（生态学专业论文）兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究.pdf

摘要 本文主要总结了2 0 0 5 年1 1 月至2 0 0 6 年1 2 月期间，利用活体观察法和培养 计数法对兴隆山自然保护区土壤中的纤毛虫进行定性和定量研究，通过活体观 察、蛋白银染色等对其土壤纤毛虫进行种类鉴定，并在此基础上讨论保护区土壤 纤毛虫群落特征等。 在兴隆山自然保护区按植物群系的不同，共设置了1 2 个采样点，即杜鹃灌 丛、沙棘灌丛、草原、山生柳灌丛、蔷薇灌丛、栎树林、桦树林、杨树林、小檗 灌丛、云杉林、枸子灌丛、丁香灌丛。 共鉴定出7 8 种土壤纤毛虫( 包括4 种未定名种) ，分别隶属于3 纲1 l 目3 2 科4 2 属，其中有3 种国内土壤纤毛虫新记录种，7 种土壤特有种，1 6 种罕见种， 1 5 种强烈倾向于土壤生活的种类。结果表明，兴隆山自然保护区土壤纤毛虫物 种多样性比较丰富。 对兴隆山自然保护区土壤纤毛虫在各个样点中出现的频次进行了研究，结果 表明：在6 个样点以上出现的种类有2 0 种，占全部种类的2 4 7 ，它们中的大 部分种类在国内和世界其他地区出现的频次也较高。 对兴隆山自然保护区各样点土壤纤毛虫优势种的研究，结果表明：粗糙肾形 虫( c o l p o d aa s p e r a ) 、僧帽肾形虫( c o l p o d ac u c u l l u s ) 、膨大肾形虫( c o l p o d a i n f l a t a ) 、莫氏肾形虫( c o l p o d am a u p a s s i ) 、齿脊肾形虫( c o l p o d as t e i n i i ) 、尖锐 篮环虫( c y r t o l o p h o s i sa c u t a ) 、活泼状似片尾虫( u r o s o m o i d aa g i l i f o r m i s ) 、小 尖毛虫( o x y t r i c h am i n o r ) 、长篮环虫( c y r t o l o p h o s i se l o n g a t a ) 为优势种。 对兴隆山自然保护区土壤纤毛虫优势类群的研究，结果表明：下毛目 ( h y p o t r i c h i d a ) 、肾形目( c o l p o d i d a ) 和前口目( p r o s t o m a t i d a ) 是三大优势类 群，这三个类群的种类占纤毛虫全部种类的6 5 3 ，其中又以下毛目 ( h y p o t r i c h i d a ) 最为丰富。 对兴隆山与国内其它地区土壤纤毛虫的群落相似性进行了研究，结果表明： 兴隆山土壤纤毛虫的群落组成与国内其它地区土壤纤毛虫群落极不相似和中等 不相似。 兴隆山自然保护区各个样点的环境因素对土壤纤毛虫丰度影响的研究，结果 表明：在兴隆山自然保护区，土壤温度对土壤纤毛虫丰度影响较大，土壤含水量 对其影响次之。 关键词：兴隆山自然保护区，土壤纤毛虫，分类，物种多样性 v h s t u d i e s0 n 嗽0 n o m ya n ds p e c i e sd i v e r s i t yo f s o i lc i l l t e sl nt h en a t u r er e s e r v eo f x i n g l o n g s h a nm o u n l a i n s u n h o n g f e i a b s t r a c t t h er e s u l t so fc o m p r e h e n s i v ei n v e s t i g a t i o n so fs o i lc i l i a t e * i nt h en a t i o n a ln a t u r e r e s e r v eo fx i n g l o n g s h a nm o u n t a i nw e r er e p o r t e di n t h i sp a p e r t h ei n v e s t i g a t i o n s w e r ec a r r i e d o u tf r o mn o v e m b e ro f2 0 0 5t od e c e m b e ro f2 0 0 6 s o i lc i l i a t e * i nt h e n a t i o n a ln a t u r er e s e r v eo fx i n g l o n g s h a nm o u n t a i nw e r es t u d i e db yq u a n t i t a t i v e r e s e a r c ha n dq u a l i t a t i v er e s e a r c h ，u s i n gi nv i v oa n dd i r e c tc o u n t i n gm e t h o d s i n d e n t i f i e d s p e c i e su s i n gl i v i n go b s e r v a t i o n s a n dp r o t r g