農(nóng)業(yè)管理措施對根際微生物的影響研究現(xiàn)狀及展望

賀愛國 ，鄧 凱 ，何菲菲 ，鄒冬生 ，羅連光 ，李向榮

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410125）

根際微生物（Rhizospheremicrobe）是指在植物根系直接影響的土壤范圍內(nèi)生長繁殖的微生物，主要有細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生動物等。根際微生物因受植物根系的影響，其微生物數(shù)量及多樣性與非根際土壤差別很大。在微生物—土壤—植物系統(tǒng)中，微生物和植物相互影響，植物根系及其分泌物為根際微生物提供生長基質(zhì)和有利的生長環(huán)境，而植物本身則從微生物對根系的分泌物和其他土壤有機和無機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化所帶來的養(yǎng)分釋放中獲益；根際微生物參與土壤中有機質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)等過程，也是土壤養(yǎng)分的儲存庫和植物生長養(yǎng)分的重要來源，另一方面，根際微生物分泌物也對植物產(chǎn)生很大影響。

根際微生物受農(nóng)業(yè)管理措施的影響很大，這為通過農(nóng)業(yè)管理措施調(diào)控根際微生物提供了理論基礎(chǔ)。國內(nèi)外在相關(guān)方面都進行了大量的研究，但是缺乏系統(tǒng)介紹農(nóng)業(yè)管理措施對根際微生物影響的報道。筆者綜述了近期國內(nèi)外的相關(guān)研究動態(tài)，以期為相關(guān)研究提供理論支持。

1 品種管理對根際微生物的影響

不同作物根際微生物的種群與數(shù)量有很大差別，甚至同一種作物不同品種之間也存在差異。苗果園等[1]研究了不同作物根際微生物的數(shù)量差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同作物根際微生物數(shù)量有極大的差異，大豆、小茴香等作物根際細(xì)菌數(shù)量及微生物總量都高，而谷子、黍子等作物根際細(xì)菌數(shù)量及總量都低。朱四元[2]等研究了不同品種苧麻的根際微生物，其中品種CZ0601根際細(xì)菌數(shù)量較其它品種高，是根際主要微生物，其數(shù)量是真菌、放線菌的約l0倍。陳宏宇[3]研究了不同抗病大豆根際微生物的情況，結(jié)果表明，大豆根系對微生物的影響因品種的抗病性不同而存在差異。感病品種的根際有利于鐮孢霉和胞囊的積累，從根際分離得到了大豆根腐病的主要致病菌——尖孢鐮刀菌和茄腐鐮刀菌；而在抗病品種大豆的根際根瘤菌數(shù)量明顯高于感病品種，說明抗病品種既可以通過大量結(jié)瘤來固氮，改善自身營養(yǎng)狀況，提高抗病能力，又可以通過根瘤菌的大量定植，在侵入位點或養(yǎng)分利用上與有害生物構(gòu)成競爭，抑制有害微生物的繁殖生長，達(dá)到抗病的目的。因而推斷大豆根系分泌物是引起根際微生物區(qū)系變化的主要因素。

轉(zhuǎn)基因植物的飛速發(fā)展加劇了人們對轉(zhuǎn)基因植物生物安全性的擔(dān)憂。轉(zhuǎn)基因植物對土壤微生物影響的研究已經(jīng)成為繼轉(zhuǎn)基因逃逸、轉(zhuǎn)基因?qū)Ψ悄繕?biāo)生物、轉(zhuǎn)基因?qū)ι锒鄻有杂绊懼蟮挠忠粋€研究熱點。轉(zhuǎn)基因植物對根際微生物有著不同程度的影響，國內(nèi)外對此有著不同的研究結(jié)果。李長林等[4]采用PCR、T／A克隆、RFLP等分子生物學(xué)研究方法探討轉(zhuǎn)基因棉花種植對根際土壤微生物區(qū)系多樣性的影響，結(jié)果表明，棉花根際土壤微生物區(qū)系差異主要受生育期影響，轉(zhuǎn)基因棉花對根際土壤微生物的影響不明顯。劉佳等[5]研究了抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆對根際土壤細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量以及氨化細(xì)菌的氨化作用強度、硝化細(xì)菌的硝化作用強度和反硝化細(xì)菌的反硝化作用強度的影響，結(jié)果顯示，抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆根際土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量較常規(guī)品種有顯著降低，而根際土壤真菌的數(shù)量有所提高；同時抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆根際土壤氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌低于其親本非轉(zhuǎn)基因大豆和部分栽培大豆，表明抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆根際土壤微生物的數(shù)量和生化強度不同程度上降低了，但根際土壤真菌數(shù)量增加了。

