青岛市3种植物叶表面颗粒物微形态及叶际细菌群落结构研究

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植物叶片是城市大气污染物的重要过滤器,可以有效防治城市大气污染。叶际微生物是植物叶片颗粒物中特殊组成部分,其不仅与宿主植物息息相关,而且具有重要的生态功能。因此,植物叶表面颗粒物和微生物的群落结构动态分析对近地表环境和生态具有重要意义。本研究采用S-3500N型环境扫描电镜在低真空下对青岛市文教区、城市主干道和城市公园的冬青、女贞和樱花植物新鲜叶片进行观察,分析植物叶片滞留颗粒物的数量、粒径、类型及季节地点变化规律和叶际微生物的微形态特征、定殖特点及差异变化;采用基于16S r RNA基因的Illumina高通量测序技术,探究植物叶际细菌在不同季节和地点的群落组成、相对丰度及优势菌结构的差异性。通过研究得到如下结论:(1)植物叶片滞尘总量存在季节、物种和地点差异。冬青、女贞和樱花植物叶片滞留TSP总量秋、冬季节高于春、夏两季,在冬季达到最高,樱花植物叶片滞尘总量在秋季最高。3种植物叶片滞留颗粒物多以聚合体形式存在,且滞留PM10和PM2.5总量均高于Dp>10μm颗粒物。冬青叶片滞留TSP和Dp>10μm颗粒物总量在3种植物中最多。植物叶片微形态结构差异直接影响植物叶表面颗粒物的滞留总量,其中,冬青作为小型灌木,叶片革质且边缘呈锯齿状,叶表面易吸附地面扬尘和汽车尾气,滞留Dp>10μm颗粒物较多;女贞叶表面革质,边缘光滑,吸附Dp<10μm颗粒物总量较多;樱花植物叶片膜质,更易滞留PM10和PM2.5,仅中脉处有微柔毛,滞留少量Dp>10μm颗粒物;且女贞和樱花植物作为乔木植物树干较高,叶片受风力因素较大,叶表面Dp>10μm颗粒物容易被吹散,PM10和PM2.5更易被滞留。不同功能区植物叶片滞留颗粒物效果受宿主植物生境影响明显。城市主干道因空气中污染物浓度较高,植物叶片滞留TSP及Dp>10μm颗粒物总量高于文教区和城市公园,且受人类活动影响明显。而文教区和城市公园植物叶片更易滞留PM10和PM2.5。(2)冬青、女贞和樱花植物叶际微生物多样性秋、冬季节高于春、夏两季。秋、冬季节叶表面更易出现菌丝体和真菌孢子,真菌孢子更适宜低温干燥环境。植物叶片易定殖不同类型真菌、真菌孢子和菌丝体等,其中球状微生物数量占比最大。真菌包括酵母菌、表面饱满或有褶皱真菌等;孢子包括霉菌分生孢子、枝孢属分生孢子和厚恒孢子等。不同类型植物叶片还易滞留特有微生物,其中冬青和女贞两种植物叶表面易定殖半透明菌丝并分裂形成厚恒孢子,女贞植物叶表皮易镶嵌表面均匀褶皱真菌孢子。植物叶际微生物定殖数量城市公园>城市主干道>文教区,不同于叶表面颗粒物滞留规律,原因为叶际微生物定殖不仅受外界条件的影响,还会受叶际细菌自身的影响。城市公园湿度较高,更适宜叶际微生物的繁殖,且叶表面更易发现藻类。城市主干道植物叶际微生物多表面凹陷的球状真菌,或与污染颗粒物浓度较高有关。(3)α多样性分析结果表明冬青和樱花植物叶际细菌群落丰富度春季最高,夏季最低,女贞植物叶际细菌丰度夏、秋季节较低。植物叶际优势细菌丰度也表现为夏季最低,春季较高。春季植物叶际细菌群落特征与其他季节差异明显,门水平上,春季植物叶际细菌群落结构中Cyanobacteria占绝对优势,而其他季节植物叶际优势菌门均为Proteobacteria。冬青、女贞和樱花植物优势菌门主要为Proteobacteria、Cyanobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes、Deinococcus-Thermus和Acidobacteria;优势菌纲主要包括γ-Proteobacteria、Oxyphotobacteria、α-Proteobacteria、Bacteroidia和Actinobacteria等;优势菌属为Hymenobacter、Sphingomonas、Massilia、Acinetobacter、Pseudomonas和g__norank_f__Mitochondria等。植物叶际细菌群落结构存在宿主植物特异性。其中冬青、女贞和樱花植物叶际细菌的Proteobacteria在门水平占绝对优势;相对丰度较高的优势菌纲为γ-Proteobacteria、α-Proteobacteria和Oxyphotobacteria;Sphingomonas和Massilia在植物叶际优势属中丰度占比均较高。植物叶际细菌受宿主植物生境影响明显,同一功能区冬青、女贞和樱花植物叶际细菌多样性及优势菌群相似。城市公园植物叶际细菌群落丰度和多样性高于文教区和城市主干道,湿度对植物叶际细菌生长繁殖具有促进作用。
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