o li m p r e g e n a t i o n , a n d d i s c u s s e dt h ec o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c so fs o i lc i l i a t e * i nt h en a t i o n a ln a t u r er e s e r v e o fx i n g l o n g s h a nm o u n t a i n t w e l v es o i ls a m p l e sw e r ec o l l e c t e df r o mt h en a t i o n a l n a t u r er e s e r v eo fx i n g l o n g s h a nm o u n t a i n ，a c c o r d i n gt ot h et y p e so fp l a n t c o m m u n i t i e s ： r h o d o d e n d r o n b r u s h ，s e ab u c k t h o m ，g r a s s l a n d ，s a l i xo f i t r e p h ab r u s h ，r o s a m u l t i f l o r a b r u s h ，b i r c h f o r e s t ，p o p l a r f o r e s t ，b e r b e d sb r u s h ，p i c e a c r a s s i f o l i a f o r e s t r y , c o t o n e a s t e rh j e l m q v i s t i ib r u s h ，h o sc a r v o p h v u ib r u s h s e v e n t ys p e c i e so fs o i lc i l i a t e * b e l o n g i n gt ot h r e ec l a s s e s , e l e v e no r d e r s ，t h i r t y t w of a m i l i e sa n df o r t yt w og e n e r aw e r ei d e n t i f i e d t h r e es p e c i e sa sn e wd o m e s t i c r e c o r d e ds p e c i e si ns o i l s ，s e v e ns p e c i e sa ss o f ta u t o c h t h o n o u ss p e c i e s s i x t e e n i n c i d e t i c a ls p e c i e s f i f i e e ns p e d e * a so n e sw i t hs t r o n gd e g r e eo fs o i la u t o c h t h o n i s m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es p e c i e sd i v e r s i t yo fs o i lc i l i a t e * i nt h en a t i o n a ln a t u r e r e s e r v eo fx i n g l o n g s h a nm o u n t a i nw a sa b o u n d a n c e t h er e s u l t so fa n a l y s e so nt h ef r e q u e n c i e so fc i l i a t e * s p e c i e si ne a c hs a m p l eo f t h en a t i o n a ln a t u r er e s e r v eo fx i n g l o n g s h a nm o u n t a i ns h o w e dt h a tt h e r ew e r e t w e n t ys p e c i e st h a tw e r ei d e n t i f i e di nm o r et h a n6s o i ls a m p l e s i ta c c o u n t sf o r2 4 7 t h ef r e q u e n c i e so fm o s to ft h e mw e r ea l s oh i 【g hi no t h e rr e g i n so fd o m e s t i ca n d f o r e i g nc o u n t i e s t h er e s u l t so fa n a l y s e so nt h ed o m i n a n ts p e c i e so fc i l i a t e * i nt h en a t i o n a ln a t u r e r e s e r v eo fx i n g l o n g s h a ns h o