酸性土壤中接種耐酸根瘤菌對豆科植物根際微生態(tài)的影響

任豫霜，朱丹，姜偉，李玖燃，張磊*

（1西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400716；2國家級“三峽庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測與模擬”國際科技合作基地，重慶400716；3湖南大學(xué)生物學(xué)院，湖南長沙410082）

酸性土壤中接種耐酸根瘤菌對豆科植物根際微生態(tài)的影響

任豫霜1,2，朱丹1,3，姜偉1,2，李玖燃1,2，張磊1,2*

（1西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400716；2國家級“三峽庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測與模擬”國際科技合作基地，重慶400716；3湖南大學(xué)生物學(xué)院，湖南長沙410082）

【目的】接種耐酸豆科根瘤菌可以提高豆科植物耐酸能力。應(yīng)用PLFA等方法研究接種耐酸根瘤菌對根際土壤微生態(tài)的綜合影響，從土壤角度闡明接種耐酸根瘤菌緩解土壤酸度對豆科植物脅迫的機(jī)制?！痉椒ā颗柙詶l件下分別向種植于pH4.8酸性土壤中的葛藤和苜蓿植株相應(yīng)接種耐酸葛藤根瘤菌068、389、390與耐酸苜蓿根瘤菌91512、91522、91532，于接種后30d、60d、90d、120d、150d取樣，分析耐酸根瘤菌對土壤養(yǎng)分、可培養(yǎng)微生物、微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響。【結(jié)果】1)接種耐酸葛藤和苜蓿根瘤菌處理后，根際土壤pH由4.8顯著提高至6.0左右，有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及有機(jī)質(zhì)含量的增加效果顯著(P<0.05)，至120d達(dá)到最高。120d樣品的有效磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及有機(jī)質(zhì)含量分別為23.16～48.68mg/kg、61.21～81.96 mg/kg、65.05～86.38mg/kg和11.85～12.87g/kg，分別比未接種對照提高24.8%～162.4%、16.6%～56.2%、145.4%～225.8%、1.4%～10.1%；2)接種苜蓿和葛藤耐酸根瘤菌后土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量顯著提高(P< 0.05)，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量在120d達(dá)到峰值，比同期未接種對照分別提高了61.5%～348.4%、3.4%～441.7%和18.9%～255.2%，分別達(dá)到48.00×102～133.3×107、20.11×104～155.9×104和3.21×104～9.59×104cfu/g鮮土；3)PLFA分析表明，雖然接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌處理的根際土壤的特征脂肪酸種類數(shù)與未接種處理相比并無明顯差異，但接種葛藤或苜蓿根瘤菌均明顯降低了根際土壤中異構(gòu)PLFA/反異構(gòu)PLFA值，顯示土壤根際微生態(tài)的穩(wěn)定性得到提高。【結(jié)論】在種植豆科植物的酸性土壤中接種相應(yīng)耐酸根瘤菌能顯著提高根際土壤pH，提高根際土壤有機(jī)質(zhì)含量和速效氮磷養(yǎng)分含量，緩解土壤酸性對根際微生物的脅迫。

酸脅迫；耐酸葛藤根瘤菌；耐酸苜蓿根瘤菌；磷脂脂肪酸；根際微生態(tài)

酸性土壤在全世界分布廣泛，并且有不斷惡化的趨勢[1–2]。我國的酸性土壤主要分布在長江以南的廣大熱帶、亞熱帶地區(qū)和云貴川等地，面積約為2.04×108hm2，且大部分土壤的pH值小于5.5，其中很大一部分小于5.0，甚至4.5[3]。近年來隨著工業(yè)的發(fā)展和不合理的農(nóng)田施肥，我國土壤酸化面積和酸化程度還在不斷增加[4]。

紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是營養(yǎng)豐富的優(yōu)良牧草，根系發(fā)達(dá)，與根瘤菌共生后具有較強(qiáng)的固氮能力，被用作改土培肥的良好作物，但紫花苜蓿是對酸性土壤條件最為敏感的植物之一[5]，限制了苜蓿的北草南引[6–7]；豆科葛藤(Argyreia seguinii Levl.)根瘤發(fā)達(dá)、固氮量多，葛藤–根瘤菌共生固氮體系對提高土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)和保持水土發(fā)揮了重要的作用[8]，在我國西南石漠化地區(qū)，特別是三峽庫區(qū)對緩解酸性土壤水土流失具有推廣應(yīng)用價(jià)值。接種耐酸根瘤菌可以提高豆科宿主在酸性土壤中的定殖能力，提高產(chǎn)量及品質(zhì)[9–10]。目前對耐酸根瘤菌的研究集中于耐酸根瘤菌的基因組序列研究[11–13]，酸脅迫對耐酸和酸敏感根瘤菌菌株基因和蛋白合成的不同影響[14]以及耐酸根瘤菌菌株對豆科寄主生長的影響[15–18]等方面。已經(jīng)獲得了耐酸根瘤菌菌株LPU83，耐酸苜蓿根瘤菌菌株WSM1115，耐酸伯克氏菌菌株WSM2232全基因組序列；Brigido等[14]研究發(fā)現(xiàn)耐酸根瘤菌的耐酸性能與來源土壤及其微生物菌群直接相關(guān)。接種耐酸根瘤菌能顯著提高盆栽條件下酸性土壤中葛藤、紫花苜蓿的植株鮮重、地上部鮮重、根鮮重、株高、根瘤菌鮮重以及植株全氮含量[16]；在酸性條件下，紫花苜蓿與耐酸性強(qiáng)的根瘤菌株所形成共生體系較與耐酸性弱的菌株的共生體系在固氮量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和品質(zhì)方面顯著提高[18]。耐酸根瘤菌應(yīng)用于接種主要集中于接種對緩解酸性土壤對植物的毒害及對土壤理化性質(zhì)影響的方面[19–21]，而對于接種耐酸根瘤菌對豆科植物根際土壤微生態(tài)影響的研究較少。為了深入研究接種耐酸根瘤菌對酸性土壤的生物修復(fù)機(jī)理，本研究對酸性土壤條件下的葛藤和苜蓿分別接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌，綜合測試和分析了土壤養(yǎng)分、土壤中可培養(yǎng)微生物等特征的變化，以及土壤微生物磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)的動(dòng)態(tài)等，探討接種耐酸根瘤菌對根際微生態(tài)的綜合影響，以闡明耐酸根瘤菌緩解土壤酸脅迫的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為重慶市北碚區(qū)縉云山酸性黃壤?；A(chǔ)理化性質(zhì)：pH4.8、有機(jī)質(zhì)7.28g/kg、全氮0.68 g/kg、全磷0.12g/kg、全鉀10.98g/kg、有效磷5.88 mg/kg、速效鉀61.39mg/kg。耐酸苜蓿根瘤菌菌株91532、91512和91522(以下簡稱3、4、5)為本實(shí)驗(yàn)室分離保存，耐酸葛藤根瘤菌菌株P(guān)R068、389、390分離自貴州和重慶市，均能在pH4.8的土壤和YMA固體平板上生長并分別能使苜蓿、葛藤植株結(jié)瘤[14,22]。紫花苜蓿種子購自江蘇省連云港草業(yè)中心(發(fā)芽率85.4%)；葛藤種子購自福建省三明市沙縣(發(fā)芽率86.6%)。YMA培養(yǎng)基：10g/L甘露醇、0.5 g/L K2HPO4、0.2g/L MgSO4·7H2O、0.1g/L NaCl、5 g/L酵母粉、15g/L瓊脂粉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

室內(nèi)盆栽試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)處理：1)不接種根瘤菌(CK)；2)接種葛藤根瘤菌068；3)接種葛藤根瘤菌389；4)接種葛藤根瘤菌390；5)接種苜蓿根瘤菌3；6)接種苜蓿根瘤菌4；7)接種苜蓿根瘤菌5。各處理均重復(fù)3次，分5個(gè)時(shí)期，即30d、60d、90 d、120d、150d取樣。YMA培養(yǎng)基培養(yǎng)耐酸根瘤菌至OD600值約為1.0后，經(jīng)4000r/min離心10min，收集菌體后重懸于新鮮YMA液體培養(yǎng)基中。

