探析喀斯特生态系统中的微生物利用

李菲

（贵州师范大学，贵州贵阳550001）

探析喀斯特生态系统中的微生物利用

李菲

（贵州师范大学，贵州贵阳550001）

近年来，喀斯特森林生态系统出现严重退化，进入了一个森林消退、水土流失、土地石漠化、环境不再适合植被生长的恶性循环。这些越来越严重的环境问题对经济社会的可持续发展，甚至对人类的生存环境都构成了严重的威胁。喀斯特地区生态系统敏感、不稳定，易遭破坏而又难以恢复的根本原因，是其土壤贫瘠。微生物对土壤质量有重要的影响。这些重要的微生物包括微藻和真菌等，对土壤形成、地表植被的生长都有很重要的作用。如何利用土壤微生物，促进喀斯特环境的生态恢复，是一个重要的课题。

喀斯特；生态系统；微生物

1885年，德国人Frank最早发现了植物根系与土壤中的某一类真菌具有互利共生现象(Synbiomy)，并提出了菌根(Mycorrhiza)的概念。与植物共生的土壤真菌被称为菌根真菌，陆生植物大约有90%是菌根植物。土壤中的菌根真菌从多个方面为植物带来益处，菌根真菌的外延菌丝在土壤中大大扩展了植物根系的吸收范围，可将吸收范围扩大60倍，根外菌丝体可延伸达117 mm远的距离。此外，菌根的形成还能够抑制由各种土传植物病害所带来的损害。首先菌根真菌在宿主植物根际生成的菌丝体可以作为机械屏障隔绝外来微生物，降低土壤中病原菌的危害。另外菌根真菌也会分泌一些次生代谢物质，对土壤病原菌产生拮抗作用。菌根真菌这两方面的作用共同提高了共生植物的抗病性和抗逆境的能力。同时，菌根真菌还能分泌释放胞外多糖和有机酸成分，会活化难溶性矿质养分，改变土壤的化学性质和物理结构，为宿主植物提供营养等。

菌根真菌在N元素匮乏的喀斯特生态系统中也扮演了重要的角色。何跃军等对比了在喀斯特地区石灰岩土壤基质上接种菌根真菌对构树(Broussonetia papyrifera)的生长和生理变化，发现接种菌根真菌促进了宿主植物构树的生长，单株地上部分、地下部分生物量和全株生物量等生长指标均较对照组显著提高。宋会兴用菌根真菌接种三叶鬼针草(Bidens pilosa)、何跃军用菌根真菌接种香樟幼苗，这些研究均证明菌根真菌显著增强了宿主植物对营养元素N的吸收，并促进了宿主植物的生理代谢和生长，提高了宿主植物的抗旱性。

菌根真菌与地上植物共生，既可以通过胞外分泌物质改良土壤质量，也能够直接供给植株营养物质，极大地促进了地上植株的生长。不过真菌并不是荒漠化环境中最早出现的可以提高土壤质量的生物。一些抗逆性很强的微藻，特别是丝状蓝藻在干燥、贫瘠的荒漠土壤中具有更强的拓殖作用。蓝藻是一类原始、古老和分布广泛的固氮微生物，是地球早期生态系统中最主要的初级生产者，对地球表面从岩石变为沃土，从无氧的大气环境变为有氧环境起到了巨大的作用。

喀斯特地区生态系统治理难以克服的困难是，在这种极端恶劣的环境中,大部分生物无法生存。这时，地球形成初期的先锋作物——藻类，尤其是抗逆性很强的蓝藻，就能适应这种环境，生长良好并促进荒漠生境的不断改善。当蓝藻的生命活动使得砂石层中的营养元素不断积累、生态条件不断改善后，对环境适应相对较弱的地衣、苔藓才开始生长、繁殖。砂石向土壤的演替首先是在砂石表面形成微藻结皮，随后向地衣结皮和苔藓结皮转变，然后是高等植物的生长。

微藻能改善土壤质量，主要是因为微藻细胞中含有叶绿素，能进行产氧光合作用。而且其异形细胞可以进行固氮作用，能在完全不含氮化物的环境中依靠光合作用和固氮独立生存。微藻的这种特性可以显著地提高土壤的氮含量，改善土质。此外，微藻细胞可向胞外分泌各种化合物，形成黏液层、荚膜或胶鞘，这些化合物通常称为胞外多糖。胞外多糖的存在增加了土壤中有机养分的含量，也能够改变土壤的化学性质和物理结构，提高土壤的保水能力，为喀斯特石漠化地区的生态修复奠定坚实的基础。

目前关于喀斯特地区土壤中微生物的研究主要集中在微生物群落多样性和群落结构的研究，关于菌根真菌、微藻和耐盐碱的细菌对喀斯特土壤的影响及其生理、分子机制的相关研究还很少。从目前已有的沙漠、盐碱化土壤微生物的研究结果来看，有必要利用土壤学、化学、生理学、分子生物学，对菌根真菌、微藻和耐盐碱的细菌在喀斯特土壤表层形成生物结皮并改善该地区的微环境做进一步的研究，为充分利用土壤微生物这一重要资源，治理喀斯特石漠化、开拓新的石漠化防治途径、改善喀斯特生境提供新的理论基础。

1005-2690（2017）08-0123-01

S154.3

B

2017-07-05）

李菲（1985-），男，汉族，山东曲阜人，中级讲师，博士研究生，研究方向为植物生理与发育调控。