付學(xué)琴，劉琚珥，黃文新

(1.江西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330022;2.南昌大學(xué) 食品工程學(xué)院，江西 南昌 330031;3.江西省農(nóng)業(yè)廳，江西 南昌 330046)

植物根際是植物與微生物交流比較活躍的土壤區(qū)。植物根系分泌的各種維生素、酶、植物生長調(diào)節(jié)劑、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，為根際微生物提供了重要的營養(yǎng)和能量來源，影響著根際微生物數(shù)量、組成和活性。同樣，根際微生物以自身代謝的形式，參與土壤中許多重要的生物化學(xué)過程，直接促進或抑制植物營養(yǎng)吸收和生長［1-3］。植物根際微生物數(shù)量、種群結(jié)構(gòu)、分布及土壤酶活性已成為評價土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，是當(dāng)前研究的熱點。

江西東鄉(xiāng)野生稻(簡稱“東野”)是全世界分布最北的普通野生稻(28°14'N)，擁有雄性不育、恢復(fù)性、廣親和性、高產(chǎn)、耐冷性、耐旱性和多種抗病蟲性狀［4-8］等優(yōu)良特性，有重要的研究和利用價值。近年來，許多學(xué)者對普通栽培稻根際微生物開展了研究，而對東鄉(xiāng)野生稻的研究主要集中在種質(zhì)資源保護與利用、優(yōu)良基因挖掘等方面，對其根際微生物數(shù)量、種群結(jié)構(gòu)、分布及土壤酶活性的研究鮮見報道［9-10］。為考察東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物群落特征，筆者開展了東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物數(shù)量、生理類群、土壤酶活性及其相關(guān)性研究，旨在探究東鄉(xiāng)野生稻和根際微生物之間的相互作用關(guān)系，為加快開發(fā)東鄉(xiāng)野生稻根際微生物資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本研究供試土壤取自江西省東鄉(xiāng)縣崗上積鎮(zhèn)東鄉(xiāng)野生稻原位保護區(qū)內(nèi)，取樣時間分別為2012 年5月(苗期)、6 月(分蘗期)、7 月(孕穗期)、8 月(抽穗期)及10 月(成熟期)，以S 型隨機選取5 株健壯植株，帶土挖出植株，輕輕抖落根系并去除黏附在根系上的較大顆粒和植物殘根，再用干凈毛刷刷下緊粘在根部的土壤，一部分風(fēng)干保存，測定土壤pH 值和酶活性;一部分在4 ℃保存鮮樣，測定其微生物類群和數(shù)量。

1.2 土壤微生物數(shù)量測定

細(xì)菌、真菌、放線菌計數(shù)采用稀釋涂布平板法［11］。細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用改良高氏1 號培養(yǎng)基。

1.3 土壤微生物生理類群測定

固氮、氨化、硝化、亞硝化、反硝化細(xì)菌計數(shù)采用最大或然數(shù)(MPN)法［11］。固氮細(xì)菌培養(yǎng)采用Ashby 無氮培養(yǎng)基，氨化細(xì)菌培養(yǎng)采用蛋白胨氨化培養(yǎng)基，硝化細(xì)菌培養(yǎng)采用亞硝酸氧化培養(yǎng)基，亞硝化細(xì)菌采用改良Stephenson 培養(yǎng)基，反硝化細(xì)菌采用酒石酸鉀鈉硝酸鹽培養(yǎng)基。

1.4 土壤酶活性測定

土壤酶活性的測定根據(jù)關(guān)松萌［12］的方法，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、磷酸單酯酶活性、過氧化物酶活性分別用3，5-二硝基水楊酸比色法、次氯酸鈉-苯酚鈉比色法、對硝基苯磷酸鹽法、鄰苯三酚比色法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用DPS v7.55 和SPSS 軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物數(shù)量的變化

細(xì)菌、放線菌和真菌是土壤微生物主要組成類群，在維持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能方面起著重要作用。從表1 可知，不同生長期的東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物數(shù)量均表現(xiàn)為細(xì)菌＞放線菌＞真菌，說明細(xì)菌活性最強，其次是放線菌，真菌活性最差。不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量存在不同的差異，并且呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。細(xì)菌呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，孕穗期達(dá)到最大，與分蘗期差異不顯著，與其它生長期差異顯著;放線菌呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢，抽穗期達(dá)到最大，與成熟期差異不顯著，與其它生長期差異顯著;真菌呈現(xiàn)出先下降、后上升的趨勢，成熟期達(dá)到最大，與其它生長期均達(dá)到顯著差異水平。