種子于50～60℃水中浸泡30min后撈出，白天放在陽光下暴曬，夜間轉(zhuǎn)至陰涼處，期間加水保持種子濕潤，當(dāng)大部分種子略有膨脹時(shí)用根瘤菌拌種，即種子與菌劑(根瘤菌重∶種子重=1∶10)，加入適量1%羧甲基纖維素納溶液充分?jǐn)嚢杈鶆颍幐珊笾苯佑糜诓シN[23]。

每盆裝pH為4.8的酸性黃壤2kg，分別均勻散播籽粒飽滿的葛藤種子20粒和紫花苜蓿種子60粒，表面覆少量濕土。栽培期間保持土壤含水量為田間持水量的60%～70%。收獲植株，測定土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量，利用磷脂脂肪酸(PLFAs)生物標(biāo)記法分析根際土壤微生物多樣性。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤常規(guī)性質(zhì)及可培養(yǎng)微生物數(shù)量測定根際土壤采用抖根法取樣。土壤基本理化性質(zhì)(包括pH及有機(jī)質(zhì))采用常規(guī)方法測定[24]。土壤可培養(yǎng)微生物采用涂布計(jì)數(shù)法[25]，細(xì)菌和真菌釆用10–3～10–5的稀釋度，放線菌采用10–2～10–4的稀釋度。

1.3.2 土壤磷脂脂肪酸測定按照Bligh等[26]的方法提取土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)，經(jīng)提取和預(yù)處理后，用Agilent6850氣相色譜儀(FID檢測器)分析PLFA成分。色譜條件為：HP-5柱(25.0m×0.20 μm×0.33μm)，進(jìn)樣量1μL，分流比10∶1，載氣為H2，尾吹氣高純N2，助燃?xì)饪諝猓魉?.8 mL/min，汽化室溫度250℃，檢測器溫度300℃，柱前壓10.0psi。升高柱溫：升溫程序?yàn)?70℃起始，5℃/min升至260℃，而后40℃/min升到310℃，維持1.5min。各成分脂肪酸通過MIDI Sherlock微生物鑒定系統(tǒng)(Version6.1,MIDI,Inc.,Newark,DE)進(jìn)行鑒定,標(biāo)準(zhǔn)品為購于美國MIDI公司的C9-C20的脂肪酸甲酯，PLFA用C19:0做內(nèi)標(biāo)，換算PLFA的絕對含量。表征微生物的PLFAs生物標(biāo)記參照文獻(xiàn)[27]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使用SPSS19.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素ANOVA分析和LSD法檢驗(yàn)各處理間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌對根際土壤微生物數(shù)量的影響

接種耐酸根瘤菌處理的根際土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌和根瘤菌數(shù)量顯著高于不接種處理的(表1和表2)(P<0.05)。自接種至120d取樣，伴隨著土壤中根瘤菌數(shù)量的增加(P<0.05)，不論接種葛藤或苜蓿根瘤菌，各處理根際土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均逐漸升高，在120d時(shí)數(shù)量達(dá)到最高，與對照相比分別提高61.5%～348.4%、3.4%～441.7%、18.9%～255.2%。但在150d取樣時(shí)，上述指標(biāo)均下降。說明接種耐酸根瘤菌刺激了酸性土壤中土著微生物的繁殖，該作用可以維持4個(gè)月。接種葛藤根瘤菌顯著提高了根際土壤可培養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量，接種苜蓿根瘤菌顯著提高了可培養(yǎng)細(xì)菌及真菌的數(shù)量，菌株葛藤068處理各特征微生物類群數(shù)量顯著高于葛藤389、390的處理(表1)，菌株苜蓿5處理顯著高于苜蓿3、4的處理(表2)。

