药用植物与根际微生物互作的研究进展

2021-01-07张宝华

化工设计通讯 2021年5期

张宝华

（朔州师范高等专科学校，山西朔州 036000）

根际是指围绕在植物根系附近、受植物生长影响的土体，该区域也是植物和外界进行物质交换的重要场所。在根际区域内还生存着许多的微生物，即根际微生物，其对于植物根系发育、植物生长有着非常重要的影响。通过梳理药用植物和根际微生物之间的相互作用，不仅有利于研究活动的进一步深入，而且对于合理利用相互作用机制也有着积极的作用。

1 药用植物根际微生物的主要研究方法

1.1 微生物平板培养法

微生物平板培养法是一种很传统的研究方法，它使用不同营养成分的培养基对土壤可培养微生物进行培养分离，然后通过各种微生物菌落形态及其菌落数来测定微生物的数量及其类型。微生物平板培养法廉价、易于操作，可以提供活的、异养类型的种群信息。

1.2 磷脂脂肪酸法

磷脂脂肪酸（简称PLFA）是构成活体细胞膜的重要组成部分，其含量在正常生理条件下相对稳定且具有特异性，可作为微生物群落标记分析物，因此可以用 PLFA 的变化情况，对于待测样品中根际微生物种类、具体数量等内容进行测定，实验结果的准确性相对较高。在实际应用过程中，利用 PLFA法可以对许多药用植物进行检测，如红花根、党参等，而且该方法在使用过程中，不需要利用培养基进行微生物培养，可直接利用相关仪器测定群落的具体动态，操作过程的便捷性较强。但是方法在使用期间很容易受到外界环境干扰，这也需要在测定中按要求完成抽样工作，以提高测定结果的准确性。

1.3 分子生物学技术

在现阶段的发展过程中，分子生物学技术的成熟度也在不断提升。目前应用较多的分子生物学技术包括PCR扩增技术、变性梯度凝胶电泳技术、DNA限制分析技术等，以PCR扩增技术为例，该技术在应用过程中的检测原理在于，利用已知微生物基因序列来制作对应的匹配序列，利用该序列的特定性来识别根际中的微生物种类和数量，具备检测精准度高、兼容性强等优势，在很多药用植物检测中有着良好应用。

2 药用植物对根际微生物的影响

2.1 不同品种植物

在对该内容进行分析时，需要组建相应实验来完成测定，在实验过程中，将不同品种植物作为实验中的自变量，如可以准备黄芪、党参、芍药等要用植物作为实验材料，而需要检测的内容为植物根际微生物数量、微生物分布、微生物丰富度，根据药用植物生长习性对其植物进行培养，采集样本后依次进行分析，采集数据进行后续分析。基于数据资料可以了解到，不同品种植物根际微生物丰富度存在着非常明显的差异，导致此类情况出现的主要原因在于，不同药用植物在生长过程中，对于根际环境中的温度、水分、营养物需求存在差异，根系完成目标物质吸收后，残留物质所提供的生长环境具备选择性，从而造成上述情况的出现。

2.2 不同生长时期

在对该内容进行分析时，也需要组建相应实验来完成测定，在实验过程中，将某一品种药用植物不同生长周期，如幼苗期、生长期、开花期等作为实验中的自变量，而需要检测的内容为植物在不同生长阶段根际微生物数量、微生物分布、微生物丰富度变化情况，整理数据后进行下一阶段的数据分析。基于数据资料可以了解到，植物在不同的生长阶段，其根际微生物丰富度存在着非常明显的差异，导致此类情况出现的主要原因在于，在药用植物生长初期，其分泌能力相对较弱，根际还没有完全形成，微生物丰富度较低；在生长期内，药用植物的分泌能力越来越强，相对应根际微生物丰富度也快速增长，在某个时间达到最大值；进入到结果期后，根际微生物丰富度开始下降，维持在某一稳定水平。

2.3 不同种植模式

在对该内容进行分析时，也需要组建相应实验来完成测定，在实验过程中，将某一品种药用植物不同种植模式，如轮作、套作、间作等作为实验中的自变量，而需要检测的内容为植物在不同种植模式下，根际微生物数量、微生物分布、微生物丰富度变化情况，整理数据后进行数据分析。基于数据资料可以了解到，植物在不同种植模式下，其根际微生物丰富度存在着非常明显的差异，导致此类情况出现的主要原因在于，土壤中有机质在无外力（人工施肥）作用下，会处于一个消耗和自然补充的阶段，不同的种植模式对于土壤中有机质消耗速度和补充速度存在较大差异，如连作模式下补充速度小于消耗速度，这样便会造成根际营养物不足，随后降低了根际微生物的丰富度。