2 肥料管理對根際微生物的影響

施肥可以為作物提供養(yǎng)分，改變作物根際養(yǎng)分濃度，對根際微生物產(chǎn)生影響。肥料種類和形態(tài)對根際微生物都會產(chǎn)生影響，施肥可以調(diào)控根際微生物的繁殖和生長。喻會平[6]等研究了不同肥料種類對烤煙根際微生物數(shù)量的影響，結(jié)果表明：施肥能夠明顯提高烤煙根際微生物數(shù)量，其中復(fù)合肥配施油枯處理烤煙的根際細(xì)菌、放線茵、真菌等微生物的數(shù)量都得到顯著提高，但不同類型的油枯，對根際微生物的影響有所差異。文景芝[7]等采用傳統(tǒng)分離計數(shù)法和基于DNA特異性擴增的變性梯度凝膠電泳技術(shù)（PCR-DGGE）相結(jié)合的方法，分析了不同肥料對黃瓜根際微生物的影響，結(jié)果表明，單施有機肥有利于根際真菌和放線菌的生長繁殖，對根際亞硝酸細(xì)菌、硝化細(xì)菌的生長繁殖也有促進作用，其根際細(xì)菌多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均較高。有研究結(jié)果顯示，長期施用化肥后，水稻根系失去了菌根菌共生，但經(jīng)5 a連續(xù)施用有機肥后，水稻根系又恢復(fù)了菌絲體形成。這表明根際真菌的生物多樣性不但受植物影響，還受外來真菌定植和田間肥料管理等不同因子的影響。熊桂林等[8]利用稀釋培養(yǎng)法研究了不同施肥處理小麥根際總細(xì)菌、熒光假單胞菌、真菌的數(shù)量以及拮抗菌群體的活性，結(jié)果表明，秸稈還田、草木灰和鉀肥處理都可以提高小麥根際熒光假單胞菌種群量，減少紋枯病的發(fā)生，鉀肥主要在苗期發(fā)揮作用，而秸稈的作用可延續(xù)至小麥孕穗期。趙振等[9]用稀釋平板法研究了雙孢蘑菇菌糠對小白菜根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響，土壤中細(xì)菌數(shù)量較未施肥對照組增加39.7%，放線菌數(shù)量增加18.0%。認(rèn)為施用未滅菌菌糠、微生物肥料的處理由于根系生長優(yōu)勢明顯，相應(yīng)可提高根系分泌物量，為根際微生物提供了更多的營養(yǎng)物質(zhì)，促進了根際微生物的新陳代謝，從而使土壤的微生態(tài)環(huán)境也得到了改善，加速了土壤微生物的繁殖。馬宗斌等[10]采用盆栽方法研究了不同形態(tài)氮對“豫麥34”、“豫麥49”和“豫麥50”生育后期根際微生物和土壤酶活性的影響，結(jié)果表明，硝態(tài)氮對“豫麥34”根際土壤真菌、細(xì)菌（除成熟期外）和放線菌的數(shù)量均具有明顯的促進作用；銨態(tài)氮對“豫麥49”根際土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量影響最大；硝態(tài)氮對“豫麥50”根際土壤真菌、細(xì)菌和放線菌的數(shù)量均具有明顯的促進作用。

不同施肥方法對根際微生物的影響也存在差異。汪華等[11]的研究表明，在分次施氮條件下，尿素轉(zhuǎn)化的NH4+-N在水稻根際的富集需要時間，然后在根際形成堿性pH環(huán)境，堿性pH將會對水稻根際土壤微生物產(chǎn)生脅迫作用，從而影響根際微生物。

3 農(nóng)藥管理對根際微生物的影響

農(nóng)藥的使用會影響根際微生物的數(shù)量及其生物活性，有時農(nóng)藥會使根際微生物數(shù)量及活性都下降，但有時農(nóng)藥反而能為微生物提供額外的碳源和能源，使根際微生物的數(shù)量和活性明顯增加。

