高歡歡　曾凡江　趙秀芳　朱心寧　張倩　丁澤華

摘要 本研究以古爾班通古特沙漠東南緣2種深根植物疏葉駱駝刺、多枝檉柳不同土層深度根際土壤、根外土壤為研究對(duì)象，運(yùn)用平板劃線法研究根際土壤、跟外土壤微生物數(shù)量，并對(duì)其根際效應(yīng)進(jìn)行探討。研究結(jié)果顯示，細(xì)菌占根際可培養(yǎng)微生物數(shù)量中的絕大多數(shù)。每種植物根際細(xì)菌數(shù)量、微生物總數(shù)在不同土層有相同的波動(dòng)變化規(guī)律。根際真菌、放線菌在不同植物不同土層也呈現(xiàn)差異性分布。根際細(xì)菌數(shù)量、微生物總數(shù)排序?yàn)槭枞~駱駝刺>多枝檉柳根際真菌放線菌數(shù)量排序?yàn)槭枞~駱駝刺>多枝檉柳。除多枝檉柳根際細(xì)菌放線菌、微生物總數(shù)在0～50cm和200～250cm土層呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，其余樣本根際效應(yīng)均為正效應(yīng)。

關(guān)鍵詞 根際微生物;平板劃線法;根際效應(yīng);干旱沙漠區(qū)

中圖分類號(hào) S154.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-5739（2019）08-0172-04

細(xì)菌、真菌、放線菌是可培養(yǎng)微生物的主要分類方式，土壤中可培養(yǎng)微生物是微生物群落結(jié)構(gòu)的重要組成部分，由于三大微生物計(jì)數(shù)手段的簡(jiǎn)便易行使其成為評(píng)價(jià)微生物多樣性及土壤狀況的重要指標(biāo)"。土壤中三大微生物數(shù)量的變化既能反映出微生物對(duì)養(yǎng)分、水分、光照、植物分泌物等外界生境因子的變化，又能體現(xiàn)微生物群落自身的應(yīng)激策略。根際作為特殊的微生物生境，是土壤微生物鏈接植物與環(huán)境參與能量物質(zhì)轉(zhuǎn)換的重要場(chǎng)所。游走于根際的微生物從植物根系分泌物及枯落物中獲取有效碳源和氮源，同時(shí)為植物生長提供必要的小分子元素與微環(huán)境吧。在根際中，植物一微生物形成相互依托的互助體。由于根際與根外環(huán)境存在顯著差異性，導(dǎo)致根際、根外土壤微生物數(shù)量、理化性質(zhì)等均存在差異，即根際效應(yīng)。通常情況下，將根際、根外微生物數(shù)量的比值作為衡量根際效應(yīng)的重要指標(biāo)，其比值大于1說明根際呈現(xiàn)正效應(yīng)，比值小于1說明根際呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)用。

在荒漠這種干旱生態(tài)系統(tǒng)中，降雨稀少、沙漠化嚴(yán)重、土壤養(yǎng)分貧瘠是其主要特點(diǎn)可。雖然生活條件非常苛刻，但是在世界各地的沙漠中，微生物數(shù)量和種類都很多，達(dá)到1.6x107個(gè)/g。早期研究發(fā)現(xiàn)，放線菌占據(jù)了沙漠土壤細(xì)菌總數(shù)的近50%7，研究發(fā)現(xiàn)沙漠野生植物的根際細(xì)菌種類比根外土壤多1.5～3.0倍。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，更多種類的微生物群落已經(jīng)在荒漠生態(tài)系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)。在以往的研究中將每個(gè)土層中所有根系的根際微生物作為一個(gè)整體去研究，而根據(jù)前人大量研究發(fā)現(xiàn)，不同根系的根功能不同，分為吸收根和運(yùn)輸根8。GUI等通過人工挖掘法研究了自然條件下不同潛水埋深疏葉駱駝刺克隆分株生長情況和根系結(jié)構(gòu)。挖掘中發(fā)現(xiàn)大部分深根系植株擁有發(fā)達(dá)的地下根系，疏葉駱駝剌主根直達(dá)地下水，但細(xì)根的含量相對(duì)較少。根系吸收養(yǎng)分、水分的具體位置還不確定。因此，不能單純以某段較淺土層根際微生物群落特征代表該植物根際微生物群落的全部特征，垂直梯度上根際微生物的研究十分關(guān)鍵。

