替理论和外来植物的入侵机制,而且对于外来植物的管理和入侵地生态系统的修复有着重要的指导意义。因此,本文基于紫茎泽兰竞争排斥本地植物而形成单优群落的野外生态学现象,从外来植物与入侵地土壤微生物互作的角度,在本室前期研究工作的基础上,采用微生物学、分子生物学和生态学相结合的方法,重点研究了紫茎泽兰对入侵地土壤自生固氮菌和丛枝菌根真菌群落结构的影响及其一些相关生态效应的影响。主要结果如下:1. T-RFLP技术优化T-RFLP技术是新近发展起来的分析环境微生物多样性的一种分子生物学方法,已被广泛用于分析各种环境中某类微生物的群落结构及动态,但鲜有报道T-RFLP技术各操作流程对结果真实性的影响。为了能更好的使用该技术解决本研究提出的问题,本试验分别将T-RFLP技术的三个步骤-PCR、限制性内切酶消化和毛细管电泳重复操作三次,通过比较T-RFLP各流程的可重复性来说明各流程所产生的系统误差对实验结果真实性的影响,进而找出解决方案。结果表明,毛细管电泳步骤的可重复性好,T-RFLP技术结果的准确性不受毛细管电泳的影响。采用ABI3730型遗传分析仪进行毛细管电泳结果也同样可靠。对于样品处理过程而言,PCR扩增步骤的可重复性差,PCR扩增步骤对结果的真实性影响较大,且对不同样品的影响程度不同;限制性内切酶的选择也会对T-RFLP的结果产生巨大的影响,相同的样品用不同的限制性内切酶消化后产生的图谱之间相似度很低,但是对不同样品的影响较一致。就结果评估参数而言,海灵格距离能较好的显示不同样品微生物群落结构之间的差异,并能保持重复样品之间的可重复性,优于Sorenson系数。综上所述,混合多次PCR产物和选用合适的、一致的限制性内切酶是T-RFLP技术成功的关键;将该技术用于群落结构比较时宜采用海灵格距离作为比较参数。2.紫茎泽兰对入侵地土壤碳氮含量和固氮能力的影响通过比较测定紫茎泽兰单优区（DA）、混生区（T）和本地植物单优区（DN）根围土壤中的总氮、铵态氮、硝态氮和活性有机碳含量,以分析紫茎泽兰入侵对入侵地土壤碳氮营养含量的影响。结果显示,紫茎泽兰单优区土壤中的总氮、铵态氮和硝态氮均显著地高于混生区土壤和本地植物单优区土壤中的含量。其中,紫茎泽兰单优区土壤中总氮含量分别是混生区土壤和本地植物单优区土壤的2.0倍和2.6倍,铵态氮含量分别是混生区土壤和本地植物单优区土壤的1.6倍和1.3倍,硝态氮含量分别是混生区土壤和本地植物单优区土壤的1.5倍和1.4倍。而就混生区和本地植物而言,混生区土壤中总氮含量显著的高于本地植物土壤中的含量,硝态氮含量没有显著差异,铵态氮含量显著的低于本地植物土壤。紫茎泽兰单优区土壤的固氮能力显著的高于混生区土壤和本地植物单优区土壤的固氮能力,分别是混生区土壤和本地植物单优区土壤的1.2倍和1.4倍;混生区土壤固氮能力显著的大于本地植物单优区的固氮能力,是后者的1.2倍。综上所述,紫茎泽兰入侵显著的提高了土壤中总氮、铵态氮、硝态氮和活性有机碳的含量;同时显著增强了土壤的固氮活性。这种土壤肥力的增加和固氮能力提高可能有助于紫茎泽兰的生长反馈并可能有助于促进其入侵扩张,同时这也可能是紫茎泽兰入侵后土壤中自生固氮菌群落变化导致的结果。3.紫茎泽兰对入侵地土壤中自生固氮菌群落结构的影响在上面结果和取样设置的基础上,1)采用阿须贝（Ashhby’s）无氮培养基,10^-5倍稀释的土壤溶液涂平板法进行菌落形态分类和计数。