四种滨海植物根际微生物分布及根际效应研究

陈永妍+仇慈欢+储秋燕+许平伟+沈新强+刘雪珠

摘要：采用梯度稀释平板涂布法和MPN法，研究了4种舟山滨海常见植物根际氮素转化及利用功能微生物的动态变化特征和根际效应。结果表明，舟山滨海植物根际氮素转化相关微生物具有明显的根际效应；不同植物根际固氮菌、硝化细菌、钾细菌及氨化细菌数量差异较为明显，其中筛草在细菌总量和根际效应上都有明显优势；季节不同对植物根际4类氮素转化相关微生物的影响不同。

关键词：滨海植物；根际微生物；根际效应；氮素转化

中图分类号：S154.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）03-0562-03

根际微生物（Rhizosphere Microorganisms，RM）又称根圈微生物。由于植物根系的活动，使得根圈成为微生物生长繁殖的一个特殊生境[1]。不同植物甚至同一植物的不同生长期，其根部分泌物都影响着根圈微生物的生长与繁殖[2]；同时不同的根圈微生物由于其生理代谢活动及代谢产物的差异也反过来影响土壤的活力，从而对植物营养选择和富集产生不同的作用[3]。毋庸置疑，在根圈这个特殊的生境中，土壤、植物和微生物三者之间相互影响，关系密切[4]。舟山岛屿的沿海土壤为滨海盐碱土，严重的盐碱土地区植物几乎不生长。氮不但影响植物的生长发育还与植物的防御反应、繁殖和存活密切相关[5]。氮循环是土壤生态系统元素循环的核心过程之一[6]。固氮菌具有固定大气中氮素的能力，使气态氮转变为植物可利用的形态氨，在微生物肥料方面有重要利用价值[7，8]；氨化细菌使植物不能利用的有机含氮化合物转化为可给态氮氨，两者的作用为植物及一些自养和异养微生物繁殖和活动创造良好的营养条件。硝化细菌把经固氮作用和氨化作用产生的氨转化为硝酸，后者可与土壤中的金属离子作用形成硝酸盐，显然其存在与活动对土壤肥力及植物营养有着重要意义。钾细菌不但能分解含钾的矿物释放出有效态钾，并能从空气中摄取氮素，钾细菌目前已是微生物肥料的重要材料。本试验对舟山滨海地区的滨旋花（Calystegia soldanella）、筛草（Carex kobomugi）、单叶蔓荆（Vitex rotundifolia）、滨海前胡（Peucedanum japonicum）4种植物根际的固氮细菌、硝化细菌、钾细菌、氨化细菌进行了检测，并分析了4种植物根际氮素转化和利用相关微生物的动态变化及根际效应，为从土壤微生物层面研究滨海植物根系微生态环境氮元素转化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

①根际土取样：分别于2012年5月（春季）、2012年8月（夏季）和2012年11月（秋季）从浙江省舟山市朱家尖滨海选择生长状况良好的滨旋花、筛草、单叶蔓荆、滨海前胡4种植物，每种植物5株，去掉0～2 cm表土后，小心挖取得到带完整根系的土块，装入无菌袋。带回实验室于4 ℃冰箱保存，一周内完成分析。②非根际土取样：随机在滨海非植物生长区域选取无根系生长土，同上去除0～2 cm表层土，取2～20 cm深土层，采用5点法取样。

1.2 方法

1.2.1 土壤悬浮液的制备 为了最大程度地得到紧密附着于根上的根际土壤和后续定量分析的准确性，试验对常用于根际土壤分离的洗涤法进行了改良，具体步骤如下：取出无菌袋中装有根际土壤的根段，轻轻抖动除去松散结合的多余土粒，称取根和土壤20 g，放入内盛90 mL去离子水的锥形瓶中，振荡15 min，用无菌镊子取出根系，静置5 min，倒去上层水，下层土置于无菌滤纸上，吸干，称取根际土样10 g，放入盛有90 mL去离子水的锥形瓶中，锥形瓶底部含有玻璃珠，得到稀释度为10-1的根圈土悬液。非根际土混匀后直接称取10 g，放入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中，锥形瓶底部含有玻璃珠，得稀释度为10-1的根外土悬液。将上述含有土悬液的锥形瓶28 ℃摇床振荡30 min后，静置5 min，以10倍稀释，分别稀释成一系列的稀释液（10-6～10-2），用于有关微生物的测定。

