土壤线虫是土壤生态系统中数量最丰富、功能多样性最高的后生动物类群之一。它们在土壤食物网中占据多个营养级位,涵盖植食性、食细菌性、食真菌性、捕食性及杂食性等多种营养类群,通过与植物根系、微生物及其他土壤动物之间的复杂互作,深度参与有机质分解、养分矿化、碳氮循环等关键生态过程。
因其对土壤环境变化敏感,且形态特征与群落结构与土壤管理措施、污染胁迫等密切相关,土壤线虫常被用作指示土壤健康状况和评价生态系统可持续性的重要生物指标。
土壤线虫的提取采用贝尔曼漏斗分离法。具体步骤如下:
(1)准备工作:准备足够数量的玻璃漏斗,固定在架子上;在漏斗口放置网筛,漏斗下端接橡胶管,并安装止水弹簧夹;
(2)提取工作:称量新鲜土壤50 g,使用纸巾包裹,放置于网筛上,并缓慢添加清水浸没纸包,静置48小时;
(3)固定工作:静置完成后,打开橡胶管的止水夹,用离心管接取7 mL左右的液体,放入到60℃水浴锅中加热3分钟,杀死土壤线虫;往离心管中添加7 mL甲醛溶液,使最后的甲醛浓度达到4%左右,以获得最佳保存效果,并做好记号备用。
图1 提虫装置示意图
(1)计数:将离心管的液体摇匀,全部倒入细胞计数皿,在奥林巴斯CKX-44倒置显微镜下放大100倍进行计数,计数完成后倒回离心管,并用少量清水清洗计数皿,也倒回离心管,尽量回收样品中的所有线虫;
(2)鉴定:计数完成后的离心管静置一晚,用移液枪吸走上清液,取最后一滴液体滴于载玻片中央,并用盖玻片盖上,使用中性树胶封片;制作好的临时玻片使用尼康Eclipse 80i生物显微镜放大100-400倍对线虫进行形态学鉴定;线虫数量少于100条时,全部鉴定,若大于100条,一般取最先遇到的前100条线虫进行鉴定。根据线虫的形态学特征,主要依据Bongers所著的“De Nematoden van Nederland”进行属水平的鉴定。线虫的营养类群划分参考“http://nemaplex.ucdavis.edu/Ecology/EcophysiologyParms/GenusParmsQuery.aspx.”,主要分为食细菌线虫、食真菌线虫、捕食性线虫、杂食性线虫、植食性线虫等五个营养类群(trophic group),并根据其生活史策略,划分为不同的功能团(functional guild),以完成后续分析。
图2 土壤线虫的主要营养类群
注:从左依次为食细菌线虫、食真菌线虫、植食性线虫,杂食性线虫和捕食性线虫。
(1)线虫群落在属级别的生物多样性特征由以下指数评估:
式中,Pi表示单个属(i)在总线虫群落中的比例,S表示群落中总属数,N表示群落中已鉴定的线虫个体数。
(2)自由生活线虫成熟度指数(MI)和植物寄生线虫指数(PPI)计算如下:
式中,i为非植物寄生性(或植物寄生性)土壤线虫某属;n为非植物寄生性(或植物寄生性)土壤线虫属数目;v(i)为该属的c-p值;f(i)为土壤线虫群落非植物寄生性(植物寄生性)土壤线虫该属的个体数占群落总个体数的比例。
(3)为了评估土壤食物网的状况,根据线虫功能团所代表的食物网成分计算线虫其他群落指数:富集指数(enrichment index,EI)、结构指数(structure index,SI)(Ferris 等,2001)。这两个指数计算如下:
结构指数,SI =100 × s / (s + b)
富集指数,EI =100 × e / (e + b)
式中,b代表食物网中的基础成分,e代表食物网中的富集成分,s代表食物网中的结构成分。
(4)线虫通路指数,NCR =B/ (B+F)
上式中,B和F分别为食细菌线虫和食真菌线虫占线虫总数的相对多度。这一比值在1(分解过程完全由细菌控制)和0(分解过程完全由真菌控制)之间波动(Yeates, 2003)。
图3 鉴定记录
图4 结果汇总
图5 结果展示(供参考)
主要文献参考
Bongers, T. The maturity index: an ecological measure of environmental disturbance based on nematode species composition. Oecologia 83, 14-19 (1990).
Ferris, H., Bongers, T. & De Goede, R. G. M. A framework for soil food web diagnostics: extension of the nematode faunal analysis concept. Applied Soil Ecology 18, 13-29 (2001).
Yeates, G. W. Nematodes as soil indicators: functional and biodiversity aspects. Biology and Fertility of Soils 37, 199-210 (2003).