藥用植物與根際微生物互作的研究進(jìn)展

張寶華

（朔州師范高等?？茖W(xué)校，山西朔州 036000）

根際是指圍繞在植物根系附近、受植物生長(zhǎng)影響的土體，該區(qū)域也是植物和外界進(jìn)行物質(zhì)交換的重要場(chǎng)所。在根際區(qū)域內(nèi)還生存著許多的微生物，即根際微生物，其對(duì)于植物根系發(fā)育、植物生長(zhǎng)有著非常重要的影響。通過(guò)梳理藥用植物和根際微生物之間的相互作用，不僅有利于研究活動(dòng)的進(jìn)一步深入，而且對(duì)于合理利用相互作用機(jī)制也有著積極的作用。

1 藥用植物根際微生物的主要研究方法

1.1 微生物平板培養(yǎng)法

微生物平板培養(yǎng)法是一種很傳統(tǒng)的研究方法，它使用不同營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基對(duì)土壤可培養(yǎng)微生物進(jìn)行培養(yǎng)分離，然后通過(guò)各種微生物菌落形態(tài)及其菌落數(shù)來(lái)測(cè)定微生物的數(shù)量及其類型。微生物平板培養(yǎng)法廉價(jià)、易于操作，可以提供活的、異養(yǎng)類型的種群信息。

1.2 磷脂脂肪酸法

磷脂脂肪酸（簡(jiǎn)稱PLFA）是構(gòu)成活體細(xì)胞膜的重要組成部分，其含量在正常生理?xiàng)l件下相對(duì)穩(wěn)定且具有特異性，可作為微生物群落標(biāo)記分析物，因此可以用 PLFA 的變化情況，對(duì)于待測(cè)樣品中根際微生物種類、具體數(shù)量等內(nèi)容進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性相對(duì)較高。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，利用 PLFA法可以對(duì)許多藥用植物進(jìn)行檢測(cè)，如紅花根、黨參等，而且該方法在使用過(guò)程中，不需要利用培養(yǎng)基進(jìn)行微生物培養(yǎng)，可直接利用相關(guān)儀器測(cè)定群落的具體動(dòng)態(tài)，操作過(guò)程的便捷性較強(qiáng)。但是方法在使用期間很容易受到外界環(huán)境干擾，這也需要在測(cè)定中按要求完成抽樣工作，以提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.3 分子生物學(xué)技術(shù)

在現(xiàn)階段的發(fā)展過(guò)程中，分子生物學(xué)技術(shù)的成熟度也在不斷提升。目前應(yīng)用較多的分子生物學(xué)技術(shù)包括PCR擴(kuò)增技術(shù)、變性梯度凝膠電泳技術(shù)、DNA限制分析技術(shù)等，以PCR擴(kuò)增技術(shù)為例，該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中的檢測(cè)原理在于，利用已知微生物基因序列來(lái)制作對(duì)應(yīng)的匹配序列，利用該序列的特定性來(lái)識(shí)別根際中的微生物種類和數(shù)量，具備檢測(cè)精準(zhǔn)度高、兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在很多藥用植物檢測(cè)中有著良好 應(yīng)用。

2 藥用植物對(duì)根際微生物的影響

2.1 不同品種植物

在對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行分析時(shí)，需要組建相應(yīng)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將不同品種植物作為實(shí)驗(yàn)中的自變量，如可以準(zhǔn)備黃芪、黨參、芍藥等要用植物作為實(shí)驗(yàn)材料，而需要檢測(cè)的內(nèi)容為植物根際微生物數(shù)量、微生物分布、微生物豐富度，根據(jù)藥用植物生長(zhǎng)習(xí)性對(duì)其植物進(jìn)行培養(yǎng)，采集樣本后依次進(jìn)行分析，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析?；跀?shù)據(jù)資料可以了解到，不同品種植物根際微生物豐富度存在著非常明顯的差異，導(dǎo)致此類情況出現(xiàn)的主要原因在于，不同藥用植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，對(duì)于根際環(huán)境中的溫度、水分、營(yíng)養(yǎng)物需求存在差異，根系完成目標(biāo)物質(zhì)吸收后，殘留物質(zhì)所提供的生長(zhǎng)環(huán)境具備選擇性，從而造成上述情況的出現(xiàn)。