w e dt h a tc o l p o d aa s p e r a ，c o l p o d ac u c u l l u s ，c o l p o d a v i h i n f l a t a ，c o l p o d am a u p a s s i ，c o l p o d as t e i n i i ，c y r t o l o p h o s i sa c u t a ；u r o s o m o i d a a g i l i f o r m i s ，o x y t r i c h am i n o r ，c y r t o l o p h o s i se l o n g a t aw e f bt h ed o m i n a n ts p e c i e s t h er e s u l t so fa n a l y s e so nt h ed o m i n a n tg r o u p so fc i l i a t e si nt h en a t i o n a ln a t u r e r e s e r v eo fx i n g l o n g s h a ns h o w e dt h a th y p o t r i c h i d a , c o l p o d i d aa n dp r o s t o m a t i d a w e 化t h ed o m i n a n tg r o u p s t h es p e c i e so ft h e s eg r o u p sa c c o u n tf o r6 5 3 o fa l l s p e c i e s ，i nw h i c hh y p o t f i c h i d ah a dt h em o s ts p e c i f i cn u m b e r s t h er e s u l t so fc o m p a r a t i v es t u d i e so nt h es i m i l a r i t yo fs p e c i e sd i v e r s i t yb e t w e e n x i n 百o n g s h a na n do t h e rr e g i o b so f d o m e s t i cs h o w e dt h a tt h ec o m m u n i t ys t r u c t u r eo f c i l i a t e si nx i n g l o n g s h a nw a sv e r yd i f f e r e n tf r o mt h eo t h e rr e g i n so fd o m e s t i c t h er e s u l t so fa n a l y s e so nt h ei n f l u e n c eo fa b u n d a n c eo fs o i lc i l i a t e s e n v i r o n m e n tf a c t o r ss h o w e dt h a tt h ei n f l u e n c eo fa b u n d a n c eo fs o i lc i l i a t e so i lt h e d i s t r i b u t i o no fs o i lc i l i a t e sw a st h eg r e a t e s tt h a nt h a to f w a t e rc o n t e n t k e yw o r d s ：n a t u r er e s e r v eo fx i n g i o n g s h a nm o u n t a i n ，s o i lc i l i a t e s ， t a x o n o m y , s p e c i e sd i v e r s i t y i x 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得西北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 7 签名：导师签名：日期： 西北师大硕士论文兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 l 翮舌 1 1 土壤纤毛虫的概述 l 1 1 土壤纤毛虫的定义 土壤纤毛虫是泛指生活在土壤颗粒表面的水膜中、土壤颗粒间隙的水中及土 壤表面覆盖的凋落物中的一种单细胞的真核动物，且大多数在生活史的各个阶段 都有纤毛，以纤毛作为运动细胞器。纤毛在虫体表面有节律有顺序地摆动，形成 波状运动，加之纤毛在排列上稍有倾斜，因而推动虫体以螺旋形旋转的方式向前 运动。虫体也可依靠纤毛逆向摆动而改变运动方向、向后移动等。纤毛虫具有大 核和小核，以二分裂法增殖或接合生殖。前者采取无丝分裂，后者为有丝分裂。 接合生殖时，遗传特征由小核传递。在虫体的近前端有一明显的胞口，下接胞咽， 后端一般有较小的胞肛。纤毛虫多数纤毛虫营自生生活，少数可寄生于无脊椎动 物和脊椎动物的消化道内。 