探析喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中的微生物利用

李菲

（貴州師范大學(xué)，貴州貴陽550001）

探析喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中的微生物利用

李菲

（貴州師范大學(xué)，貴州貴陽550001）

近年來，喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重退化，進(jìn)入了一個(gè)森林消退、水土流失、土地石漠化、環(huán)境不再適合植被生長的惡性循環(huán)。這些越來越嚴(yán)重的環(huán)境問題對經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，甚至對人類的生存環(huán)境都構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)敏感、不穩(wěn)定，易遭破壞而又難以恢復(fù)的根本原因，是其土壤貧瘠。微生物對土壤質(zhì)量有重要的影響。這些重要的微生物包括微藻和真菌等，對土壤形成、地表植被的生長都有很重要的作用。如何利用土壤微生物，促進(jìn)喀斯特環(huán)境的生態(tài)恢復(fù)，是一個(gè)重要的課題。

喀斯特；生態(tài)系統(tǒng)；微生物

1885年，德國人Frank最早發(fā)現(xiàn)了植物根系與土壤中的某一類真菌具有互利共生現(xiàn)象(Synbiomy)，并提出了菌根(Mycorrhiza)的概念。與植物共生的土壤真菌被稱為菌根真菌，陸生植物大約有90%是菌根植物。土壤中的菌根真菌從多個(gè)方面為植物帶來益處，菌根真菌的外延菌絲在土壤中大大擴(kuò)展了植物根系的吸收范圍，可將吸收范圍擴(kuò)大60倍，根外菌絲體可延伸達(dá)117 mm遠(yuǎn)的距離。此外，菌根的形成還能夠抑制由各種土傳植物病害所帶來的損害。首先菌根真菌在宿主植物根際生成的菌絲體可以作為機(jī)械屏障隔絕外來微生物，降低土壤中病原菌的危害。另外菌根真菌也會(huì)分泌一些次生代謝物質(zhì)，對土壤病原菌產(chǎn)生拮抗作用。菌根真菌這兩方面的作用共同提高了共生植物的抗病性和抗逆境的能力。同時(shí)，菌根真菌還能分泌釋放胞外多糖和有機(jī)酸成分，會(huì)活化難溶性礦質(zhì)養(yǎng)分，改變土壤的化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)，為宿主植物提供營養(yǎng)等。

菌根真菌在N元素匱乏的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中也扮演了重要的角色。何躍軍等對比了在喀斯特地區(qū)石灰?guī)r土壤基質(zhì)上接種菌根真菌對構(gòu)樹(Broussonetia papyrifera)的生長和生理變化，發(fā)現(xiàn)接種菌根真菌促進(jìn)了宿主植物構(gòu)樹的生長，單株地上部分、地下部分生物量和全株生物量等生長指標(biāo)均較對照組顯著提高。宋會(huì)興用菌根真菌接種三葉鬼針草(Bidens pilosa)、何躍軍用菌根真菌接種香樟幼苗，這些研究均證明菌根真菌顯著增強(qiáng)了宿主植物對營養(yǎng)元素N的吸收，并促進(jìn)了宿主植物的生理代謝和生長，提高了宿主植物的抗旱性。

菌根真菌與地上植物共生，既可以通過胞外分泌物質(zhì)改良土壤質(zhì)量，也能夠直接供給植株?duì)I養(yǎng)物質(zhì)，極大地促進(jìn)了地上植株的生長。不過真菌并不是荒漠化環(huán)境中最早出現(xiàn)的可以提高土壤質(zhì)量的生物。一些抗逆性很強(qiáng)的微藻，特別是絲狀藍(lán)藻在干燥、貧瘠的荒漠土壤中具有更強(qiáng)的拓殖作用。藍(lán)藻是一類原始、古老和分布廣泛的固氮微生物，是地球早期生態(tài)系統(tǒng)中最主要的初級生產(chǎn)者，對地球表面從巖石變?yōu)槲滞粒瑥臒o氧的大氣環(huán)境變?yōu)橛醒醐h(huán)境起到了巨大的作用。

喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)治理難以克服的困難是，在這種極端惡劣的環(huán)境中,大部分生物無法生存。這時(shí)，地球形成初期的先鋒作物——藻類，尤其是抗逆性很強(qiáng)的藍(lán)藻，就能適應(yīng)這種環(huán)境，生長良好并促進(jìn)荒漠生境的不斷改善。當(dāng)藍(lán)藻的生命活動(dòng)使得砂石層中的營養(yǎng)元素不斷積累、生態(tài)條件不斷改善后，對環(huán)境適應(yīng)相對較弱的地衣、苔蘚才開始生長、繁殖。砂石向土壤的演替首先是在砂石表面形成微藻結(jié)皮，隨后向地衣結(jié)皮和苔蘚結(jié)皮轉(zhuǎn)變，然后是高等植物的生長。

微藻能改善土壤質(zhì)量，主要是因?yàn)槲⒃寮?xì)胞中含有葉綠素，能進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用。而且其異形細(xì)胞可以進(jìn)行固氮作用，能在完全不含氮化物的環(huán)境中依靠光合作用和固氮獨(dú)立生存。微藻的這種特性可以顯著地提高土壤的氮含量，改善土質(zhì)。此外，微藻細(xì)胞可向胞外分泌各種化合物，形成黏液層、莢膜或膠鞘，這些化合物通常稱為胞外多糖。胞外多糖的存在增加了土壤中有機(jī)養(yǎng)分的含量，也能夠改變土壤的化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)，提高土壤的保水能力，為喀斯特石漠化地區(qū)的生態(tài)修復(fù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前關(guān)于喀斯特地區(qū)土壤中微生物的研究主要集中在微生物群落多樣性和群落結(jié)構(gòu)的研究，關(guān)于菌根真菌、微藻和耐鹽堿的細(xì)菌對喀斯特土壤的影響及其生理、分子機(jī)制的相關(guān)研究還很少。從目前已有的沙漠、鹽堿化土壤微生物的研究結(jié)果來看，有必要利用土壤學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)、分子生物學(xué)，對菌根真菌、微藻和耐鹽堿的細(xì)菌在喀斯特土壤表層形成生物結(jié)皮并改善該地區(qū)的微環(huán)境做進(jìn)一步的研究，為充分利用土壤微生物這一重要資源，治理喀斯特石漠化、開拓新的石漠化防治途徑、改善喀斯特生境提供新的理論基礎(chǔ)。

1005-2690（2017）08-0123-01

S154.3

B

2017-07-05）

李菲（1985-），男，漢族，山東曲阜人，中級講師，博士研究生，研究方向?yàn)橹参锷砼c發(fā)育調(diào)控。