在本研究中，以古爾班通古特沙漠中2種深根植物根際土壤根外土壤微生物為研究對(duì)象，對(duì)不同植物不同土壤深度下根際細(xì)菌、真菌放線菌、微生物總數(shù)數(shù)量分布特征及相應(yīng)根際效應(yīng)進(jìn)行研究，探討根際可培養(yǎng)微生物群落多樣性。

1材料與方法

1.1樣品采集

本研究于2014年7月在古爾班通古特沙漠東南緣天然試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。選取自然生長的2種深根植物疏葉駱駝刺（AlhagisparsifoliaShap.）、多枝檉柳（TamarixramosissimaLedeb.），分別選取立地條件相似、地下潛水埋深基本相同的3個(gè)20mx20m的單純植被樣方，共計(jì)9個(gè)樣方進(jìn)行調(diào)查取樣。

取樣前所有工具、容器都要經(jīng)過嚴(yán)格的消毒，防止微生物交叉污染。正式取樣前，先將土壤表層、根系周圍枯落物清除，然后，將土壤表層1cm左右的腐殖質(zhì)層剔除。

每個(gè)樣方分別隨機(jī)選取6～10株植物，對(duì)所調(diào)研的物種根系進(jìn)行垂直剖面的挖掘。先用挖掘機(jī)挖掘周邊大型土方，制造出取樣剖面，再進(jìn)行人工挖掘清理根系周圍土壤，進(jìn)行根際土壤樣品的采集。采集深度3.5m，每隔50cm作為一個(gè)取樣深度。采用自然環(huán)境中采集的根際、根外土壤樣品作為試驗(yàn)材料。根際及根外土壤細(xì)菌、真菌、放線菌、微生物總數(shù)計(jì)數(shù)選取的土壤樣品均在49C條件下保存。

1.2微生物計(jì)數(shù)

微生物培養(yǎng)：采用劃線平板法將接種后的培養(yǎng)皿倒置，細(xì)菌培養(yǎng)2～3d，真菌培養(yǎng)3～5d，放線菌培養(yǎng)5～7d，然后取出，選擇菌落數(shù)適合的培養(yǎng)皿（細(xì)菌和放線菌為20～200個(gè)，真菌為10～100個(gè)），剔除占瓊脂表面超過15%的菌落。按照下式計(jì)算菌數(shù)：

菌數(shù)（CFU/g）=.菌落平均數(shù)x稀釋倍數(shù)x20x鮮土重千土重

2結(jié)果與分析

2.1多年生植物根際三大微生物數(shù)量垂直分布特征

駱駝刺根際土壤細(xì)菌、真菌、微生物總數(shù)在不同土壤深度呈現(xiàn)雙峰波動(dòng)分布模式，放線菌數(shù)量在不同土壤深度呈現(xiàn)單峰分布模式（圖1）。細(xì)菌數(shù)量和微生物總數(shù)呈現(xiàn)一致的波動(dòng)規(guī)律，即隨士壤深度的增加，細(xì)菌數(shù)量和微生物總數(shù)上升下降交替波動(dòng)，在100～150cm、200～250cm土層出現(xiàn)峰值，真菌數(shù)量也在這2個(gè)土層出現(xiàn)峰值。放線菌在150～200cm土層中分布最多。

與疏葉駱駝刺相同的是，多枝檉柳根際細(xì)菌數(shù)量和微生物總數(shù)也具有相同的分布模式，但與疏葉駱駝刺分布模式不同（圖2）。多枝檉柳根際細(xì)菌數(shù)量和微生物總數(shù)在50～150cm土層出現(xiàn)數(shù)量最大值，隨后隨土層增大而逐漸減少，在300～350cm土層又增大。真菌數(shù)量呈現(xiàn)單峰分布模式，在150～200cm土層最多。放線菌數(shù)量分布呈雙峰分布，在150～200cm和250～300cm出現(xiàn)2個(gè)峰值。