1 1 2 土壤纤毛虫对土壤环境的适应特征 1 1 2 1 土壤纤毛虫的形态学适应特征 在形态学方面，土壤纤毛虫对土壤环境适应的最显著的特征之一是体形较 小，这是因为身体受土壤颗粒间可利用空隙的限制。许多土壤纤毛虫种类的体纤 毛系统仅限于身体表面的一小部分。土壤纤毛虫由于受生存空间的限制，运动强 度减弱，运动胞器在进化中逐渐退化。许多土壤纤毛虫特有种和常见种身体扁平 或呈蠕虫状，有些种类形成长“尾”，这些特征都有利于在土壤颗粒间隙中活动 1 1 2 2 土壤纤毛虫的生理学适应特征 在生理学方面，土壤纤毛虫对土壤环境适应的最显著的特征是形成具有保 护性的静休性包囊( r e s t i n gc y s t ) 和生理性包囊( p h y s i o l o g i c a lc y s t ) 。土壤纤毛 虫除了形成生殖包囊( p r o d u c t i v ec y s t ) 外，在受到环境条件胁迫，尤其是当 壤湿度很低时形成静休性包囊，以抵抗和逃避不利的环境条件。此外在长期进 化过程中，还产生一种生理性包囊，即土壤纤毛虫在未受到环境条件胁迫时， 亦能定期地、自发地形成静休性包囊。土壤水分是土壤纤毛虫生存、繁殖和分 布的限制因子，而土壤含水量变化无常，生理性包囊形成机制可以防止在遇到 突然的水分胁迫时种群和群落中个体数的大量损失，使个体数量保持相对稳定。 此外，土壤纤毛虫还存在延时解囊作用( p o s t p o n e de x c y s t m e n t ) ，即土壤水分由 缺乏转为充分时，包囊办不立即萌发，而是要经过一段时间后才萌发，这也是 土壤原生动物在长期适应和进化过程中形成的一种保护机制。 西北师大硕士论文 兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 1 2 土壤纤毛虫研究简史 1 2 1 土壤纤毛虫分类学的研究 1 6 7 4 年，列文虎克在自制的显微镜下第一次观察到了活体的原生动物，这 一年被看成是原生动物学研究的诞生时期，列文虎克也因此被称为“原生动物学 之父”( 顾福康，1 9 9 1 ) 真正首次记录并描述土壤纤毛虫的是e h r e n b e r g ( 1 8 3 8 ) 在土壤中发现了多数种类的原生动物，并进行了描述，这也成为了土壤原生动物 研究的起点。1 9 世纪后半期，伴随着显微技术的改进、细胞生物学的发展、对 高等生命形成的迸化及系统发生的研究，从此，研究土壤纤毛虫的时代到来了， 这期间的工作主要集中在新种的描述和分类单元的扩展上。 从2 0 世纪初到2 0 年代中期，由专门的原生动物学工作者撰写的关于土壤纤 毛虫的较系统的综述比较少。直到1 9 2 7 年，著名的土壤原生动物学家s a n d o n 做了大量的实验工作后，撰写了当时最系统的土壤原生动物分类学专著，在该专 著中s a n d o n 对所鉴定到的2 5 0 种土壤原生动物( 包括纤毛虫) 进行了系统的分 类和详细的描述( s a n d o n ，1 9 2 7 ) 。1 9 3 0 至1 9 3 5 年间，k a h l 对土壤纤毛虫的分 类做出了巨大的贡献，其中l ( a l i l ( 1 9 3 2 ) 总结的下毛目纤毛虫的分类，为土壤 纤毛虫分类提供了很重要的分类学依据。 2 0 世纪6 0 年代以后，土壤纤毛虫的分类学研究工作进展很大，许多分类学 家对土壤纤毛虫进行了详细而系统的分类学研究，如c o r l i s s ，1 9 7 9 ；d r a g e s c o ， 1 9 7 0 ，1 9 8 6 ；f o i s s n e r ，1 9 8 1 ，1 9 8 2 ，1 9 8 3 , 1 9 8 5 ，1 9 8 6 ，1 9 8 7 ，1 9 9 5 a ；h e m b e r g e r ， 1 9 8 5 ；l u f l e n e g g e re ta 1 ，1 9 8 8 等。c o r l i s s 写的一本关于纤毛虫的形态学特征和 分类学特征的重要专著( c o i l i s s ，1 9 7 9 ) ，对土壤纤毛虫的分类学发展具有重大 意义。1 9 9 9 年，h e l m u tb e r g e r 对k a h l 总结的下毛目纤毛虫的分类系统进行了补 充和修改，增添了许多新种，出版了关于下毛目尖毛科纤毛虫的分类学著作 ( h e l m u tb e r g e r ，1 9 9 9 ) 。在众多的学者中，f o i s s n e r 和w i l b e r t 在土壤纤毛虫分类 方面都做出了杰出的贡献，他们不仅发现了许多土壤纤毛虫的新种，建立了一些 新属，而且根据他们的研究结果指出并纠正了以前有关土壤纤毛虫分类研究工作 的缺陷和错误。而在对世界不同地区不同生境的分类学研究中，f o i s s n e r ( 1 9 9 5 a ， 1 9 9 5 b ，1 9 9 6 ，1 9 9 7 ，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ) 、b a m f o r t h ( 1 9 9 5 ) 所做的工作最为细致。 中国土壤纤毛虫的分类学研究起步很晚，形成一定规模的研究工作始于2 0 世纪9 0 年代，随之对森林土壤中纤毛虫的分类开展了的工作。