校园三种植物的根系微生物多样性调查

◆北京市第三十五中学 姜涣麟 侯晋之 尹畅

每一克土壤中都含有种类丰富的微生物，细菌、古菌、真菌、病毒等以各种生存方式与人类共生。由于全球气候变暖加剧和人类活动的频繁干扰，土壤中的生物多样性受到威胁。

校园内各种各样的植物都有发达的根系，植被在与周围环境进行物质循环与能量流动过程中，对土壤微生物产生了重要的影响。微生物结构相对简单，因此易受环境的影响而发生相互作用。

我们对校园中较典型与常见的三种植物——杏树、竹子、萱草的根系土壤进行取样，并对其与微生物多样性之间的关系进行了探究。

一、研究目的

到目前为止，对植物根系土壤微生物多样性分析的实验虽然有很多，但对校园内植物的相关研究很少。我们希望调查校园环境中多种植物根系微生物的多样性，探究其与植物种类及校园环境的关系，改善校园植被的培育方式。

二、实验步骤

（一）采集土壤样品

我们在学校找到杏树、竹子、萱草三种植物，对其地下10 厘米处的根系土壤进行采样，分别放入干净的一次性纸杯中，做好标记，密封保存。

（二）配制培养基，制作固体平板

1.马铃薯培养基（分离真菌）

首先制作20%马铃薯煮汁：取马铃薯200 g，洗净去皮切片，加蒸馏水1000 mL，用电磁炉煮沸30 min，然后用纱布过滤取汁。

取葡萄糖1 g、磷酸氢二钾0.5 g、碳酸钙5 g、琼脂4 g、上述马铃薯煮汁100 mL、蒸馏水100 mL，混合均匀。

2.高氏一号培养基（分离放线菌）

取硝酸钾0.2 g、磷酸氢二钾0.1 g、硫酸镁0.1 g、氯化钠0.1 g、硫酸亚铁0.002 g、可溶性淀粉4 g、琼脂4 g、蒸馏水200 mL，混合均匀。

3.牛肉汤培养基（分离细菌）

取牛肉浸粉1 g、蛋白胨2 g、氯化钠1 g、琼脂4 g、蒸馏水200 mL，充分混合均匀，最终pH 值为7.2～7.4。

4.将三种培养基分别装入三角瓶中，115 ℃环境下高压灭菌30 min。

5.趁热使用灭菌后的固体培养基，或用微波炉将冷却后的固体培养基加热熔化，在超净工作台制作固体平板，冷却后密封保存。

（三）分离土壤微生物

1.每种土壤样品各取10 g，筛去大块固体颗粒后倒入三角瓶，加入无菌蒸馏水75 mL，放入摇床中振荡15 min 后取出，等待杂质沉淀后吸取上清液，作为含有根系微生物的土壤浸出液。

2.利用平板划线法，将每种土壤浸出液分别在三种培养基（马铃薯培养基、高氏一号培养基、牛肉汤培养基）的固体平板上进行微生物分离，以便分别筛选真菌、放线菌及细菌。重复三次平板划线实验，将所有划线后的平板在室温环境中静置培养一周后拍照观察，并记录不同形态、类型的菌落。

（四）测定土壤浸出液的理化性质

1.三种土壤浸出液各取20 mL，依次倒入小烧杯。

2.使用哈希HQ30d 多参数数字化分析仪，分别测量土壤浸出液的pH值以及电导率。

三、结果与分析

（一）平板划线法中的菌落分布

我们用校园三种植物的根系土壤浸出液，在不同用途的固体培养基平板上划线，从而将植物的根系微生物依据其不同的营养需求进行分离筛选。

图1 校园三种植物的根系土壤浸出液培养出的菌落

我们根据外观差异对菌落进行初步分类发现，平板培养后产生了不同的真菌、细菌和放线菌菌落，说明每种植物根系土壤浸出液中的微生物多样性都非常丰富。

从实验结果中我们还发现，三种植物根系土壤中的微生物种类有较大差异，这可能是因为不同植物根系的分泌物不同。同时我们还注意到，竹子的根系土壤中微生物种类较少，推测这一现象有可能与竹子的抑菌性有关。在后续的实验中，我们还计划进行分子生物学菌种鉴定，以期得到更准确的微生物多样性调查结果。

（二）土壤浸出液的pH 值和电导率

使用哈希HQ30d 多参数数字化分析仪，分别测定校园三种植物根系土壤浸出液的pH 值以及电导率，结果如表1 所示。

表1 校园三种植物根系土壤浸出液的pH 值和电导率测定结果

对土壤浸出液pH 值的比较显示，杏树的根系土壤浸出液偏中性，而竹子和萱草的根系土壤浸出液偏碱性，且后两者差异很小。对土壤电导率的分析发现，杏树的根系土壤浸出液导电性较强，说明杏树的根系土壤浸出液中的盐离子更丰富。

四、结论

（一）校园植物的根系土壤中微生物多样性较丰富，培养出的菌落大多为细菌和真菌。

（二）不同植物根系土壤中的微生物多样性不同，说明植物种类会影响其根系微生物的种类，它们之间很可能相互影响。

（三）本实验中，竹子的根系土壤中微生物多样性较弱，推测也许与竹子的抑菌性有关。

（四）本实验中，土壤pH 值、电导率与根系土壤中微生物多样性的关系不明显。

图2 作者讨论项目PPT 的制作

五、展望

（一）通过对校园植物根系土壤微生物进行分子生物学菌种鉴定及基因测序，进一步获得更准确的根系土壤微生物多样性信息。

（二）通过对植物和土壤微生物协同作用的了解，有针对性地在校园土壤中施加菌肥，改善土壤的菌群环境，增加土壤中的营养成分，助力校园植物生长。

图3 作者与指导老师詹争艳（左一）合影

作者心声

作为园艺爱好者，我们从小就对土地有着深厚的感情，感谢学校为我们提供了从科学角度探究土壤的机会。

在探究过程中，我们遇到了很多坎坷。一开始，我们拿不准研究的方向：采集哪几种土样？测量哪些数据？使用哪些仪器？……主题确定后，我们又遇到了更多的困难，如多次尝试后仍无法获得真菌在显微镜下的高质量微观图像等。通过及时与指导老师、小组成员进行讨论，我们很快明确了探究思路和方法，避免了很多弯路。

通过这次探究，我们变得更有耐心，也深刻体会到，做探究要遵循科学性。

专家点评

作者通过培养和分析不同校园植物根系土壤样本,初步探究了根系土壤微生物的组成和多样性。本文选题新颖，实验设计合理、系统，对实验结果进行了较好的定量分析，文字描述详细，实验过程阐述清晰，文字表达能力较好，提出了进一步的研究方向，展现了一定的科研视野。

但本次探究的样本量较少，结果可扩展性有限；缺乏对培养菌落的微观形态描述和定性分析；对结果的讨论不够充分，没有深入分析不同植物所处环境的土壤中微生物出现差异的原因；对部分实验步骤描述不够具体。如果能增加样本量，丰富结果分析，增加参考文献，报告的整体逻辑性与科学性会更强。