结果显示,紫茎泽兰单优群落根围土壤自生固氮菌数量显著高于混生群落和本地植物单优群落根围土壤自生固氮菌数量;紫茎泽兰单优群落中优势自生固氮菌种类数增加,本地植物单优区根围土壤中优势菌为1种,混生区土壤为2种,而紫茎泽兰土壤中则为3种。2)采用T-RFLP技术分析上述三类土壤中能被nifH基因识别的自生固氮菌的群落结构,结果显示,虽然从T-RFLP图谱上看,紫茎泽兰入侵前后土壤中群落多样性变化不明显,但是,以末端限制性片段代表自生固氮菌种类的分析显示,紫茎泽兰入侵改变了土壤中优势自生固氮菌的种类。样品间T-RFLP图谱之间相似度（以海灵格距离计算）比较结果显示紫茎泽兰单优区与混生区间的距离（68.5）显著的大于紫茎泽兰单优区与本地植物单优区之间的距离（51.5）以及本地植物单优区与混生区之间的距离（51.1）,由此也可以看出,三个样品之间的自生固氮菌多样性差异并不呈线性梯度排列。综上所述,紫茎泽兰入侵不仅使土壤中自生固氮菌的数量成倍的增加,而且改变了土壤中优势自生固氮菌的种类,通过上述机制创造合适的自生固氮菌菌群环境,为其提供充裕的氮源,促进其生长,进而有助于其成功入侵。4.紫茎泽兰对入侵地土壤中AMF的影响采用克隆文库的方法比较了紫茎泽兰单优区（DA）、混生区（T）、本地植物单优区（DN）和裸土区（Bare Soil）4类植物群落根围土壤中的AMF种类组成,结果共得到314条AMF序列,其中从紫茎泽兰单优区土样中得到92条AMF序列,从混生区土样得到73条AMF序列,从本地植物单优区土样中74条AMF序列,裸土中得到75条AMF序列。以大于97%的同源性为标准定义开放分类单元（operational taxonomic units,OTU）,共发现28个OTU。在每个土样中,如果以含量50%以上的OTU定义为该土样的优势OTU,则紫茎泽兰单优区根围土样中共得到10种OTU,其中有3种占优势,NCBI比对结果显示为缩球囊霉（Glomus constrictum）和两种不可培养的球囊霉属（Glomus）的种;混生区土样中共有10种OTU,其中1种占优势,NCBI比对结果显示为不可培养的球囊霉属（Glomus）的1个种;本地植物单优区土样中共有12种OTU,其中2种占优势,NCBI比对结果显示为球囊霉属（Glomus）的种;裸土土样中共有5种OTU,其中2种占优势,NCBI比对结果显示为大果球囊霉（Glomus macrocarpum）和象牙白球囊霉（Glomus eburneum）。每类土样中的优势AMF都不属同一个OUT。紫茎泽兰改变了入侵土壤中原有的AMF群落组成和结构,主要表现为促进原有的某些种的繁殖,使其上升为优势种,同时抑制另一些种的生长繁殖。不过,也有些AMF种对植物群落组成变化不敏感,即在各种土壤类型中分布较为一致。综上所述,紫茎泽兰入侵在种的水平上改变了土壤中AMF的群落结构,并富集了包括缩球囊霉在内的三种球囊霉属的AMF种,这种改变可能有利于改变其与本地植物的竞争关系。5.总结紫茎泽兰入侵显著增加了根围土壤中活性有机碳和氮素营养（包括总氮、铵态氮和硝态氮）,提高了根围土壤的固氮能力,增加了根围土壤中自生固氮菌的数量,并改变了土壤中优势固氮菌的种类,从而为自身生长创造了有利的氮营养环境,可能有助于增强其竞争力和促进其进一步扩张。而对于AMF,紫茎泽兰入侵则显著改变其群落组成,富集了一些优势种,这种现象的具体作用机制有待进一步探讨。本研究结果丰富了外来植物入侵的土壤微生物学机制,并可以为基于土壤管理的紫茎泽兰植物替代修复策略提供实践指导。