3 根际微生物对药用植物的影响

3.1 植物生长

在实验过程中，将不同梯度根际丰富度的土体作为培育环境，同时也将其作为实验中的自变量，对于不同梯度情况下植物生长情况进行观察，参考数据包括根部生长情况、生长速度等，整理数据后进行数据分析。基于数据资料可以了解到，根际微生物对于植物生长有着非常重要的影响，植物的根系会从土壤中吸收营养物和水分，而根际微生物在新陈代谢的过程中，所产生的代谢物有利于土壤中元素的释放，从而营造出良好的植物生长环境，帮助其生长。但是在根际微生物浓度过高时，也会对植物根系发育进行抑制，导致植株生病的情况。

3.2 抗病能力

在实验过程中，将不同梯度根际丰富度的土体作为培育环境，同时也将其作为实验中的自变量，植物生长期间将病菌添加到根际环境中，对于不同梯度情况下植物抗病能力进行观察，整理数据后进行数据分析。基于数据资料可以了解到，根际微生物对于植物抗病能力有着非常重要的影响，根际环境中存在一些病原菌，其会对染病病菌起到一定的抑制作用，同时也会诱导植物自主形成相应的防御机制，这也在一定程度上提高了植物本身的抗病能力，减轻了病菌所带来的危害性[1]。

3.3 抗逆能力

植物在生长过程中，所处的生长环境复杂程度较高，因此其本身也会建立各种类型的保护机制来适应复杂环境，具备了较强的抗逆能力。在实验过程中，将不同梯度根际丰富度的土体作为培育环境，同时也将其作为实验中的自变量，对于植物表现出的抗逆能力情况进行数据采集，整理数据后进行数据分析。基于数据资料可以了解到，根际微生物对于植物抗逆能力也有着非常重要的影响，根际环境中的微生物在新陈代谢过程中，会产生一些刺激物质，促进植物根系进行游离脯氨酸的积累、ACC裂解等代谢互动，从而使植物本身的抗逆能力得到进一步提升，使植物能够适应干旱、高温、重金属等环境[2]。

3.4 连作障碍

在实验过程中，将不同梯度根际丰富度的土体作为培育环境，在连作几次后对于植物生长情况进行观察，整理数据后进行数据分析。基于数据资料可以了解到，药用植物在连作几次后，存在着较为明显的连作障碍，总结原因后可以发现，随着连作次数的增长，根际环境中的有益微生物数量不断减少，同时有害微生物丰富度会不断提升[3]。有害微生物会对植物根系生长起到一定的抑制作用，而且还增加有害病菌的感染风险，而合理控制间作时间也是下一环节中需要重点关注的问题。

3.5 次生代谢产物

除了上述分析内容外，还需要做好次生代谢生物丰富度的分析工作，在实验过程中，将不同梯度根际丰富度的土体作为培育环境，对于梯度环境下微生物生长情况进行分析。基于数据资料可以了解到，药用植物的次生代谢产物种类繁多，其药用成分多数情况下都是这些次生产物带来的。例如，红豆杉树皮中含有的紫杉醇具备了良好的抗癌作用，但是含量稀少，平均13.6kg的树皮中才能提炼出1g紫杉醇。而根际环境丰富度的提升，可以对这些次生代谢产物的产生带来积极地影响，而且根际微生物新陈代谢产物有利于药用植物代谢所需，从而起到增加代谢产物的作用。

4 药用植物与根际微生物互作机制分析

4.1 药用植物作用于根际微生物

药用植物存在作用根际微生物的关系，而维持该关系的物质以药用植物代谢后产生的化学物质为主。根系在生长过程中所产生的代谢物主要以有机物和无机物为主，这些物质在根际环境中，能够为根际微生物提供新陈代谢期间所需要的小分子物质（如氨基酸、有机酸等）和较为复杂的化合物（如蛋白、黏液等），这些营养物质会吸引更多的微生物在根际环境中停留，产生相应的次生产物。例如，许多根际微生物会以氨基酸作为营养物质，同时也会代谢出其他次生产物，反作用于药用植物，从而影响到根际环境的稳定性。

4.2 根际微生物作用于药用植物

在实际应用中，根际微生物也作用于药用植物，对于药用植物生长而言，需要利用根际微生物代谢时产生的有益物质来加快植物生长速度。在根际微生物当中，其内容包括根际促生菌、生防微生物等，这些微生物在生长过程中，具备了良好的促生作用，并且还可以提升植物本身的抗逆能力，使植物处于稳定的生长环境中，减少一些病害带来的负面影响。

5 药用植物与根际微生物研究展望

从目前的发展情况来看，在未来的研究过程中，倾向于以下几方面：第一，目前在关系研究中，主要集中在药用植物的根、茎研究中，在研究活动不断深入的过程中，也需要拓展该方向，增加研究内容丰富度。第二，目前使用到的检测方法具备了一定的应用优势和不足，在未来发展过程中，检测方法的丰富度和完善性也将提升，以满足不同情况下的检测需求。第三，对于连作障碍问题进行更加深入的分析处理，从而找出突破障碍的具体方向，以提升两者相互关系的应用价值。