陳波等[12]研究了異丙甲草胺對芹菜根際微生物數(shù)量的影響，結(jié)果表明，在試驗前期異丙甲草胺對根際細(xì)菌數(shù)量有一定的抑制作用，7d后細(xì)菌數(shù)量增加；而異丙甲草胺對根際真菌的生長有一定的刺激作用，并且刺激作用隨藥劑濃度的提高而增強。張齊鳳等[13]采用分離培養(yǎng)技術(shù)研究了不同種衣劑對大豆根際微生物的影響，結(jié)果表明，種衣劑能顯著影響大豆根際微生物，并且不同時期、不同微生物其影響有所不同。種衣劑對大豆根際真菌最先產(chǎn)生明顯促進作用，接著產(chǎn)生微弱抑制作用，最后恢復(fù)到正常水平；而對根際細(xì)菌前期則產(chǎn)生抑制作用，接著產(chǎn)生促進作用，試驗后期根際細(xì)菌恢復(fù)到正常水平。這表明大豆根際某些微生物能將種衣劑作為氮源和碳源，從而快速繁殖并形成優(yōu)勢種群。Das A C等[14]研究了“六六六”和氰戊菊酯兩種農(nóng)藥對水稻根際微生物的影響，發(fā)現(xiàn)“六六六”和氰戊菊酯可以使水稻根際土壤的細(xì)菌、放線菌和真菌增殖，且“六六六”比氰戊菊酯作用更大，說明微生物可以利用殺蟲劑。

植物提取物對根際微生物也能產(chǎn)生影響。張淑紅等[15]研究了苦參提取物對茄子根際微生物的影響，結(jié)果表明，經(jīng)苦參提取物處理后健康茄子植株根際真菌數(shù)量較對照增加16.67%～89.33%，放線菌數(shù)量顯著高于對照，細(xì)菌數(shù)量較對照降低，感病茄子植株經(jīng)苦參提取物處理后根際真菌有所減少，放線菌的數(shù)量有所提高。

4 水分管理對根際微生物的影響

土壤的通氣性、水分狀況直接影響土壤微生物的種類及數(shù)量，農(nóng)業(yè)水分管理對土壤通氣性、水分狀況不可避免地產(chǎn)生影響，從而影響土壤微生物，也將影響根際微生物。

杜社妮等[16]在日光溫室內(nèi)采用盆栽試驗研究了土壤水分對土壤微生物數(shù)量的影響，結(jié)果表明，不同水分處理土壤微生物的數(shù)量變化不同，且黃瓜不同生長階段水分對微生物的影響也不同。在初花期，土壤水分為田間持水量80%～90%的處理土壤細(xì)菌數(shù)量最多，土壤水分為田間持水量70%～80%的處理和90%～100%的處理土壤細(xì)菌數(shù)量少，且二者差異不大；在初瓜期和盛瓜期，當(dāng)土壤水分由低變高時細(xì)菌數(shù)量增加，黃瓜生育后期當(dāng)土壤水分從高變低時細(xì)菌數(shù)量增加。蔡曉紅等[17-19]結(jié)合網(wǎng)室3種施氮水平和3種水分模式的盆栽試驗，對水稻不同生育期氮素及水分狀況對根際微生物生物量碳的影響效應(yīng)進行研究，結(jié)果表明，不同時期水稻根際土壤微生物生物量碳，不僅受到水分狀況和施氮的影響，還受到水分和施氮因素的交叉互作效應(yīng)影響。特別是水分和氮素互作因子在灌漿期對根際土壤微生物碳含量影響最為顯著，這一時期3種水分模式及3種氮素水平影響下的根際微生物碳之間差異最顯著。