2.2 不同生長(zhǎng)時(shí)期

在對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行分析時(shí)，也需要組建相應(yīng)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將某一品種藥用植物不同生長(zhǎng)周期，如幼苗期、生長(zhǎng)期、開花期等作為實(shí)驗(yàn)中的自變量，而需要檢測(cè)的內(nèi)容為植物在不同生長(zhǎng)階段根際微生物數(shù)量、微生物分布、微生物豐富度變化情況，整理數(shù)據(jù)后進(jìn)行下一階段的數(shù)據(jù)分析?；跀?shù)據(jù)資料可以了解到，植物在不同的生長(zhǎng)階段，其根際微生物豐富度存在著非常明顯的差異，導(dǎo)致此類情況出現(xiàn)的主要原因在于，在藥用植物生長(zhǎng)初期，其分泌能力相對(duì)較弱，根際還沒有完全形成，微生物豐富度較低；在生長(zhǎng)期內(nèi)，藥用植物的分泌能力越來(lái)越強(qiáng)，相對(duì)應(yīng)根際微生物豐富度也快速增長(zhǎng)，在某個(gè)時(shí)間達(dá)到最大值；進(jìn)入到結(jié)果期后，根際微生物豐富度開始下降，維持在某一穩(wěn)定水平。

2.3 不同種植模式

在對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行分析時(shí)，也需要組建相應(yīng)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將某一品種藥用植物不同種植模式，如輪作、套作、間作等作為實(shí)驗(yàn)中的自變量，而需要檢測(cè)的內(nèi)容為植物在不同種植模式下，根際微生物數(shù)量、微生物分布、微生物豐富度變化情況，整理數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。基于數(shù)據(jù)資料可以了解到，植物在不同種植模式下，其根際微生物豐富度存在著非常明顯的差異，導(dǎo)致此類情況出現(xiàn)的主要原因在于，土壤中有機(jī)質(zhì)在無(wú)外力（人工施肥）作用下，會(huì)處于一個(gè)消耗和自然補(bǔ)充的階段，不同的種植模式對(duì)于土壤中有機(jī)質(zhì)消耗速度和補(bǔ)充速度存在較大差異，如連作模式下補(bǔ)充速度小于消耗速度，這樣便會(huì)造成根際營(yíng)養(yǎng)物不足，隨后降低了根際微生物的豐富度。

3 根際微生物對(duì)藥用植物的影響

3.1 植物生長(zhǎng)

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將不同梯度根際豐富度的土體作為培育環(huán)境，同時(shí)也將其作為實(shí)驗(yàn)中的自變量，對(duì)于不同梯度情況下植物生長(zhǎng)情況進(jìn)行觀察，參考數(shù)據(jù)包括根部生長(zhǎng)情況、生長(zhǎng)速度等，整理數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?；跀?shù)據(jù)資料可以了解到，根際微生物對(duì)于植物生長(zhǎng)有著非常重要的影響，植物的根系會(huì)從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)物和水分，而根際微生物在新陳代謝的過(guò)程中，所產(chǎn)生的代謝物有利于土壤中元素的釋放，從而營(yíng)造出良好的植物生長(zhǎng)環(huán)境，幫助其生長(zhǎng)。但是在根際微生物濃度過(guò)高時(shí)，也會(huì)對(duì)植物根系發(fā)育進(jìn)行抑制，導(dǎo)致植株生病的情況。

3.2 抗病能力

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將不同梯度根際豐富度的土體作為培育環(huán)境，同時(shí)也將其作為實(shí)驗(yàn)中的自變量，植物生長(zhǎng)期間將病菌添加到根際環(huán)境中，對(duì)于不同梯度情況下植物抗病能力進(jìn)行觀察，整理數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?；跀?shù)據(jù)資料可以了解到，根際微生物對(duì)于植物抗病能力有著非常重要的影響，根際環(huán)境中存在一些病原菌，其會(huì)對(duì)染病病菌起到一定的抑制作用，同時(shí)也會(huì)誘導(dǎo)植物自主形成相應(yīng)的防御機(jī)制，這也在一定程度上提高了植物本身的抗病能力，減輕了病菌所帶來(lái)的危害性[1]。

3.3 抗逆能力

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，所處的生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜程度較高，因此其本身也會(huì)建立各種類型的保護(hù)機(jī)制來(lái)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，具備了較強(qiáng)的抗逆能力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將不同梯度根際豐富度的土體作為培育環(huán)境，同時(shí)也將其作為實(shí)驗(yàn)中的自變量，對(duì)于植物表現(xiàn)出的抗逆能力情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，整理數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?；跀?shù)據(jù)資料可以了解到，根際微生物對(duì)于植物抗逆能力也有著非常重要的影響，根際環(huán)境中的微生物在新陳代謝過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些刺激物質(zhì)，促進(jìn)植物根系進(jìn)行游離脯氨酸的積累、ACC裂解等代謝互動(dòng)，從而使植物本身的抗逆能力得到進(jìn)一步提升，使植物能夠適應(yīng)干旱、高溫、重金屬等環(huán)境[2]。