2.2 接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌對根際土壤養(yǎng)分的影響

表3、表4所示，除第30天取樣期，接種耐酸葛藤和苜蓿根瘤菌處理的土壤pH均顯著高于每一取樣期的對照處理(P<0.05)，且在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)穩(wěn)步上升；除葛藤處理第30d取樣、苜蓿處理第90d取樣，接種處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于未接種處理，且與土壤pH相似，土壤有機(jī)質(zhì)在整個(gè)培養(yǎng)過程中持續(xù)增加；無論葛藤或苜蓿處理，土壤全氮在30～90d取樣期含量變化不大，但在120d取樣期，包括未接種對照，各處理土壤全氮有明顯增加，接種處理的土壤全氮顯著高于對照(P<0.05)。150d土壤全氮降低至原有水平。接種耐酸根瘤菌后，土壤有效磷、速效鉀顯著增加，在120d達(dá)到峰值，其中有效磷含量較CK提高了24.8%～162.4%，120d之后略有下降。與對照相比，試驗(yàn)組對土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮有顯著增加的作用，120d時(shí)銨態(tài)氮提高16.6%～56.2%，硝態(tài)氮提高145.4%～225.8%，說明接種耐酸根瘤菌處理提高了土壤速效氮的釋放。接種葛藤068較其他葛藤耐酸根瘤菌的效果好；苜蓿5的接種效果也好于其他耐酸苜蓿根瘤菌。

表1 接種耐酸葛藤根瘤菌對葛藤根際土壤微生物數(shù)量的影響Table 1 Effects of inoculating acid-tolerant rhizobium from kudzu on quantity of soil microorganisms

2.3 接種耐酸根瘤菌對土壤微生物PLFA含量及組成的影響

2.3.1 接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌對土壤中PLFA分子種類數(shù)的影響耐酸葛藤根瘤菌施入土壤室內(nèi)盆栽培養(yǎng)30～150d后，檢測出的PLFA種類如表5所示。隨著種植和接種時(shí)間的延長，土壤中PLFA種類呈逐漸增加趨勢；各處理與對照在PLFA分子的種類數(shù)上并無顯著差異，尤其是葛藤068、苜蓿5處理，PLFA種類數(shù)較穩(wěn)定?？梢娛┤肽退岣鼍鷮ΩH土壤微生物種類組成并無大的擾動(dòng)。

2.3.2 接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌對土壤中PLFA含量和組成的影響圖1顯示，接種耐酸根瘤菌后，根際土壤微生物PLFA絕對量隨時(shí)間逐漸增加，尤以葛藤068、390明顯。不同處理對根際土壤PLFA絕對含量的影響程度不同：葛藤389處理在取樣中后期的PLFA絕對含量低于CK；而葛藤068、葛藤390的PLFA絕對含量在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)均高于CK。在培養(yǎng)的大部分時(shí)期，苜蓿4、5處理的PLFA含量低于CK的，而苜蓿3處理的PLFA絕對含量高于CK。在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，相較于CK，施用葛藤390顯著提高了表征細(xì)菌的PLFA的含量，葛藤068顯著提高表征細(xì)菌、真菌、G+、G–的PLFA含量；苜蓿3、苜蓿5處理顯著提高了中后期根際土壤表征細(xì)菌、真菌、G+、G–的PLFA含量。

不同于根際土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量變化，各處理的PLFA絕對含量在120d取樣期均未達(dá)到其最高值，耐酸葛藤根瘤菌、苜蓿3處理在150d達(dá)到高峰，苜蓿4、5處理的PLFA含量則以90d樣品最高。施用苜蓿根瘤菌后根際土壤PLFA總含量顯著高于施用葛藤根瘤菌處理的。

