龙眼根际微生物多样性研究进展

邓左奇，李英杰，刘 珂，罗雪峰，杨晓红*

（1 南方山地园艺学教育部重点实验室/西南大学农学部园艺园林学院 400716；2 重庆市农业技术推广总站）

根际是指植物根系周围，受到根系分泌物影响的狭小土壤区域，其理化特性以及生物学活性明显不同于原土体[1]。根际微生物生活在根际范围，主要包括细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物等，其种群组成和数量变化可反映土壤质量的优劣和肥力水平的高低[2]，与植物的生长发育密切相关。

龙眼（Dimocarpus longan Lour.）属无患子科龙眼属植物，是我国南方重要的经济果树之一，其果实营养丰富，口感美味，深受人们喜爱。我国是龙眼的原产地和主产国，具有丰富的龙眼种质资源，但在龙眼生产上存在着大小年、产量低和品种良莠不齐等问题，限制了龙眼产业的发展[3]。大量研究证明，根际微生物对果树的植物营养、生长发育和病理等方面有着重要作用[4]。通过综述根际微生物多样性、植物和微生物间的相互作用，以及栽培过程中龙眼施肥条件、间作模式、药剂喷施对根际微生物的影响，指出了龙眼根际微生物的研究前景，以期从根际微生物的角度对龙眼栽培作出指导，解决生产上的难题。

1 根际微生物多样性

土壤微生物多样性指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化，通常以土壤生物区系的变化和生物化学过程间的相互作用关系来反映[5]。目前关于土壤微生物多样性的研究，主要集中在物种多样性、遗传多样性以及群落结构和功能多样性上。

从物种上看，根际微生物种类丰富，数量巨大，据报道，在距离根系1～2mm 处的根际微生物数量可达1×l09/cm3，是根际外土壤微生物的几倍甚至几十倍[6]。其中，细菌的数量最多，占到了1/2，其次是放线菌，真菌的数量最少，但由于研究对象和地区的差异，也有报道真菌数量大于放线菌的。由于不同的微生物喜好的环境不同，所以环境的改变会导致微生物的种类发生一定的变化。细菌分布极广，适应能力强，喜欢温暖潮湿的环境；真菌喜欢有机质含量丰富的土壤，一般在微酸性至中性的土壤中生长良好；放线菌喜欢中性至微碱性的疏松土壤。

从群落上看，土壤微生物的群落结构受到土壤的组成和性质[7]，所在地的气候条件[8]，以及周围植物的类型和生长状态[9]等多方面的影响。由于结构决定功能，故微生物群落功能的也会受到直接或间接的影响，从而表现出微生物群落和功能上的多样性。如，Mateos-Rivera 等证明微生物群落的组成和多样性与土壤表面温度和土壤年龄有关[10]；Sheik 等发现全球气温升高和降雨模式的改变对土壤微生物群落及功能有着巨大影响[11]。

土壤——植物——微生物三者构成一体，相互作用，相互影响，对维持地球生态系统的稳定性有着重要意义。土壤的性质、植物的种类、生长年龄和生命活动都会影响根际微生物的生理代谢，从而影响其数量和种类；而根际微生物的多样性也对土壤的生物化学活性、养分的组成与转化、植物的生长发育、抗胁迫能力有直接影响[12]。因此，研究根际微生物多样性对监测土壤健康，栽培高产优质作物，特别是解除作物的连作障碍和提高抗性有着重要的现实意义。

2 根际微生物与植物的相互作用

2.1 植物对根际微生物的影响

植物对根际微生物的多样性有着重要的影响作用，主要是通过植物根系的结构，以及生长过程中产生的根系分泌物（root exudates）来影响根际微生物的生长和繁殖。根系分泌物是指植物在生长过程中其根系通过各种方式向周围环境释放的各种有机或无机物质[5]，主要包括糖、蛋白质、凝胶、酶等大分子物质，酸、酚、酮等小分子物质，以及黄酮类、甾醇类物质和生长因子等[13]。根系分泌物通过不同的pH 和氧化还原电位等因素直接影响着根际微生物群落的形成[14]，而植物的类型、生长发育阶段和生长状况等因素又影响着根际分泌物的数量与种类，进而间接地影响着根际微生物群落形成。