1.2.2 土壤微生物的分离、培养和计数 依据土壤与微生物研究法[9]，固氮菌和钾细菌采用稀释平板法分离和计数；氨化细菌和硝化细菌采用MPN稀释法。固氮菌采用阿须贝（Ashby）培养基，钾细菌用硅酸盐培养基，氨化细菌用蛋白胨氨化细菌培养基，硝化细菌用改良的斯蒂芬森（Stephenson）培养基，上述培养基均用陈海水与去离子水以4∶6配成。培养温度均为28 ℃，培养时间除硝化细菌为14 d外，其余均为7 d。土壤样品中固氮菌和钾细菌每个培养皿接种量为0.2 mL，其计数公式为：土样含菌数（个/g）=同一稀释度3次重复的平均菌落数×稀释倍数×5。氨化细菌与硝化细菌选取4个稀释度，3次重复，经测定记录结果确定数量指标，查MPN表，用下式计算：每克干土中细菌数=（近似值×数量指标第一位数的稀释倍数）/干土所占百分比[9]。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel和DPS7.5软件进行数据分析，新复极差法进行差异显著性检验；用根土比（R/S）表示根际效应。

2 结果与分析

2.1 不同季节滨海植物根际固氮菌的数量分布

同种植物在不同季节其根际固氮菌的分布较为平均，滨旋花、筛草和单叶蔓荆根际固氮菌的数量在不同季节中处于同一数量级。相比而言，滨海前胡根际固氮菌数量在不同季节波动较大，在秋季的分布远远超出春季和夏季，高出一个数量级。除滨海前胡外，不同植物根际固氮菌的分布在相同季节分布较为均匀，基本处于一个数量级，如图1所示，季节对固氮菌在根际分布的影响并不明显。

2.2 不同季节滨海植物根际硝化细菌的分布

采用MPN法获得4种滨海植物根际硝化细菌的数量特征。如表1所示，4种植物根际硝化细菌的分布在不同季节有较大的差异，其中筛草、单叶蔓荆根际硝化细菌在夏季分布较多，春季及秋季较少，相差3～4个数量级；滨海前胡根际硝化细菌在夏季也分布最多，但与春、秋季只差1个数量级。滨旋花较为特殊，其根际硝化细菌的分布在秋季最多，春季次之，夏季最少。季节对植物根际微生物的影响也较为显著，夏季总量最多，秋季最少。

2.3 不同季节滨海植物根际氨化细菌的数量分布

如表2所示，不同植物在同一季节其根际氨化细菌的数量分布相差不多，除了夏季滨旋花、筛草、单叶蔓荆及滨海前胡在同1个数量级外，其他季节存在1个数量级差异。同一植物在不同季节其根际氨化细菌的数量分布有差异，但普通表现为在春季数量相对较高，夏季较少，显示季节对氨化细菌在各植物根际的分布有较为明显的影响，但无明显种属特异性。

2.4 不同季节滨海植物根际钾细菌的数量分布

如图2所示，钾细菌在植物根际的分布表现出较为明显的种间差异性，在春、夏、秋3个季节里，根际钾细菌总量分布为筛草最多，其次为单叶蔓荆，再次为滨海前胡，滨旋花最少。同一植物在不同季节其钾细菌数量均有变化，但差异不同，其中滨旋花的差异在一个数量级而其余3种植物的变化轻微。