表1 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物數(shù)量Tab.1 The microbial numbers of Dongxiang wild rice rhizosphere soil in the different growth stages

2.2 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物生理類群的變化

從表2 可以看出，不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際微生物各生理類群數(shù)量均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，各生理類群間均存在不同的差異。自生固氮菌數(shù)量分蘗期最大，成熟期最小，分蘗期與孕穗期差異不顯著，其它生長期間差異顯著;氨化細(xì)菌數(shù)量分蘗期最大，成熟期最小，生長期間差異均顯著;硝化細(xì)菌數(shù)量分蘗期最大，抽穗期最小，苗期與成熟期間差異不顯著，孕穗期與抽穗期間差異不顯著，其它生長期間差異顯著;亞硝化細(xì)菌數(shù)量孕穗期最大，苗期最小，苗期與抽穗期間差異不顯著，其它生長期間差異顯著;反硝化細(xì)菌數(shù)量孕穗期最大，成熟期最小，分蘗期與抽穗期間差異不顯著，其它生長期間差異顯著。

表2 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物生理群數(shù)量Tab.2 The microbial flora numbers of Dongxiang wild rice rhizosphere soil in the different growth stages

2.3 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤酶活性的變化

土壤酶活性反映了土壤中進行的各種生化過程的方向和強度，是土壤生物活性強度標(biāo)志之一［13］。從表3 可以看出，不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤酶活性存在不同的差異。蔗糖酶活性強弱反映土壤熟化程度和肥力水平，對增加土壤中營養(yǎng)物質(zhì)起重要作用。蔗糖酶活性呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，分蘗期酶活性達(dá)到最強，且與其它時期差異極顯著，說明分蘗期土壤碳氮轉(zhuǎn)化速率最快。磷酸酶能促進土壤中有機磷化合物或無機磷酸鹽轉(zhuǎn)化為植物能利用的無機態(tài)磷。磷酸單脂酶呈現(xiàn)出先升后降再升的趨勢，成熟期酶活性最強，且與其它時期差異極顯著，反映了成熟期土壤中的磷供應(yīng)狀況最好。脲酶存在于大多數(shù)細(xì)菌、真菌中，它僅能水解尿素，脲酶活性可表示土壤氮素供應(yīng)狀況。脲酶活性呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，孕穗期酶活性達(dá)到最強，且與其它時期差異極顯著，說明孕穗期土壤氮素供應(yīng)最好。過氧化物酶為抗性酶，參與腐殖質(zhì)的形成。過氧化物酶活性呈現(xiàn)出先降后升再降的趨勢，苗期酶活性最強且與其它時期差異極顯著，反映了苗期土壤中的腐殖質(zhì)含量最高。

2.4 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際微生物數(shù)量與酶活性間的相關(guān)分析

不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤細(xì)菌、放線菌、真菌與土壤酶的活性間存在相關(guān)性。從表4 可以看出，細(xì)菌與過氧化物酶呈極顯著正相關(guān);放線菌與過氧化物酶呈極顯著正相關(guān)，與脲酶呈顯著正相關(guān);真菌與過氧化物酶呈極顯著負(fù)相關(guān)。細(xì)菌、放線菌、真菌與其它酶之間也存在相關(guān)性，但相關(guān)性不顯著。不同微生物類群間也存在顯著或極顯著相關(guān)，細(xì)菌與放線菌呈顯著正相關(guān)，與真菌呈極顯著負(fù)相關(guān);放線菌與真菌呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤酶活性Tab.3 The enzyme activities in Dongxiang wild rice rhizosphere soil of different growth stages

表4 不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性的相關(guān)性Tab.4 Correlation analysis of microbial numbers and enzyme activity in Dongxiang wild rice rhizosphere soil of different growth stages