2.4 接種耐酸根瘤菌對PLFA特征比值的影響

細(xì)菌/真菌常用來表征兩個(gè)種群相對豐度及土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，土壤細(xì)菌/真菌越低則土壤生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定[28]。施用耐酸葛藤根瘤菌068、389和耐酸苜蓿根瘤菌，在培養(yǎng)前期土壤中細(xì)菌與真菌的比值顯著低于CK，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長，比值顯著升高，有的處理甚至高于對照(表6、表7)。一般飽和脂肪酸/單烯不飽和脂肪酸以及異構(gòu)PLFA/反異構(gòu)PLFA反映環(huán)境脅迫或營養(yǎng)限制，外界脅迫導(dǎo)致微生物合成更多的單烯不飽和脂肪酸，異構(gòu)PLFA/反異構(gòu)PLFA比率也會增大[29]。與CK相比，接種耐酸葛藤根瘤菌提高了一般飽和脂肪酸/單烯不飽和脂肪酸值，尤以30d、120d提高顯著；接種耐酸苜蓿根瘤菌在培養(yǎng)的中后期一般飽和脂肪酸/單烯不飽和脂肪酸比值顯著高于CK。無論接種耐酸葛藤或苜蓿根瘤菌，在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)顯著降低了根際土壤中異構(gòu)PLFA/反異構(gòu)PLFA的比值(P<0.05)。

表2 接種耐酸苜蓿根瘤菌對苜蓿根際土壤微生物數(shù)量的影響Table 2 Effects of inoculating acid-tolerant rhizobium from alfalfa on quantity of soil microorganisms

3 討論

表5 接種耐酸根瘤菌對根際土微生物PLFA種類的影響Table 5 Effect of inoculating acid-tolerant rhizobium on types of microbial PLFAs in soil

圖1 接種耐酸根瘤菌土壤微生物PLFAs含量及組成Fig. 1 Contents and composition of microbial PLFAs in soils inoculated with kudzu and alfalfa rhizobium

酸化作用發(fā)生后，土壤中鹽基飽和度和陽離子交換量降低，加速土壤礦物的風(fēng)化作用和土壤礦物養(yǎng)分的流失，對作物生長產(chǎn)生極大的負(fù)面影響，甚至?xí)?dǎo)致植物中毒死亡[30]。土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤微生物區(qū)系組成很大程度上影響并決定著土壤的生物活性、有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)合成以及土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化[31]，肖燁等[32]研究發(fā)現(xiàn)濕地土壤微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，而過低的土壤pH限制微生物在土壤中的定殖能力[33]。接種根瘤菌不僅可以改善植株品質(zhì)，而且對提高土壤肥力也有顯著作用[34–35]。已有研究證明在水培條件下，接種耐酸根瘤菌可促進(jìn)葛藤、苜蓿的結(jié)瘤以及生長，接種耐酸苜蓿根瘤菌使?fàn)I養(yǎng)液pH從酸性環(huán)境(pH4.8)升至中性環(huán)境(pH7.5左右)[15]，接種耐酸葛藤根瘤菌使培養(yǎng)液pH由4.6升至7.0左右[36]，有效緩解酸脅迫。朱丹等的研究結(jié)果表明，接種耐酸根瘤菌顯著提高盆栽條件下酸性土壤中葛藤、紫花苜蓿的植株鮮重、地上部鮮重、根鮮重、株高、根瘤菌鮮重以及植株全氮含量，尤以接種葛藤菌株068及苜蓿菌株5的處理影響最為顯著(P<0.05)，其中接種葛藤菌株068，植株鮮重顯著提高29.5%(P <0.05)，接種苜蓿菌株5，植株鮮重提高137.6%(P< 0.05)。本研究在酸性土壤中接種耐酸根瘤菌，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長，土壤pH在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)顯著升高(P<0.05)，自接種至150d，根際土壤pH均由4.8提高至6.0左右，其中接種葛藤068及苜蓿5菌株提高的效果最為顯著，分別達(dá)到6.15及6.03。耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌均能在酸性土壤中定殖且數(shù)量顯著高于不接種處理，可能是由于接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌提高了土壤pH，緩解酸脅迫，從而促進(jìn)了根瘤菌的定殖。

