農業管理措施對根際微生物的影響研究現狀及展望

賀愛國 ，鄧 凱 ，何菲菲 ，鄒冬生 ，羅連光 ，李向榮

（1.湖南農業大學生物科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省農業科學院，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生長繁殖的微生物，主要有細菌、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和有利的生長環境，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的轉化所帶來的養分釋放中獲益；根際微生物參與土壤中有機質的分解、腐殖質的形成、土壤養分轉化和循環等過程，也是土壤養分的儲存庫和植物生長養分的重要來源，另一方面，根際微生物分泌物也對植物產生很大影響。

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

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量差異，結果發現不同作物根際微生物數量有極大的差異，大豆、小茴香等作物根際細菌數量及微生物總量都高，而谷子、黍子等作物根際細菌數量及總量都低。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根際細菌數量較其它品種高，是根際主要微生物，其數量是真菌、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量明顯高于感病品種，說明抗病品種既可以通過大量結瘤來固氮，改善自身營養狀況，提高抗病能力，又可以通過根瘤菌的大量定植，在侵入位點或養分利用上與有害生物構成競爭，抑制有害微生物的繁殖生長，達到抗病的目的。因而推斷大豆根系分泌物是引起根際微生物區系變化的主要因素。

轉基因植物的飛速發展加劇了人們對轉基因植物生物安全性的擔憂。轉基因植物對土壤微生物影響的研究已經成為繼轉基因逃逸、轉基因對非目標生物、轉基因對生物多樣性影響之后的又一個研究熱點。轉基因植物對根際微生物有著不同程度的影響，國內外對此有著不同的研究結果。李長林等[4]采用PCR、T／A克隆、RFLP等分子生物學研究方法探討轉基因棉花種植對根際土壤微生物區系多樣性的影響，結果表明，棉花根際土壤微生物區系差異主要受生育期影響，轉基因棉花對根際土壤微生物的影響不明顯。劉佳等[5]研究了抗草甘膦轉基因大豆對根際土壤細菌、真菌、放線菌的數量以及氨化細菌的氨化作用強度、硝化細菌的硝化作用強度和反硝化細菌的反硝化作用強度的影響，結果顯示，抗草甘膦轉基因大豆根際土壤細菌和放線菌的數量較常規品種有顯著降低，而根際土壤真菌的數量有所提高；同時抗草甘膦轉基因大豆根際土壤氨化細菌、硝化細菌和反硝化細菌低于其親本非轉基因大豆和部分栽培大豆，表明抗草甘膦轉基因大豆根際土壤微生物的數量和生化強度不同程度上降低了，但根際土壤真菌數量增加了。

2 肥料管理對根際微生物的影響

施肥可以為作物提供養分，改變作物根際養分濃度，對根際微生物產生影響。肥料種類和形態對根際微生物都會產生影響，施肥可以調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量的影響，結果表明：施肥能夠明顯提高烤煙根際微生物數量，其中復合肥配施油枯處理烤煙的根際細菌、放線茵、真菌等微生物的數量都得到顯著提高，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]等采用傳統分離計數法和基于DNA特異性擴增的變性梯度凝膠電泳技術（PCR-DGGE）相結合的方法，分析了不同肥料對黃瓜根際微生物的影響，結果表明，單施有機肥有利于根際真菌和放線菌的生長繁殖，對根際亞硝酸細菌、硝化細菌的生長繁殖也有促進作用，其根際細菌多樣性指數和均勻度指數均較高。有研究結果顯示，長期施用化肥后，水稻根系失去了菌根菌共生，但經5 a連續施用有機肥后，水稻根系又恢復了菌絲體形成。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]利用稀釋培養法研究了不同施肥處理小麥根際總細菌、熒光假單胞菌、真菌的數量以及拮抗菌群體的活性，結果表明，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，減少紋枯病的發生，鉀肥主要在苗期發揮作用，而秸稈的作用可延續至小麥孕穗期。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環境的影響，土壤中細菌數量較未施肥對照組增加39.7%，放線菌數量增加18.0%。認為施用未滅菌菌糠、微生物肥料的處理由于根系生長優勢明顯，相應可提高根系分泌物量，為根際微生物提供了更多的營養物質，促進了根際微生物的新陳代謝，從而使土壤的微生態環境也得到了改善，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，結果表明，硝態氮對“豫麥34”根際土壤真菌、細菌（除成熟期外）和放線菌的數量均具有明顯的促進作用；銨態氮對“豫麥49”根際土壤細菌和放線菌的數量影響最大；硝態氮對“豫麥50”根際土壤真菌、細菌和放線菌的數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環境，堿性pH將會對水稻根際土壤微生物產生脅迫作用，從而影響根際微生物。