3.4 連作障礙

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將不同梯度根際豐富度的土體作為培育環(huán)境，在連作幾次后對(duì)于植物生長(zhǎng)情況進(jìn)行觀察，整理數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?；跀?shù)據(jù)資料可以了解到，藥用植物在連作幾次后，存在著較為明顯的連作障礙，總結(jié)原因后可以發(fā)現(xiàn)，隨著連作次數(shù)的增長(zhǎng)，根際環(huán)境中的有益微生物數(shù)量不斷減少，同時(shí)有害微生物豐富度會(huì)不斷提升[3]。有害微生物會(huì)對(duì)植物根系生長(zhǎng)起到一定的抑制作用，而且還增加有害病菌的感染風(fēng)險(xiǎn)，而合理控制間作時(shí)間也是下一環(huán)節(jié)中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

3.5 次生代謝產(chǎn)物

除了上述分析內(nèi)容外，還需要做好次生代謝生物豐富度的分析工作，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將不同梯度根際豐富度的土體作為培育環(huán)境，對(duì)于梯度環(huán)境下微生物生長(zhǎng)情況進(jìn)行分析?；跀?shù)據(jù)資料可以了解到，藥用植物的次生代謝產(chǎn)物種類繁多，其藥用成分多數(shù)情況下都是這些次生產(chǎn)物帶來(lái)的。例如，紅豆杉樹皮中含有的紫杉醇具備了良好的抗癌作用，但是含量稀少，平均13.6kg的樹皮中才能提煉出1g紫杉醇。而根際環(huán)境豐富度的提升，可以對(duì)這些次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生帶來(lái)積極地影響，而且根際微生物新陳代謝產(chǎn)物有利于藥用植物代謝所需，從而起到增加代謝產(chǎn)物的作用。

4 藥用植物與根際微生物互作機(jī)制分析

4.1 藥用植物作用于根際微生物

藥用植物存在作用根際微生物的關(guān)系，而維持該關(guān)系的物質(zhì)以藥用植物代謝后產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)為主。根系在生長(zhǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的代謝物主要以有機(jī)物和無(wú)機(jī)物為主，這些物質(zhì)在根際環(huán)境中，能夠?yàn)楦H微生物提供新陳代謝期間所需要的小分子物質(zhì)（如氨基酸、有機(jī)酸等）和較為復(fù)雜的化合物（如蛋白、黏液等），這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)吸引更多的微生物在根際環(huán)境中停留，產(chǎn)生相應(yīng)的次生產(chǎn)物。例如，許多根際微生物會(huì)以氨基酸作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也會(huì)代謝出其他次生產(chǎn)物，反作用于藥用植物，從而影響到根際環(huán)境的穩(wěn)定性。

4.2 根際微生物作用于藥用植物

在實(shí)際應(yīng)用中，根際微生物也作用于藥用植物，對(duì)于藥用植物生長(zhǎng)而言，需要利用根際微生物代謝時(shí)產(chǎn)生的有益物質(zhì)來(lái)加快植物生長(zhǎng)速度。在根際微生物當(dāng)中，其內(nèi)容包括根際促生菌、生防微生物等，這些微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中，具備了良好的促生作用，并且還可以提升植物本身的抗逆能力，使植物處于穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境中，減少一些病害帶來(lái)的負(fù)面影響。

5 藥用植物與根際微生物研究展望

從目前的發(fā)展情況來(lái)看，在未來(lái)的研究過(guò)程中，傾向于以下幾方面：第一，目前在關(guān)系研究中，主要集中在藥用植物的根、莖研究中，在研究活動(dòng)不斷深入的過(guò)程中，也需要拓展該方向，增加研究?jī)?nèi)容豐富度。第二，目前使用到的檢測(cè)方法具備了一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和不足，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，檢測(cè)方法的豐富度和完善性也將提升，以滿足不同情況下的檢測(cè)需求。第三，對(duì)于連作障礙問題進(jìn)行更加深入的分析處理，從而找出突破障礙的具體方向，以提升兩者相互關(guān)系的應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)束語(yǔ)

藥用植物和根際微生物之間存在著較為密切的關(guān)聯(lián)性，相互之間的作用機(jī)制比較復(fù)雜，需要在后續(xù)分析中進(jìn)行更加細(xì)致的分析。需要注意的是，在兩者關(guān)系的分析過(guò)程中，也需要找到相互之間的平衡位置，以此來(lái)提升此組關(guān)系的應(yīng)用價(jià)值，為研究的進(jìn)一步深入積累有用數(shù)據(jù)。