2.5 4种滨海植物对氮元素转化相关微生物的根际效应

4种滨海植物对氮元素转化相关类群微生物的根际效应在各个季节都显示为正效应（表3），其中固氮菌和氨化细菌根际效应最为明显，在春、夏、秋3季其根土比（R/S）值均为1.5以上，秋季固氮菌根际效应R/S值更是达到3.76。钾细菌根际效应也较为明显，在3季节的检测中，钾细菌R/S平均值皆略高于硝化细菌；硝化细菌根际效应相对较弱，虽然R/S终平均值大于1，但滨旋花和单叶蔓荆分别在夏季和秋季显示为负效应。

根据不同植物对根际4种氮素转化相关类群微生物的进一步分析发现，所有植物根际效应最明显的是固氮菌。筛草和滨海前胡根际效应排列相同，为固氮菌>钾细菌>硝化细菌>氨化细菌；滨旋花与单叶蔓荆根际效应明显的前两位都是固氮菌和氨化细菌，但后两位排列正好相反，其中滨旋花为钾细菌>硝化细菌，单叶蔓荆反之。

3 小结与讨论

舟山滨海植物根际氮素转化相关微生物具有明显的根际效应，即根际土各类群微生物数量要明显高于根外土壤。固氮菌、硝化细菌、氨化细菌及钾细菌的根际效应范围分别是1.81～3.76、1.00～2.39、1.58～2.21和1.03～2.57。显示滨海植物根际微生态能有效刺激氮素转化相关微生物类群的生长。

4种滨海植物对固氮菌都有强烈的根际效应，滨海盐碱土壤有机物含量缺乏，与植物关系密切的氮素更是稀少，植物根际对固氮菌强烈的生长刺激作用使得植物可通过微生物的固氮作用从空气中获得生物体可利用的氨。可把土壤中的有机氮转化为氨的氨化细菌也显示了良好的根际效应，但在数量分布上总体要少固氮菌1～2个数量级（图1和表2）。显然，植物对固氮菌强大的根际效应更有利于其在营养贫瘠的滨海盐碱土生长。另一方面也启示我们从滨海植物的根际可能获得高效的固氮微生物。

除固氮菌外其余3种氮素转化相关类群微生物的根际效应在不同植物间有差异。具有从空气中获得氮素的钾细菌在筛草根际分布最多（图3），且根际效应明显，仅次于固氮菌（表3）。滨海前胡对钾细菌的根际效应也非常明显但数量上明显少于筛草。滨海植物根际对钾细菌良好的根际效应使植物不但有效获得氮肥，并有助于植物利用钾细菌分解矿物钾释放的钾肥。硝化细菌是四种氮素转化相关类群中唯一出现了负效应的微生物，且根际效应季节影响显著，秋季几乎无，但夏季达到2.39。硝化细菌的分布受植物根际活力影响明显，加之深秋外界气温较低不利于根际微生物的生长，使得自养型微生物生长抑制更为明显。但是筛草的根际硝化细菌在总量和根际效应都较其他3种植物有明显优势。

鉴于对4种舟山滨海常见植物根际氮素转化类群微生物根际效应的分析，其筛草不但在总量还是根际效应上都有明显优势。近几年由于滨海开发等各种因素使得适宜筛草生长的生境退化或丧失，造成筛草数量剧减[10]，必将影响滨海植物根系微生态环境氮元素转化，进一步影响滨海植被分布。从植物根系微生态探索筛草等具有保沙固土作用滨海植物的生长及培育具有非常重要的生态意义。

参考文献：

[1] 王茹华，张启发，周宝利，等.浅析植物根分泌物与根际微生物的相互作用关系[J].土壤通报，2007，38（1）：167-172.

[2] 栾丽英，房玉林，宋士任，等.不同树龄酿酒葡萄不同土壤深度根际和根区微生物数量的研究[J].西北林学院学报，2009，24（2）：37-41.

[3] 王争班，王宏燕，邵婧鑫.多年种植RRS对根际土壤微生物数量及氮素转化的影响[J].东北农业大学学报，2012，43（2）：92-97.

[4] 戴雅婷，闫志坚，王 慧，等.油蒿根际土壤微生物数量及其与土壤养分的关系[J].中国草地学报，2012，34（2）：71-75.