目前已做过的主 要工作有：宋微波，1 9 8 9 ；宋微波，1 9 9 4 ；沈韫芬等，1 9 9 2 ；宁应之，沈韫芬， 2 西北师大硕士论文 兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 1 9 9 8 c ，1 9 9 9 a ，2 0 0 0 。从我国国土面积广大、气候和生态环境类型复杂多样的角 度考虑，我国土壤纤毛虫的区系和分类研究工作还远远不够。 1 2 2 土壤纤毛虫生态学的研究 对土壤原生动物( 包括土壤纤毛虫) 的研究虽然开始于1 9 世纪3 0 年代，但 那时人们一直认为土壤生态系统中没有真正生活在土壤中的原生动物，土壤中发 现的原生动物是来自淡水或海水栖息地，是淡水和海水中原生动物的包囊飘迁于 土壤而偶然或临时存在于土壤中的。直到2 0 世纪初随着研究的深入人们才逐渐 认识到，在土壤颗粒表面的水膜中、土壤颗粒间隙水中及土壤表面覆盖的凋落物 中普遍存在相当多的原生动物种类，并且有些种类是以土壤为栖息地的。2 0 世 纪初m a r t i n 及同事首次证实土壤原生动物是一个相对独立存在的以土壤为栖息 地的群落，这一发现成为土壤原生动物研究的转折点。 2 0 世纪2 0 - 3 0 年代，主要的研究集中于土壤原生动物( 包括土壤纤毛虫) 的 染色、培养，食性、与细菌的关系等，4 0 6 0 年代主要解决的是定量方面的问题 ( 陈素芳，徐润林，2 0 0 3 ) 。由s i n g h ( 1 9 5 5 ) 建立并由s t o u t ( 1 9 6 2 ) 改进的“三 级十倍稀释法”为土壤纤毛虫的定量培养计数提供了很好的方法，从而促进了土 壤纤毛虫生态学的研究。此后，在全球开展了土壤纤毛虫的生态调查，内容包括： 土壤原生动物种类组成、种的分布几率与地理条件、土壤环境条件的关系等。1 9 5 6 年，s t o u t 最先专门报道了土壤纤毛虫对环境的适应性( s t o u t ，1 9 5 6 ) 6 0 年代以来，在生态学方面，原生动物工作者开始着手进行土壤纤毛虫的 区域地理学、植物根围土壤原生动物生态学及土壤纤毛虫在土壤生态系统的物质 循环、能量转换过程中的作用的研究( b a m f o r t h ，1 9 7 1 ，1 9 7 3 ) 。1 9 6 8 年b o r r o r 出版了关于土壤纤毛虫的生态学研究的专题报道( b o r r o r ，1 9 6 8 ) ；b a m f o r t h 报 道过土壤及其枯枝落叶层中纤毛虫的数量组成( b a m f o a h ，1 9 7 1 ) 。v c r g a ( 1 9 5 6 ) 、 s t o u t ( 1 9 6 2 ) 、h e a l ( 1 9 6 5 ) 和b a n f f o r t h ( 1 9 6 9 ，1 9 7 1 ，1 9 7 6 ) 等分别对匈牙利 的落叶林地，新西兰的白桦林地，南极洲的海岛草地和苔藓地，美国的落叶林地、 针叶林地、草地等土壤中的纤毛虫区系特征进行了研究，均表明了肾形目 ( c o l p o d i d a ) 、下毛目( h y p o t r i c h i d a ) 和前口目( p r o s t o m a t i d a ) 为土壤纤毛虫的 三大优势类群。f e n c h e l ( 1 9 8 7 ) 引证总结了世界其他一些地区的土壤纤毛虫的 区系组成特征，也得到了类似的结果。 我国在土壤纤毛虫的生态学研究方面，主要的研究成果有：崔振东，1 9 8 6 ； 宁应之，沈韫芬，1 9 9 8 a ；宋碧玉，刘勇，1 9 9 5 ；宋微波，1 9 9 4 ；徐润林，孙逸 西北师大硕士论文 兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 湘，2 0 0 0 ；冯伟松，余育和，2 0 0 0 等，研究主要集中在土壤原生动物( 包括土 壤纤毛虫) 生态功能、区系特征和物种分布等方面。 虽然我国在森林土壤中开展了原生动物分类与生态研究工作，但是对受污染 严重地区土壤中原生动物的种群分布、数量很少了解，但已引起有关学者的重视： 马正学( 2 0 0 2 ) 等研究了铅锌矿采矿废物污染对土壤原生动物的影响，并得出了 该污染环境下的指示种类；牛世全、宁应之( 2 0 0 2 ) 等也对重金属复合污染对土 壤原生动物群落结构的影响进行了研究；冯伟松( 2 0 0 4 ) 对凡口铅锌矿湿地系统 的土壤纤毛虫进行了较为全面的研究。 1 2 3 土壤纤毛虫的分类 1 9 8 0 年由l e v i n e 等人提出的原生动物分类系统目前已被大多数学者所普遍 接受。这一分类系统根据将生物界分成五个界的现代分类原则，把原生动物作为 原生生物界中的一个亚界，下设7 个门( 顾福康，1 9 9 1 ) 。其中，纤毛门作为分 化最复杂的一类被列在原生动物亚界内的最高一级。