3 討論

植物根系在代謝分泌及脫落過程中可為根際微生物增殖提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，根際較之散土有著數(shù)量更大、生物活性更強的微生物區(qū)系［14-15］。本研究結(jié)果表明，東鄉(xiāng)野生稻根際細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量差異較大，細(xì)菌數(shù)量最多，其次為放線菌，真菌數(shù)量最少，與前人研究結(jié)果基本一致［2-3，16］。本研究還發(fā)現(xiàn)，根際細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量在不同生長時期存在明顯的差異。細(xì)菌數(shù)量從苗期到孕穗期增加，而后呈下降趨勢，這說明細(xì)菌數(shù)量與根際分泌物和土壤含水量關(guān)系密切，由于土壤中厭氧性細(xì)菌逐漸適應(yīng)了淹水環(huán)境，加之生長發(fā)育期旺盛的根系排出大量的分泌物，提供了豐富的能源，使孕穗期土壤中細(xì)菌得以大量繁殖;成熟期由于能量耗盡、養(yǎng)分消耗、氧化還原環(huán)境急劇變化等因素綜合作用，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量減少，這與李華興等［17］、張鳳華等［18］研究結(jié)果一致，與Goshal［19］在水稻耕作土壤中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)微生物數(shù)量增加的結(jié)果相矛盾。放線菌數(shù)量從苗期開始增加，至抽穗期數(shù)值最大。這可能由于東鄉(xiāng)野生稻處于旺盛生長階段時，根系具有較強的根系分泌作用，而細(xì)菌對根系分泌物的利用率和敏感性超過放線菌，使得放線菌具有相對劣勢的微生態(tài)位;抽穗期后，根際分泌物減少，細(xì)菌由于個體小、生育期短，可能對環(huán)境的變化響應(yīng)快，細(xì)菌數(shù)量迅速減少，而放線菌則因具有較強的競爭優(yōu)勢出現(xiàn)峰值。但也有可能是因土壤有機質(zhì)含量、pH 值等其它因素的變化而引起的，具體原因有待進一步研究。真菌數(shù)量從苗期到分蘗期下降，而后上升，成熟期數(shù)值最大，這可能由于東鄉(xiāng)野生稻生長前期大量灌水，抑制了真菌的生長，成熟期因干濕交替，濕度較高，土壤通氣狀況良好等，真菌繁殖出現(xiàn)了峰值，當(dāng)然這還需進一步驗證。

微生物生理類群在土壤微生態(tài)中發(fā)揮著重要的作用，在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中具有特定的功能［20］。本研究結(jié)果表明，東鄉(xiāng)野生稻根際土壤微生物以氨化細(xì)菌為主，自生固氮菌和反硝化細(xì)菌次之，硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌最少，這與顧明華等［21］研究結(jié)果基本一致。東鄉(xiāng)野生稻根際土壤中氨化和反硝化作用比較活躍，而硝化作用比較緩慢，其原因可能與根際土壤含水量相關(guān)，也可能因為土壤中氨態(tài)氮含量較為豐富，而硝態(tài)氮含量較少，原因還要進一步探討。

土壤酶參與土壤中的各種代謝過程和能量轉(zhuǎn)化，是土壤生物化學(xué)特征的重要組成部分，與土壤微生物數(shù)量存在相關(guān)關(guān)系［22-24］。本研究結(jié)果顯示，不同時期東鄉(xiāng)野生稻根際土壤蔗糖酶、磷酸單酯酶、脲酶、過氧化物酶活性存在不同的差異，這與陳汝等［25］研究結(jié)果基本一致。其原因可能是不同生長期東鄉(xiāng)野生稻根系分泌物組成和數(shù)量不同，對根際微生物數(shù)量和種類產(chǎn)生了影響，進而影響到了土壤酶活性。相關(guān)性分析表明，細(xì)菌、放線菌、真菌與土壤酶的活性間存在不同程度的相關(guān)性。細(xì)菌與過氧化物酶呈極顯著正相關(guān);放線菌與過氧化物酶呈極顯著正相關(guān)，與脲酶呈顯著正相關(guān);真菌與過氧化物酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其它酶間相關(guān)性較小。其原因可能是土壤酶是生物和非生物活性的總和，不僅與土壤微生物密切相關(guān)，還與環(huán)境等非生物因素有關(guān)聯(lián)。

［1］朱麗霞，章家恩，劉文高.根系分泌物與根際微生物相互作用研究綜述［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12(1):102-105.

［2］Nihorimbere V，Ongena M，Smargiassi M，et al.Beneficial effect of the rhizosphere microbial community for plant growth and health［J］.Biotechnology，Agronomy，Society and Environment，2011，15(2):327-337.

［3］Richardson A E，Barea J M，McNeill A M，et al.Acquisition of phosphorus and nitrogen in the rhizosphere and plant growth promotion by microorganisms［J］.Plant and Soil，2009，321(1/2):305-339.