[5] 庞淑婷，董元华.氮肥对植物-植食性昆虫-天敌三级营养关系的影响[J]. 中国生物防治学报，2013，29（1）：124-132.

[6] 贺纪正，张丽梅.土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J].微生物学通报，2013，40（1）：98-108.

[7] VESSEY J K. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers[J]. Plant Soil，2003，255（2）：571-586.

[8] OROS D， PAVLECIC M， SANTEK B， et al. Cultivation of the bacterium Azotobacter chroococcum for preparation of biofertilizers[J]. Afr J Biotechnol，2011，10（16）：3104-3111.

[9] 李振高，骆永明，滕 应.土壤与环境微生物研究法[M].北京：科学出版社，2008.

[10] 闫茂华，陆长梅.资源植物筛草开发利用的研究进展[J].连云港师范专科高等学校学报，2009（2）：106-108.

2.3 不同季节滨海植物根际氨化细菌的数量分布

如表2所示，不同植物在同一季节其根际氨化细菌的数量分布相差不多，除了夏季滨旋花、筛草、单叶蔓荆及滨海前胡在同1个数量级外，其他季节存在1个数量级差异。同一植物在不同季节其根际氨化细菌的数量分布有差异，但普通表现为在春季数量相对较高，夏季较少，显示季节对氨化细菌在各植物根际的分布有较为明显的影响，但无明显种属特异性。

2.4 不同季节滨海植物根际钾细菌的数量分布

如图2所示，钾细菌在植物根际的分布表现出较为明显的种间差异性，在春、夏、秋3个季节里，根际钾细菌总量分布为筛草最多，其次为单叶蔓荆，再次为滨海前胡，滨旋花最少。同一植物在不同季节其钾细菌数量均有变化，但差异不同，其中滨旋花的差异在一个数量级而其余3种植物的变化轻微。

2.5 4种滨海植物对氮元素转化相关微生物的根际效应

4种滨海植物对氮元素转化相关类群微生物的根际效应在各个季节都显示为正效应（表3），其中固氮菌和氨化细菌根际效应最为明显，在春、夏、秋3季其根土比（R/S）值均为1.5以上，秋季固氮菌根际效应R/S值更是达到3.76。钾细菌根际效应也较为明显，在3季节的检测中，钾细菌R/S平均值皆略高于硝化细菌；硝化细菌根际效应相对较弱，虽然R/S终平均值大于1，但滨旋花和单叶蔓荆分别在夏季和秋季显示为负效应。

根据不同植物对根际4种氮素转化相关类群微生物的进一步分析发现，所有植物根际效应最明显的是固氮菌。筛草和滨海前胡根际效应排列相同，为固氮菌>钾细菌>硝化细菌>氨化细菌；滨旋花与单叶蔓荆根际效应明显的前两位都是固氮菌和氨化细菌，但后两位排列正好相反，其中滨旋花为钾细菌>硝化细菌，单叶蔓荆反之。

3 小结与讨论

舟山滨海植物根际氮素转化相关微生物具有明显的根际效应，即根际土各类群微生物数量要明显高于根外土壤。固氮菌、硝化细菌、氨化细菌及钾细菌的根际效应范围分别是1.81～3.76、1.00～2.39、1.58～2.21和1.03～2.57。显示滨海植物根际微生态能有效刺激氮素转化相关微生物类群的生长。

4种滨海植物对固氮菌都有强烈的根际效应，滨海盐碱土壤有机物含量缺乏，与植物关系密切的氮素更是稀少，植物根际对固氮菌强烈的生长刺激作用使得植物可通过微生物的固氮作用从空气中获得生物体可利用的氨。可把土壤中的有机氮转化为氨的氨化细菌也显示了良好的根际效应，但在数量分布上总体要少固氮菌1～2个数量级（图1和表2）。显然，植物对固氮菌强大的根际效应更有利于其在营养贫瘠的滨海盐碱土生长。另一方面也启示我们从滨海植物的根际可能获得高效的固氮微生物。