5 種植制度對根際微生物的影響

不同的種植制度將會改變土壤的理化性狀，進而影響土壤微生物和根際微生物。李剛等[20]的研究表明，隨著設(shè)施土壤連作年限的增加，盆栽黃瓜根際微生物總量呈不明顯上升趨勢，其中真菌、細(xì)菌和放線菌以及氨氧化細(xì)菌和亞硝酸細(xì)茵的數(shù)量均隨連作年限的增加而增加，且真菌增加幅度較大，細(xì)菌和放線菌增加幅度較??；纖維素分解菌數(shù)量則隨連作年限的增加而減少。其研究結(jié)果還顯示，不同作物春、秋季交替種植這一栽培方式更有利于土壤中各種微生物的積累。王茹華等[21]研究了不同砧木、不同土壤茬口條件下嫁接茄子的根際微生物的種群數(shù)量變化，結(jié)果表明，嫁接增加了茄子根際放線菌和真菌的數(shù)量，減少了細(xì)菌的數(shù)量。

馬冬云等[22]研究了不同種植密度下小麥（豫麥49-198）根際土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性，結(jié)果顯示，根際細(xì)菌數(shù)量、放線菌數(shù)量隨著小麥群體密度的增加呈單峰曲線變化，真菌數(shù)量則隨小麥密度的增加而減少。

Hartmann A等[23]測試了3種土壤上黑小麥和三葉草間作對微生物群體的影響，發(fā)現(xiàn)間作降低了黑小麥的發(fā)病指數(shù)。16SrRNA和18SrRNA基因分析表明，黑小麥和三葉草單作時，其根際微生物群體有很大差異；而間作后一些三葉草根際特有的微生物出現(xiàn)在黑小麥根際。這些結(jié)果表明，間作可改變根際微生物群體結(jié)構(gòu)。

6 研究展望

6.1 采用現(xiàn)代分子生物技術(shù)研究根際微生物

根際微生物數(shù)量巨大，種群關(guān)系復(fù)雜，而傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)研究方法只能培養(yǎng)極少部分（0.1%-1%）微生物類群，這制約了根際微生物的深入研究。隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)在環(huán)境微生物研究中的逐漸完善成熟，為全面認(rèn)識根際微生物提供了強有力的研究工具。特別是近年發(fā)展起來的核酸技術(shù)，使微生物生態(tài)學(xué)的研究進入了分子的階段，其中rRNA技術(shù)的建立、發(fā)展及其成功應(yīng)用，為分子微生物生態(tài)和微生物系統(tǒng)分類學(xué)的研究揭開了嶄新的一頁。

6.2 開展根際微生物治理污染土壤技術(shù)及機理研究

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，我國土壤污染越來越嚴(yán)重，特別是重金屬及持久性有機物污染等危害大、難治理的污染物給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來極大的威脅。根際微生物在維護土壤健康、保障土壤可持續(xù)利用和調(diào)控生態(tài)安全等方面有著重要作用。利用微生物分解有毒有害物質(zhì)的生物修復(fù)技術(shù)被公認(rèn)為治理大面積污染區(qū)域的一種有價值的方法。而根際生物修復(fù)由于高效低耗而受到歡迎，但是目前對其作用機理知之甚少，今后應(yīng)加強這方面的研究。

6.3 加強根際微生物在C、N循環(huán)中的作用機理研究

根際是各種養(yǎng)分及其它物質(zhì)進入根系參與生物鏈物質(zhì)循環(huán)的重要界面之一。植物將光合產(chǎn)物以根系分泌物和植物殘體形式釋放到土壤中，作為土壤微生物的碳源和氮源；而微生物則將有機養(yǎng)分轉(zhuǎn)化成無機養(yǎng)分，以利于植物吸收利用。根際微生物是實現(xiàn)C、N循環(huán)的重要作用者，加強根際微生物在C、N循環(huán)中的作用機理研究，可以為調(diào)控C、N循環(huán)提供理論支持，為減少種植業(yè)溫室氣體排放提供技術(shù)。

6.4 深入開展根際微生物對連作障礙的作用機理研究

隨著設(shè)施栽培和專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，連作現(xiàn)象普遍發(fā)生。連作使根系分泌物的數(shù)量、種類發(fā)生變化，進而引起根際微生物區(qū)系組成的定向改變，有益菌減少，有害菌增殖，破壞了根際微生物的平衡，減弱或消除了有益菌對有害菌的拮抗作用，造成連作障礙。土壤微生物群落的變化被認(rèn)為是引起連作障礙的主要原因，但是，其作用機理現(xiàn)在還有待進一步深入研究。

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