3 農藥管理對根際微生物的影響

農藥的使用會影響根際微生物的數量及其生物活性，有時農藥會使根際微生物數量及活性都下降，但有時農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量的影響，結果表明，在試驗前期異丙甲草胺對根際細菌數量有一定的抑制作用，7d后細菌數量增加；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]采用分離培養技術研究了不同種衣劑對大豆根際微生物的影響，結果表明，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生明顯促進作用，接著產生微弱抑制作用，最后恢復到正常水平；而對根際細菌前期則產生抑制作用，接著產生促進作用，試驗后期根際細菌恢復到正常水平。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勢種群。Das A C等[14]研究了“六六六”和氰戊菊酯兩種農藥對水稻根際微生物的影響，發現“六六六”和氰戊菊酯可以使水稻根際土壤的細菌、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，結果表明，經苦參提取物處理后健康茄子植株根際真菌數量較對照增加16.67%～89.33%，放線菌數量顯著高于對照，細菌數量較對照降低，感病茄子植株經苦參提取物處理后根際真菌有所減少，放線菌的數量有所提高。

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量，農業水分管理對土壤通氣性、水分狀況不可避免地產生影響，從而影響土壤微生物，也將影響根際微生物。

杜社妮等[16]在日光溫室內采用盆栽試驗研究了土壤水分對土壤微生物數量的影響，結果表明，不同水分處理土壤微生物的數量變化不同，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%的處理土壤細菌數量最多，土壤水分為田間持水量70%～80%的處理和90%～100%的處理土壤細菌數量少，且二者差異不大；在初瓜期和盛瓜期，當土壤水分由低變高時細菌數量增加，黃瓜生育后期當土壤水分從高變低時細菌數量增加。蔡曉紅等[17-19]結合網室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進行研究，結果表明，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、細菌和放線菌以及氨氧化細菌和亞硝酸細茵的數量均隨連作年限的增加而增加，且真菌增加幅度較大，細菌和放線菌增加幅度較小；纖維素分解菌數量則隨連作年限的增加而減少。其研究結果還顯示，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量變化，結果表明，嫁接增加了茄子根際放線菌和真菌的數量，減少了細菌的數量。

馬冬云等[22]研究了不同種植密度下小麥（豫麥49-198）根際土壤微生物數量及土壤酶活性，結果顯示，根際細菌數量、放線菌數量隨著小麥群體密度的增加呈單峰曲線變化，真菌數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，發現間作降低了黑小麥的發病指數。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在黑小麥根際。這些結果表明，間作可改變根際微生物群體結構。

6 研究展望

6.1 采用現代分子生物技術研究根際微生物

根際微生物數量巨大，種群關系復雜，而傳統的微生物培養研究方法只能培養極少部分（0.1%-1%）微生物類群，這制約了根際微生物的深入研究。隨著現代分子生物技術在環境微生物研究中的逐漸完善成熟，為全面認識根際微生物提供了強有力的研究工具。特別是近年發展起來的核酸技術，使微生物生態學的研究進入了分子的階段，其中rRNA技術的建立、發展及其成功應用，為分子微生物生態和微生物系統分類學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及機理研究

隨著經濟社會的發展，我國土壤污染越來越嚴重，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環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、保障土壤可持續利用和調控生態安全等方面有著重要作用。利用微生物分解有毒有害物質的生物修復技術被公認為治理大面積污染區域的一種有價值的方法。而根際生物修復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，今后應加強這方面的研究。

6.3 加強根際微生物在C、N循環中的作用機理研究

根際是各種養分及其它物質進入根系參與生物鏈物質循環的重要界面之一。植物將光合產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分轉化成無機養分，以利于植物吸收利用。根際微生物是實現C、N循環的重要作用者，加強根際微生物在C、N循環中的作用機理研究，可以為調控C、N循環提供理論支持，為減少種植業溫室氣體排放提供技術。

6.4 深入開展根際微生物對連作障礙的作用機理研究

隨著設施栽培和專業化生產的發展，連作現象普遍發生。連作使根系分泌物的數量、種類發生變化，進而引起根際微生物區系組成的定向改變，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為是引起連作障礙的主要原因，但是，其作用機理現在還有待進一步深入研究。

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