除固氮菌外其余3种氮素转化相关类群微生物的根际效应在不同植物间有差异。具有从空气中获得氮素的钾细菌在筛草根际分布最多（图3），且根际效应明显，仅次于固氮菌（表3）。滨海前胡对钾细菌的根际效应也非常明显但数量上明显少于筛草。滨海植物根际对钾细菌良好的根际效应使植物不但有效获得氮肥，并有助于植物利用钾细菌分解矿物钾释放的钾肥。硝化细菌是四种氮素转化相关类群中唯一出现了负效应的微生物，且根际效应季节影响显著，秋季几乎无，但夏季达到2.39。硝化细菌的分布受植物根际活力影响明显，加之深秋外界气温较低不利于根际微生物的生长，使得自养型微生物生长抑制更为明显。但是筛草的根际硝化细菌在总量和根际效应都较其他3种植物有明显优势。

鉴于对4种舟山滨海常见植物根际氮素转化类群微生物根际效应的分析，其筛草不但在总量还是根际效应上都有明显优势。近几年由于滨海开发等各种因素使得适宜筛草生长的生境退化或丧失，造成筛草数量剧减[10]，必将影响滨海植物根系微生态环境氮元素转化，进一步影响滨海植被分布。从植物根系微生态探索筛草等具有保沙固土作用滨海植物的生长及培育具有非常重要的生态意义。

参考文献：

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[4] 戴雅婷，闫志坚，王 慧，等.油蒿根际土壤微生物数量及其与土壤养分的关系[J].中国草地学报，2012，34（2）：71-75.

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[9] 李振高，骆永明，滕 应.土壤与环境微生物研究法[M].北京：科学出版社，2008.

[10] 闫茂华，陆长梅.资源植物筛草开发利用的研究进展[J].连云港师范专科高等学校学报，2009（2）：106-108.

2.3 不同季节滨海植物根际氨化细菌的数量分布

如表2所示，不同植物在同一季节其根际氨化细菌的数量分布相差不多，除了夏季滨旋花、筛草、单叶蔓荆及滨海前胡在同1个数量级外，其他季节存在1个数量级差异。同一植物在不同季节其根际氨化细菌的数量分布有差异，但普通表现为在春季数量相对较高，夏季较少，显示季节对氨化细菌在各植物根际的分布有较为明显的影响，但无明显种属特异性。

2.4 不同季节滨海植物根际钾细菌的数量分布

如图2所示，钾细菌在植物根际的分布表现出较为明显的种间差异性，在春、夏、秋3个季节里，根际钾细菌总量分布为筛草最多，其次为单叶蔓荆，再次为滨海前胡，滨旋花最少。同一植物在不同季节其钾细菌数量均有变化，但差异不同，其中滨旋花的差异在一个数量级而其余3种植物的变化轻微。

2.5 4种滨海植物对氮元素转化相关微生物的根际效应

4种滨海植物对氮元素转化相关类群微生物的根际效应在各个季节都显示为正效应（表3），其中固氮菌和氨化细菌根际效应最为明显，在春、夏、秋3季其根土比（R/S）值均为1.5以上，秋季固氮菌根际效应R/S值更是达到3.76。钾细菌根际效应也较为明显，在3季节的检测中，钾细菌R/S平均值皆略高于硝化细菌；硝化细菌根际效应相对较弱，虽然R/S终平均值大于1，但滨旋花和单叶蔓荆分别在夏季和秋季显示为负效应。

根据不同植物对根际4种氮素转化相关类群微生物的进一步分析发现，所有植物根际效应最明显的是固氮菌。筛草和滨海前胡根际效应排列相同，为固氮菌>钾细菌>硝化细菌>氨化细菌；滨旋花与单叶蔓荆根际效应明显的前两位都是固氮菌和氨化细菌，但后两位排列正好相反，其中滨旋花为钾细菌>硝化细菌，单叶蔓荆反之。