纤毛门下设3 纲，5 亚纲， 1 2 目，如下所示： 原生动物亚界p r o t o z o ag o l d f u s s ，1 8 1 7 纤毛门c i l i o p h o r ad o f l e i n ，1 9 0 1 动基片纲k i n e t o f r a g m i n o p h o r e ad ep u y t o r a ce ta 1 ，1 9 7 4 裸口亚纲g y m n o s t o m a t i a b i i t s c h l i ，1 8 8 9 前口目p r o s t o m a t i d as c h e w i a k o f f ，1 8 9 6 侧口目p l e u r o s t o m a t i d as c h e w i a k o f f ，1 8 9 6 前庭亚纲v e s t i b u l i f e r i ad ep u y t o r a ce ta 1 ，1 9 7 4 肾形目c o l p o d i d ad ep u y t o r a ce ta 1 ，1 9 7 4 下口亚纲h y p o s t o m a t i as c h e w i a k o f f ，1 8 9 6 篮口目n a s s u l i d aj a n k o w s k i ，1 9 6 7 合膜目s y n h y m e n i i d a d ep u y t o r a ce t a 1 ，1 9 7 4 管口目c y r t o p h o r i d af a u r 6 - f r e m i e ti nc o r l i s s ，1 9 5 6 寡膜纲o l i g o h y m e n o p h o r e a d ep u y t o r a ce ta 1 ，1 9 7 4 膜口亚纲h y m e n o s t o m a t i ad e l a g e & h e r o u a r d ，1 8 9 6 膜口目h y m e n o s t o m a t i d ad e l a g e & h e r o u a r d ，1 8 9 6 盾纤目s c u t i c o c i l i a t i d as m a l l ，1 9 6 7 缘毛亚纲p e r i t r i c h i as t e i n ，1 8 5 9 4 西北师大硕士论文兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 缘毛目p e r i t r i c h i d as t e i n ，1 8 5 9 多膜纲p o l y h y m e n o p h o r e aj a n k o w s k i ，1 9 6 7 旋毛亚纲s p i r o t r i c h i ab i i t s c h l i ，1 8 8 9 异毛目h e t e r o t r i c h i d as t e i n ，1 8 5 9 下毛目h y p o t r i c h i d as t e i n ，1 8 5 9 寡毛目o l i g o t r i c h i d ab i i t s c h l i ，1 8 8 7 1 3 环境因子对土壤纤毛虫的影响 1 3 土壤含水量对土壤纤毛虫的影响 土壤水分是影响土壤纤毛虫生存的重要因子。在土壤纤毛虫生存的环境中 一旦水分含量急性减少低于生存阈值时，便会瞬时之间身体破裂而亡，在水分含 量慢性减少低于生存阂值时，土壤纤毛虫即形成包囊，由活动态变为休眠态，以 度过不良环境( 冯伟松，余育和，2 0 0 0 ) f o i s s n e r ( 1 9 8 7 ) 提出原生动物( 包 括纤毛虫) 与土壤含水量相关。南极菲尔德斯半岛地区的研究也表明土壤含水量 是土壤原生动物( 包括纤毛虫) 生存、繁殖与分布的主要限制因子( 冯伟松，余 育和，2 0 0 0 ) 。对中国典型地带土壤原生动物( 包括纤毛虫) 的研究也揭示了土 壤纤毛虫的丰度与土壤含水量的变化呈显著的正相关( 宁应之，沈韫芬，1 9 9 9 b ) 。 1 3 2 土壤温度对土壤纤毛虫的影响 温度是土壤纤毛虫的生态限制因子。大部分土壤纤毛虫只能在一定的温度变 化范围之内才能生存，尽管在包囊阶段，它们能耐受很大的温度波动。温度的下 限为细胞质的结冻，上限为引起对细胞质内化学变化的破坏( k u d o ，1 9 7 1 ) 。 在较宽的温度范围内，提高温度有利于促进土壤原生动物的活动以及新陈代 谢，同时可以减少原生动物的世代时间。对于大多数土壤纤毛虫而言，生长的温 度上限为3 5 左右，在2 9 3 0 的温度范围内细胞分裂速度最快，但是只要稍许 偏离这一温度，分裂的速度就会降低，在3 3 c 时停止分裂，3 4 3 5 死亡( 沈韫 芬，1 9 9 9 ) 。b u i t k a m p ( 1 9 7 9 ) 研究表明：大部分土壤纤毛虫在接近最高年平均 温度时生长最好。s t o u t h e a l ( 1 9 6 7 ) 认为在土壤纤毛虫与温度之间关系复杂。 o p p e r m a n ( 1 9 8 9 ) 的研究表明：温度升高，原生动物数量明显增加，且群落结构 发生改变。宁应之( 1 9 9 8 a ) 等在中国典型地带土壤原生动物的研究中认为：在 一定范围内，土壤纤毛虫的丰度与温度呈正相关。 1 3 3 土壤酸碱度对土壤纤毛虫的影响 土壤p h 也是影响土壤纤毛虫的一个重要因素。