［4］He G M，Luo X J，Tian F，et al.Haplotype variation in structure and expression of a gene cluster associated with a quantitative trait locus for improved yield in rice［J］.Genome Research，2006，16(5):618-626.

［5］肖曉春，王云基，肖詩錦，等.東鄉(xiāng)野生稻細(xì)胞質(zhì)源雄性不育系“東B11A”的選育［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2001，13(2):8-11.

［6］余守武，萬勇，胡標(biāo)林，等.東鄉(xiāng)野生稻細(xì)胞質(zhì)雄性不育育性恢復(fù)的遺傳研究［J］.分子植物育種，2005，3(6):761-767.

［7］余麗琴，徐巧玲，邱兵余，等.原、異位保存東鄉(xiāng)野生稻主要農(nóng)藝性狀的比較研究［J］.植物遺傳資源學(xué)報，2007，8(1):99-101.

［8］劉鳳霞，孫傳清，譚祿賓，等.江西東鄉(xiāng)野生稻孕穗開花期抗冷基因定位［J］.科學(xué)通報，2003，48(17):1864-1867.

［9］胡桂萍，尤民生，劉波，等.水稻莖部內(nèi)生細(xì)菌及根際細(xì)菌與水稻品種特性的相關(guān)性［J］.熱帶作物學(xué)報，2010，31(6):1026-1029.

［10］劉云霞，張青文，周明牂.水稻體內(nèi)細(xì)菌的動態(tài)研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1999，10(6):735-738.

［11］吳金水，林啟美，黃巧云，等.土壤微生物生物量測定方法及其應(yīng)用［M］.北京:氣象出版社，2006.

［12］關(guān)松萌.土壤酶及其研究法［M］.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1986.

［13］Mengel K，Kirkby E A.Principles of plant nutrition［M］.Switzerland:International Potash Institute，Bem，1987:247-252.

［14］Morgan J A，Bending G D，White P J.Biological costs and benefits to plant-microbe interactions in the rhizosphere［J］.Journal of Experimental Botany，2005，56(417):1729-1739.

［15］Weller D M，Thomashow L S.Current challenges in introducing beneficial microganisms into the rhizosphere［C］.//Molecular Ecology of Rhizosphere Microorganisms(eds O’Gara F，Dowling DN，Boesten B)，1994:1-18.

［16］胡元森，吳坤，劉娜，等.黃瓜不同生育期根際微生物區(qū)系變化研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，37(10):1521-1526.

［17］李華興，盧維盛，劉遠(yuǎn)金，等.不同耕作方法對水稻生長和土壤生態(tài)的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2001，12(4):553-556.

［18］張鳳華，馬富裕，鄭重，等.不同水肥處理膜下滴灌棉田根際微生物及棉花生長發(fā)育的研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，23(4):56-58.

［19］Goshal N，Singh P K.Effects of farmyard manure and inorganic fertilizers on the dynamics of soil microbial biomass in a tropical dry land agroecosystem［J］.Biol Fertil Soils，1995，19:231-238.

［20］黃益宗，馮宗煒，張福珠.化感物質(zhì)對土壤硝化反應(yīng)影響的研究［J］.土壤與環(huán)境，1999，8(3):203-207.

［21］顧明華，區(qū)惠平，劉昔輝，等.稻草免耕稻田土壤的氮素形態(tài)及氮素生理群特征［C］//中國土壤學(xué)會.中國土壤學(xué)會第十一屆全國會員代表大會暨第七屆海峽兩岸土壤肥料學(xué)術(shù)交流研討會論文集(下).北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2008:39-46.

［22］劉素慧，劉世琦，張自坤，等.大蒜連作對其根際土壤微生物和酶活性的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(5):1000-1006.

［23］黃繼川，彭智平，于俊紅，等.施用玉米秸稈堆肥對盆栽芥菜土壤酶活性和微生物的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2010，16(2):348-353.

［24］Susanne K，Veronica A M，Husein A.Microbial community composition and enzyme activities in a sandy loam soil after fumigation with methyl bromide or alternative biocides［J］.Soil Biology ＆ Biochemistry，2006，38(6):1243-1254.

［25］陳汝，王海寧，姜遠(yuǎn)茂，等.不同蘋果砧木的根際土壤微生物數(shù)量及酶活性［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45(10):2099-2106.