3 小结与讨论

舟山滨海植物根际氮素转化相关微生物具有明显的根际效应，即根际土各类群微生物数量要明显高于根外土壤。固氮菌、硝化细菌、氨化细菌及钾细菌的根际效应范围分别是1.81～3.76、1.00～2.39、1.58～2.21和1.03～2.57。显示滨海植物根际微生态能有效刺激氮素转化相关微生物类群的生长。

4种滨海植物对固氮菌都有强烈的根际效应，滨海盐碱土壤有机物含量缺乏，与植物关系密切的氮素更是稀少，植物根际对固氮菌强烈的生长刺激作用使得植物可通过微生物的固氮作用从空气中获得生物体可利用的氨。可把土壤中的有机氮转化为氨的氨化细菌也显示了良好的根际效应，但在数量分布上总体要少固氮菌1～2个数量级（图1和表2）。显然，植物对固氮菌强大的根际效应更有利于其在营养贫瘠的滨海盐碱土生长。另一方面也启示我们从滨海植物的根际可能获得高效的固氮微生物。

除固氮菌外其余3种氮素转化相关类群微生物的根际效应在不同植物间有差异。具有从空气中获得氮素的钾细菌在筛草根际分布最多（图3），且根际效应明显，仅次于固氮菌（表3）。滨海前胡对钾细菌的根际效应也非常明显但数量上明显少于筛草。滨海植物根际对钾细菌良好的根际效应使植物不但有效获得氮肥，并有助于植物利用钾细菌分解矿物钾释放的钾肥。硝化细菌是四种氮素转化相关类群中唯一出现了负效应的微生物，且根际效应季节影响显著，秋季几乎无，但夏季达到2.39。硝化细菌的分布受植物根际活力影响明显，加之深秋外界气温较低不利于根际微生物的生长，使得自养型微生物生长抑制更为明显。但是筛草的根际硝化细菌在总量和根际效应都较其他3种植物有明显优势。

鉴于对4种舟山滨海常见植物根际氮素转化类群微生物根际效应的分析，其筛草不但在总量还是根际效应上都有明显优势。近几年由于滨海开发等各种因素使得适宜筛草生长的生境退化或丧失，造成筛草数量剧减[10]，必将影响滨海植物根系微生态环境氮元素转化，进一步影响滨海植被分布。从植物根系微生态探索筛草等具有保沙固土作用滨海植物的生长及培育具有非常重要的生态意义。

参考文献：

[1] 王茹华，张启发，周宝利，等.浅析植物根分泌物与根际微生物的相互作用关系[J].土壤通报，2007，38（1）：167-172.

[2] 栾丽英，房玉林，宋士任，等.不同树龄酿酒葡萄不同土壤深度根际和根区微生物数量的研究[J].西北林学院学报，2009，24（2）：37-41.

[3] 王争班，王宏燕，邵婧鑫.多年种植RRS对根际土壤微生物数量及氮素转化的影响[J].东北农业大学学报，2012，43（2）：92-97.

[4] 戴雅婷，闫志坚，王 慧，等.油蒿根际土壤微生物数量及其与土壤养分的关系[J].中国草地学报，2012，34（2）：71-75.

[5] 庞淑婷，董元华.氮肥对植物-植食性昆虫-天敌三级营养关系的影响[J]. 中国生物防治学报，2013，29（1）：124-132.

[6] 贺纪正，张丽梅.土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J].微生物学通报，2013，40（1）：98-108.

[7] VESSEY J K. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers[J]. Plant Soil，2003，255（2）：571-586.

[8] OROS D， PAVLECIC M， SANTEK B， et al. Cultivation of the bacterium Azotobacter chroococcum for preparation of biofertilizers[J]. Afr J Biotechnol，2011，10（16）：3104-3111.

[9] 李振高，骆永明，滕 应.土壤与环境微生物研究法[M].北京：科学出版社，2008.

[10] 闫茂华，陆长梅.资源植物筛草开发利用的研究进展[J].连云港师范专科高等学校学报，2009（2）：106-108.