Berg 等认为植物种类和土壤类型的共同作用导致了根际微生物群落结构和功能的差异[15]，特别是在特殊生境条件下，植物的种类是导致根际微生物结构和功能变化的主要原因[16]。植物的类型，包括不同种类的植物，同一种类的不同品种，相同品种的不同基因型之间的土壤微生物群落结构都有一定的差异。如，李强等证明不同品种的烤烟，尽管根际微生物种类和优势种群数量并无差异，但微生物种群的分布情况存在显著差异[17]。吕保玉等发现同一品种不同基因型的2 种蕹菜间，根际微生物与非根际微生物之间都存在极显著差异[18]。

许多研究都已证明，根际微生物的数量和群落结构与植物生长发育阶段密切相关，一般来说，成熟期植物的微生物数量和丰度要高于幼苗期和衰老期。如，胡元森等利用PCR-DGGE 技术对不同生育时期的黄瓜进行了根际微生物分析，发现黄瓜根际微生物的数量一般是从栽种时开始升高，生殖生长阶段达到最高峰，生长后期开始下降[19]。刘欣等研究证明：大豆根际微生物在不同生育期有着明显变化，成熟期大豆的土壤中，细菌丰富度和多样性指数均明显高于苗期[20]。

2.2 根际微生物对植物的影响

根际微生物又分为根际有害微生物（deleterious rhizosphere bacteria，DRB） 和根际有益微生物（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR），它们对植物的影响具有两面性。根际有害微生物主要包括病原真菌、病毒、细菌和线虫，其中主要作用的是病原真菌和线虫两大类群[21]。由于根际微生物对植物的影响往往限于根或幼苗发育不良，生长缓慢，而不产生其它症状，对它们在植物病害中的作用很难定性描述[22]。根际有益生物对植物的影响是多方面的，可以通过促进植物对养分的吸收而促进植物的生长发育，增加对病虫害的抵抗能力，还可以提高对环境胁迫的抗逆性。此外，由于土壤微生物作为物质循环中的分解者，可以帮助分解土壤中的有机污染和重金属污染，目前研究植物——微生物系统以解决土壤污染问题已成为一大热点。

根际微生物可以促进植物的生长，有利于提高作物的产量。如固氮菌能帮助植物生物固氮，有利于吸收氮元素，采用盆栽试验，在花生中接种了不同根瘤菌，发现接种根瘤菌可促进植株的生长，提高叶面积指数，增加产量，不同种类的根瘤菌作用的效果有差异[23]。段灏等选取了3 种湿生植物分别接种了3 种不同的丛枝菌根（AM），发现AM 可促进植物氮磷的吸收，并筛选出了3 组AM 真菌-植物的最佳组合[24]。此外，根际微生物还与土壤作用，可分解难溶性矿物质，促进土壤中有机物形成腐殖酸，从而为植物生长发育提供充足的养分。

关于利用根际微生物来提高植物抗性的研究已在大豆[14]、棉花[25]、茄子[26]、番茄[27-28]等多种作物中均有报道。大量研究表明，根际微生物可调节根际微环境，促进根系发育，提高植物的抗病性及抗逆性，对改善由于全球气候变化导致的作物环境适应能力下降、病虫害加剧、品质和产量下降等难题具有广阔应用前景。例如，Yang 等发现根际有益微生物对植物生长有促进作用，能降低由植物病原真菌、细菌、病毒和线虫引起的疾病的易感性[29]。Selvakumar 等从南瓜花中分离出一种沙雷氏菌菌株SRM，接种于小麦幼苗上可明显增强其耐寒性[30]，对改善作物在低温条件下的生长状况有较大意义。

3 龙眼根际微生物的初步研究

根是植物生长发育的重要营养器官，可吸收存储土壤中的水分和营养元素以维持植物正常代谢活动，还起支持和固定的作用。龙眼的根系发达，生活力强，在不同的环境下生长分布状况有所不同，大部分根系分布在深1m 以内的土壤中，但有的垂直分布可达3m以上。研究龙眼根际微生物对龙眼根系发育、树体生长有重要意义，但目前国内外关于龙眼根际微生物的报道较少，研究范围狭窄，大量工作仍需开展。