根瘤菌的生物固氮作用提高了土壤和植物可利用氮素含量，適宜的土壤氮含量增加了微生物分解有機(jī)質(zhì)的速率[32]，促進(jìn)土壤微生物參與土壤中碳、氮循環(huán)及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。本試驗(yàn)中，土壤有機(jī)質(zhì)隨培養(yǎng)時(shí)間延長穩(wěn)步上升且顯著優(yōu)于不接種處理(P<0.05)。在接種初期土壤有效磷、速效鉀、全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量顯著提高，說明接種耐酸根瘤菌改善了根際生態(tài)，增加了土壤根際營養(yǎng)的有效性。而120d后土壤有效磷、速效鉀略有下降，這可能與培養(yǎng)后期葛藤、紫花苜蓿進(jìn)入生殖生長需要較多磷素、鉀素有關(guān)；150d時(shí)土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮略有降低，應(yīng)是培養(yǎng)后期根瘤菌活性下降和植物營養(yǎng)需求增大的共同作用結(jié)果[16]。

表6 接種耐酸葛藤根瘤菌后土壤微生物各類群PLFA比值Table 6 Ratios of different microorganism PLFA contents in soil inoculated with Kudzu

PLFA是活體微生物細(xì)胞膜的恒定組分，對環(huán)境因素敏感且在體外迅速降解，特定菌群PLFA含量變化可反映原位土壤微生物活體的生物量以及微生物群落結(jié)構(gòu)的變化[37]。本研究結(jié)果還表明，接種耐酸根瘤菌并不影響土壤微生物種類組成，但接種葛藤068菌株、葛藤390菌株和苜蓿菌株3使得土壤PLFA絕對含量均高于CK。這說明接種耐酸根瘤菌后，根際土壤pH顯著提高，緩解了酸脅迫，促進(jìn)表征根際土壤細(xì)菌、真菌、G+、G–的PLFA絕對含量的升高，即根際土壤微生物數(shù)量的提高，因而促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解，以及有效磷和速效鉀的釋放。營養(yǎng)的供應(yīng)反過來又繼續(xù)維持土壤微生物的生長和生物活性。正如本研究結(jié)果，接種初期接種處理的細(xì)菌與真菌PLFA比值較未接種對照降低，土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性增加[38–39]。但隨著接種時(shí)間的延長，在接種了120d后，接種耐酸根瘤菌后根際土壤細(xì)菌/真菌值顯著高于CK，土壤細(xì)菌的數(shù)量顯著增加，可能原因是豆科植物土壤微生物區(qū)系中自生固氮菌、氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌等數(shù)量較多，真菌和細(xì)菌結(jié)構(gòu)組成受固氮微生物的影響[40]。

低碳源、低氧濃度、低pH和高溫情況下，異構(gòu)PLFA/反異構(gòu)PLFA比值增大[29]。而本研究中異構(gòu)PLFA/反異構(gòu)PLFA值、一般飽和脂肪酸/單烯不飽和脂肪酸值均顯著低于CK，表明接種耐酸根瘤菌緩解了土壤微生態(tài)原有的脅迫環(huán)境。根際土壤生態(tài)系統(tǒng)變得活躍，根際土壤養(yǎng)分條件得到改善，促進(jìn)根際分泌物的形成，顯著降低了酸性土壤的環(huán)境脅迫及養(yǎng)分脅迫，從而提高豆科宿主產(chǎn)量及品質(zhì)。Brigido等[14]研究結(jié)果表明耐酸根瘤菌的耐酸性能與來源土壤及其微生物菌群有關(guān)；本文的研究進(jìn)一步證明，耐酸根瘤菌在酸性土壤中的定殖還能改善酸性土壤的微生態(tài)條件。

表7 接種耐酸苜蓿根瘤菌后土壤微生物各類群PLFA比值Table 7 Ratios of different microorganism PLFA contents in soil inoculated with alfalfa