s t o u t 认为大多数纤毛虫可在 5 西北师大硕士论文兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 相对宽的p h 值范围内存活，但最适p h 值范围比较窄( s t o u t ，1 9 5 6 ) 。s t o u t 和 h e a l ( 1 9 6 7 ) 的研究中提及p h 值在3 5 9 5 之问为大多数广泛分布的纤毛虫的生存 范围。因此，许多种类不能忍受过酸或过碱的土壤环境。在对中国典型地带土壤 原生动物的研究中表明：在一定范围内，p h 值越高，土壤纤毛虫的丰度就与越 低。但与土壤含水量，温度相比，p h 值对纤毛虫的影响最小( 宁应之，沈韫芬， 1 9 9 8 a ) 。 1 4 土壤纤毛虫的研究方法 1 4 1 定性研究方法。 非淹没培养皿法( f o i s s n e r ，1 9 9 2 ) ：取风干土壤样品1 0 - 5 0 9 于培养皿中， 加蒸馏水使之充分浸润但不被淹没，放到2 5 恒温光照培养箱中培养，培养后 的第4 d 、7 d 、1 4 d 、2 0 d 、2 8 d 镜捡以鉴定种类。 活体观察能看出虫体的大小、外形、运动方式、伸缩泡、食物泡、内质等， 有些种类在活体镜检时不能辨别清楚的还需用蛋白银法、氨银法等染色法进一步 鉴定。蛋白银染色技术最早为组织染色法，b o d i o n 于1 9 3 7 年首先将之应用于原 生动物上，经过几十年来的不断改进，已成为纤毛虫纤毛图式显示的最重要最基 本的方法。氨银法又称碳酸银法，此方法的突出特点是快速、简便且显示能力强， 可在十几分钟内得到高质量的类似蛋白银的染色效果，这对于许多小型种类或不 易用蛋白银染色的种类，如盾纤类、肾形类、齿口类及篮环目种类效果十分突出。 1 4 2 定量研究方法 目前国际上通用的土壤原生动物( 包括土壤纤毛虫) 定量研究方法主要有两 类：一类是培养计数法，另一类是直接计数法。 被广泛应用的培养计数法是根据微生物数量统计学原理，得出每单位土壤中 原生动物的最大数量的方法。该方法是由s i n g h ( 1 9 5 5 ) 建立并由s t o u t ( 1 9 6 2 ) 改进的“三级十倍稀释法”。经反复验证此方法已得到广泛的认同和应用，这种 方法简单易行，不受时间和地点的限制，不要求在采样后短时间内完成定量分析， 但是，该方法对土壤进行培养，因此所有包囊( 包括在原条件下并不萌发的包囊) 都有可能在优越的培养条件下脱包囊而呈活动状态，在这种情况下，所得结果就 高估了土壤中活动的纤毛虫的数量，所反映的就是纤毛虫潜在的最大丰度。 对土壤纤毛虫来说最简单的是直接计数法，即取0 4 克新鲜的土壤，加土壤 浸出液2 - 3 m 1 充分摇匀并避免土壤颗粒粘附于容器壁上，直接取土壤悬浮液在 显微镜下计数，直到将全部悬浮液检查完为止( 宁应之，1 9 9 8 ) 。 6 西北师大硕士论文兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 f o i s s n e r ( 1 9 8 7 ) 认为直接计数法对土壤纤毛虫计数适用性较高。由于直接 计数法是在采样后1 2 h 内完成，休眠的包囊没有萌发，自然条件下的滋养体也未 繁殖，因而所得的结果是原位条件下土壤纤毛虫呈活动态的个体数。 也可将已风干3 0 9 土壤样品置于直径为5 c r a 的培养皿中，加入蒸馏水使其 略微高出土壤表面，2 5 恒温培养9 天，在第1 0 天时使培养皿倾斜4 5 度5 分钟， 吸取土壤浸出液并用波恩液固定，取1m l 摇匀的上述液体于显微镜下计数。 ( f o i s s n e r ，2 0 0 5 ) 。 2 研究目的和意义 我国在土壤纤毛虫的研究方面起步较晚，系统性的研究也很少，西北地区土 壤纤毛虫的分类与物种多样性研究更少。土壤纤毛虫的种类多、数量大，在土壤 生态系统的物质循环和能量流动中起着重要的作用。有关兴隆山自然保护区土壤 纤毛虫的物种多样性及分布情况的研究工作尚未有报道，本研究工作目的是全面 地分析兴隆山自然保护区土壤纤毛虫的物种组成，分布特征和群落结构。 兴隆山自然保护区是离兰州最近的国家级自然保护区，被誉为“陇右第一名 山”，是许多大专院校的实习和科学考察基地，有关其他动植物资源的研究工作 已经做了很多，本工作的开展一方面弥补在土壤纤毛虫研究方面的空白，另一方 面将全面深入地探讨兴隆山自然保护区土壤纤毛虫物种多样性及其分布特征，为 兴隆山国家自然保护区有关管理部门提供微型生物多样性资料，也为我国土壤纤 毛虫的生物多样性研究工作积累基础资料。 3 实验材料和方法 3 1 野外研究方法 3 1 1 采样地区 兴隆山国家级自然保护区地处东经1 0 3 。5 0 一1 0 4 。1 0 ，北纬3 5 。3 8 一3 5 。5 8 之 间，座落在榆中县西南隅，属祁连山的东延余脉，是甘肃省中部干旱地区现存的 森林茂密的石质山地之一，也是距兰州最近的名山，1 9 8 8 年晋升为国家级自然 保护区，主要保护对象为森林生态系统和人文历史遗迹。 