1964 年，邵锦缎等采取石蜡切片法首次指出了龙眼菌根的存在，发现菌根大多是总状式分枝，且呈念珠状，菌根中的真菌有增加根部吸收盐分的能力，而且其菌丝体吸水的能力比根毛还强，能够在萎蔫系数下从土壤中吸收水分，增强龙眼的抗旱能力[31]。何金泽、姚青等研究了AM 菌根对龙眼幼苗的影响，发现菌根能够提高龙眼对磷和其他矿质元素的吸收和利用，从而促进龙眼的生长发育[32-33]。根际微生物对植物的影响是多方面的，但目前的研究仍停留在对生长发育的影响方面，对于龙眼根际微生物与环境胁迫或病害抗性方面的研究仍是一片空白。

龙眼的栽培管理方式会对根际微生物的群落结构及数量产生影响，近年来，主要报道了施肥条件、间作模式以及药剂喷施对龙眼根际微生物的影响。薛进军等研究了不同粪肥对龙眼断根生长及根际环境的影响，发现蚯蚓粪和牛粪可以增加放线菌、细菌的数量，有利于基质中养分的转化循环和有机质分解，而牛粪中真菌数量较多，容易造成各种病害的发生[34]。李昆等研究了施用蛋鸡粪对龙眼园土壤微生物的影响，将施用蛋鸡粪的龙眼园与未施用蛋鸡粪的橡胶园中的土壤微生物生物学性状做对比分析，发现蛋鸡粪会对龙眼园土壤微生物多样性产生影响：施用蛋鸡粪的龙眼园土壤全年平均细菌总数均显著高于不施用蛋鸡粪的橡胶园土壤，且细菌多样性的相似性更高[35]。

在龙眼中分别间作豆科植物花生和柱花草发现，花生可提高土壤有效磷、可溶性有机碳以及氮的含量；柱花草可增加了土壤中的可溶性有机碳和微生物生物量碳（MBC）的含量[36]。微生物生物量碳是指土壤中体积＜5000μm3活的和死的微生物体内碳的总和，MBC含量越大，对有机碳的利用率越高，说明土壤环境质量较高，有利于土壤微生物生长[37]。张振境等在龙眼中进行生草栽培试验，发现生草栽培能提高土壤生物多样性，改善土壤生物菌落结构，与前人在其他作物上的研究结果基本一致[38]。

氯酸钾是被广泛用作龙眼果园花卉诱导的活性物质，但由于氯酸根离子具有强氧化性，其残留会造成次生污染，在土壤中施用氯酸钾会对土壤微生物产生不利影响，导致土壤中氯酸盐还原微生物的数量和活性降低等[39-40]。Li 等对百慕大草、巴西草和龙眼进行盆栽试验以探究氯酸盐对其的毒性，结果表明，氯酸盐的施用可导致轻微的土壤酸化，但所得pH 仍为5.5 左右，不太可能对植物生长产生不利影响，但增加氯酸盐施用量可降低植物根系中丛枝菌根真菌的定殖率，降低植物对磷的吸收和植物生物量，从而影响植物生长[41]。间作豆科植物花生有益于龙眼的生长，但氯酸钾的施用会对花生的生长产生明显的负影响，当氯酸钾浓度高于50mg/kg 时，花生的发芽率大大降低，生物量和根瘤菌数量减少，蒸腾和光合作用也受到抑制[42]，间接影响了龙眼的生长发育。

4 展望

研究龙眼根际微生物的多样性对加强龙眼养分综合管理、解决龙眼丰产和稳产问题、提高龙眼抗环境胁迫能力有重要意义。目前对龙眼根际微生物的研究尚不完善，仍有许多问题需引起相关研究者的注意，主要体现在以下几个方面：（1）龙眼根际微生物资源信息匮乏，特别是缺少优良菌株的开发与研究，因此，需加强菌株的收集，为进一步探究根际微生物对龙眼的影响打下基础。（2）目前的研究仍局限于土壤微生物的动态变化，对相关机理的研究还不够深入，特别是土壤、微生物、龙眼三者的相互作用关系。（3）研究方法需要多样化，目前很多研究仍采用土壤稀释涂板法，具有一定的局限性，应根据需要结合分子生物学技术和基因组学方法，或引入高通量测序和基因芯片等新技术来帮助研究。（4）关于利用根际微生物来提高龙眼抗逆性和抗病性的研究太少。龙眼作为喜温忌冷植物，冬季常遇寒害，给龙眼生产造成严重损失，利用根际微生物来提高植物耐寒性的研究已在多种作物中有所报道，也可作为提高龙眼耐寒性的参考。