4 結(jié)論

酸性土壤中施用耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌顯著提高土壤pH，增加根際土壤中全氮、有機(jī)質(zhì)的含量，有效磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀都呈先升高后略有降低的趨勢，在接種120d時(shí)達(dá)到峰值且以菌種葛藤068、苜蓿5增加效果最為顯著。隨培養(yǎng)時(shí)間延長，根際土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量顯著升高，耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌均能在酸性土壤中定殖且數(shù)量顯著高于不接種處理(P<0.05)。根際土壤中檢測出的特征脂肪酸種類數(shù)量與未接種處理無明顯差別，葛藤068和390菌株，苜蓿3和5菌株處理顯著增加土壤各微生物群落的PLFA含量。由土壤微生物PLFA的相對豐度可知，酸性黃壤中接種耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌能顯著降低酸性土壤條件對土壤微生物的脅迫。在酸性土壤中接種耐酸根瘤菌，使根際生態(tài)得到了改善。

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Effect of inoculating aciduric rhizobia on rhizospheric microecology of the leguminous hosts in acid soil

REN Yu-shuang1,2,ZHU Dan1,3,JIANG Wei1,2,LI Jiu-ran1,2,ZHANG Lei1,2*
(1 College of Resource and Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China; 2 National Base of International S&TCollaboration on Water Environmental Monitoring and Simulation in TGR Region, Chongqing 400716, China; 3 College of Biology, Hunan University, Changsha 410082, China)

【Objectives】Existing studies proved that inoculating aciduric rhizobium to the rhizosphere could improve the ability of leguminous host to survive in acid soils.In this paper,the PLFA and other methods were used to study the effect of inoculating rhizobium on rhizospheric soil in order to understand the mechanism of the improvement.【Methods】A pot experiment was conducted using acid soil of pH4.8.Aciduric kudzu rhizobium strains068,389,and390and alfalfa rhizobium strains91522,91512and91532were inoculated to the corresponding leguminous host plants.Rhizospheric soil samples were collected on the30th,60th,90th,120thand150thday after the inoculation.Soil nutrients,culturable microorganisms and microbial community diversity were measured in the samples.【Results】1)Inoculating acid-tolerant rhizobia improved rhizospheric soil pH from4.8 to6.0,significantly improved the contents of soil organic matter,NH4+-N,NO3–-N,available Pand available Kin rhizosphere(P<0.05).The peak contents of soil available P,NH4+-N,NO3–-N and organic matter in the inoculating treatments were at the120thd,they were23.16–48.68mg/kg,61.21–81.96mg/kg,65.05–86.38 mg/kg and11.85–12.87g/kg,with increase of24.8%–162.4%,16.6%–56.2%,145.4%–225.8%,1.4%–10.1%, comparing with those of the control.2)The population of soil microorganisms increased significantly during the cultural period(P<0.05).The peak microbial community appeared at the120thd samples,the culturable bacteria,fungi and actinomycetes in the treatments were48.00×107–133.3×107cfu/g,20.11×104–155.9×104cfu/g,and3.21×104–9.59×104cfu/g,increased by61.5%to348.4%,3.4%to441.7%,18.9%to255.2% respectively,comparing with those of the control.3)PLFA analysis showed that although the types of microbial PLFAs in rhizospheric soil were not significantly different between the inoculation treatments and the control,the ratio of heterogeneous PLFA/anti heterogeneous PLFA was reduced significantly,showing effective reduction of acid stress on rhizosphere microorganisms.【Conclusions】Inoculating the related aciduric rhizobium strains to the leguminous hosts planted in acid soil could improve the rhizospheric soil pH,organic matter,and available nutrients significantly,and hence improve the ability of rhizopheric micro-organisms to deal with soil acidity stress.

acidity stress;aciduric kudzu rhizobium;aciduric alfalfa rhizobium;phospholipid fatty acid; rhizospheric micro-ecosystem

2016–09–23接受日期：2016–12–14

農(nóng)業(yè)部“引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)”項(xiàng)目（2013-Z30）資助。

任豫霜（1992—），女，四川成都人，碩士研究生，主要從事土壤與環(huán)境微生物研究。E-mail：renys92@163.com

*通信作者E-mail:zhanglei5401@163.com