保护区主要山脉有马唧山、兴隆山和栖云山，总面积约3 3 3 0 1 h a ，山体长约 3 7 k m ，宽约1 7k m ，海拔1 8 0 0 - 3 6 7 0 m ，山脉在大地构造上是介于秦岭地槽系和 祁连山地槽系之间的秦祁台块上的孤岛状的石质山地，次级构造单元为青石岭， 本山地自寒武纪前隆起，经过加里东、燕山期、喜马拉雅期等新老造山运动的影 7 一塑! ! ! 里盔堡主堡奎茎堕坐皂鉴堡芏冬圭堡丝墨皇坌耋量望壁垒壁丝堕塞 晌，到了第四纪初才形成基率的山脉水系。 图1 兴隆山自然保护区主壤纾毛虫采样点分布图 f j 垂1d i s t r i b u t i o n o fs , x m p i i n g s i t e s o f s o i l c i l i a t e s i n t h e n z l i o n a l n a t u r e 嘲目 o f ) 【i 鸭o 粥曲m o u n t a i n lt 番麓煞2 柄予灌臆3 云杉辖4 小蘩潦煞5 壤树林6 杨糖转 7 桦树林8 蕾薇灌丛9 山生柳整丛1 0 革取 i i 沙耱灌丛1 2 杜鹃灌丛 保护区绝处东亚大陆内照，大陆气候显著，属商寒半灞澜性多雨气候，冬季 长两寒冷，夏季多云，多雾、多薅年均气温4 1 ，无霜期l l o d 左右，年均 降永燕6 2 1 r a m ，褶对湿度6 8 ，籀对温度，降水量髓着海拔离度增加面增加， 形成山地垂熹气候带和多地形掰约特点。 保护区内主壤主要是石质山地发育的灰瓣土，此外还有高山擎甸土。亚高山 孳镯士、粟钙土和额积土，之润莠没有完整豹分稚带，往往是由于坡向的关系成 地带性土壤复区。 8 西北师大硕士论文兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 3 1 2 各样点概况 在兴隆山国家自然保护区按照植被群系的不同共选择了1 2 样点进行采样， 以下是各个样点的基本概况： 1 号样点：丁香灌丛 植被主要以紫丁香国，咖，4 曲肠细) 为主，并伴有零星的箭竹、禾草等，海拔 2 2 5 0 m ，土壤类型属于栗钙土，地温1 2 c ，土壤含水量2 1 7 5 ，p h 值7 4 。 此 样点位于榆中兴隆山东岳台阳坡。 2 号样点：枸子灌丛 植被主要以水枸子( c o t o n e a s t e rm u l t i f l o r u s ) 为主，并伴有零星的丁香、辽 东栎等，海拔2 2 5 0 m ，土壤类型属于栗钙土，地温1 2 c ，土壤含水量1 9 0 6 ， p h 值7 4 ，此样点位于榆中兴隆山东岳台阳坡。 3 号样点：云杉林 植被群落以青杆( p i c e aw i l s o n i i ) 为建群种，形成单优群落。林下伴有黄刺 玫、金花忍冬、蛾嵋蔷薇、唐松草、淫羊霍等，海拔2 3 5 0 m ，土壤类型属于灰褐 土，地温4 5 c ，土壤含水量4 6 0 8 ，p h 值7 4 。此样点位于榆中兴隆山大洼沟 阴坡。 4 号样点：小檗灌丛 以甘肃小檗( b e r b e r i sk a n s u e n s i s ) 为优势种，混生种类有黄蔷薇、多花胡枝子、 虎榛子、火绒草、苔草、短柄草等，海拔2 4 0 0 m ，土壤类型属于灰褐土，地温 5 5 c ，土壤含水量4 5 4 7 ，p h 值7 5 ，此样点位于榆中兴隆山大洼沟半阳坡。 5 号样点：栎树林 植被群落以辽东栎( q u e r e u st i a o t u n g e n s i s ) 为建群种，其间偶有白桦、山杨、 毛樱桃散生，并伴有黄蔷薇、沙棘、歪头菜、唐松草等，海拔2 4 0 0 m ，土壤类型 属于灰褐土，地温3 8 c ，土壤含水量3 5 0 6 ，p h 值7 4 ，此样点位于榆中兴隆 山大洼沟阳坡。 6 号样点：杨树林 植被群落以山杨树( p o p u l u sd a v i d i a n a ) 为建群种，其间常见红桦等乔木，并 伴有黄蔷薇、黄刺玫、唐古特忍冬、东方草莓等，海拔2 4 7 0 m ，土壤类型属于灰 褐土，地温2 i c ，土壤含水量4 0 5 8 ，p h 值7 , 6 ，此样点位于榆中兴隆山大洼 沟半阳坡。 7 号样点：桦树林 9 西北师大硕士论文兴隆山自然保护区土壤纤毛虫分类与物种多样性研究 植被群落以白桦树( b e t u l a p l a t y p h y l l a ) 建群种，其间偶见山杨树、青杆，并 伴有华西箭竹、灰枸子、甘肃小檗、东方草莓、羽节蕨等，海拔2 8 8 0 m ，土壤类 型属于灰褐土，地温1 5 ，土壤含水量4 2 5 8 ，p h 值7 3 ，此样点位于榆中马 唧山响水沟阴坡。 8 号样点：蔷薇灌丛 主要是有灌木层和草被层组成的两层结构，灌木层高1 0 - 1 5 m ，覆盖度 5 0 - 7 0 ，其种类组成主要以黄蔷薇( r o s ah u g o n i s ) 蔓j 主，其次常见的有甘肃小檗、 水枸子、绣线菊等。草被层高2 0 3 0 c m ，覆盖度4 0 5 0 ，以短柄草为优势种， 其次还有细裂叶莲蒿，歪头菜、火绒草等，海拔2 9 6 0 m ，土壤类型属于灰褐土， 地温1 7 ，土壤含水量4 2 7 0 ，p h 值7 6 ，此样点位于榆中马唧山响水沟阳坡。 9 号样点：山生柳灌丛 山生柳( s a l i x o r i t r e p h a x b o 高山柳) 为灌木层的优势种，伴生