2.2多年生植物根際效應(yīng)垂直分布特征

根據(jù)ANOVA分析，不同植物種根際土壤中各可培養(yǎng)微生物根際效應(yīng)都不存在顯著差異，因而不進(jìn)行不同植物種間對(duì)比分析，僅分析每個(gè)植物種根際土壤微生物數(shù)量分布特征。

如圖3所示，疏葉駱駝刺200～250cm細(xì)菌、真菌，250～300cm土層真菌、微生物總數(shù)，0～50cm土層放線菌等根際效應(yīng)呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，其余各可培養(yǎng)微生物根際效應(yīng)均呈現(xiàn)正效應(yīng)。細(xì)菌、真菌、放線菌微生物總數(shù)根際效應(yīng)均值分別為5.01、6.32、4.96、5.02。細(xì)菌、微生物總數(shù)根際效應(yīng)波動(dòng)規(guī)律相似，在100～150em土層根際效應(yīng)最大，250～300cem土層根.際效應(yīng)最小。真菌根際效應(yīng)呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，在50～100cm土層最大，為13.86;當(dāng)土壤深度達(dá)到300～350cm時(shí)，根際效應(yīng)下降到0.25。放線菌根際效應(yīng)隨土壤深度的增加呈現(xiàn)先增大后減小再增加的趨勢(shì)，在100～150cm土層最大;當(dāng)土壤深度達(dá)到200～250cm時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，而后又逐漸上升。

多枝檉柳根際土壤細(xì)菌、微生物總數(shù)根際效應(yīng)波動(dòng)變化規(guī)律一致（圖4），在0～50cm和200～250cm2個(gè)土層呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，其余土層呈現(xiàn)正效應(yīng);在50～100cm根際效應(yīng)最大，分別為6.13.6.12。真菌根際效應(yīng)均呈現(xiàn)正效應(yīng)，波動(dòng)規(guī)律呈現(xiàn)先增大后減小的單峰分布，在150～200cm土層真菌根際效應(yīng)最大，為116.40。放線菌根際效應(yīng)隨土層的增加呈現(xiàn)逐漸遞增趨勢(shì)，在0～50cm土層呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng);隨土壤深度的增加呈現(xiàn)正效應(yīng)，當(dāng)土壤深度到達(dá)250～300cm時(shí)，放線菌根際效應(yīng)到達(dá)最高值10.17，隨后又降低。

2.3根際微生物數(shù)量及根際效應(yīng)相關(guān)性分析

將不同植物不同土壤深度根際士壤各微生物數(shù)量及根際效應(yīng)進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，由表1可知，根際細(xì)菌數(shù)量與根際微生物總數(shù)呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性（P<0.01），相關(guān)系數(shù)接近1.00。根際放線菌數(shù)量與根際真菌根際效應(yīng)呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性（P<0.01），相關(guān)系數(shù)0.81。其余參數(shù)之間不存在顯著相關(guān)性（P>0.05）。

3結(jié)論與討論

根際微生物作為根際生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其數(shù)量及分布對(duì)根際生態(tài)系統(tǒng)中土壤的健康及植被的恢復(fù)具有重要意義0，根際微生物數(shù)量受植被類型、土壤性質(zhì)等影響存在空間異質(zhì)性分布"。在我國干旱生態(tài)系統(tǒng)微生物研究中發(fā)現(xiàn)，千旱半干旱區(qū)域土壤存在大量可培養(yǎng)微生物，其數(shù)量與分布隨土壤狀況變化存在動(dòng)態(tài)變化。與以往研究相似，本研究區(qū)域根際可培養(yǎng)微生物總數(shù)量化級(jí)別10，不同植物種間根際細(xì)菌數(shù)量、根際微生物總數(shù)差異顯著。頭狀沙拐棗根際細(xì)菌、微生物總數(shù)最多，疏葉駱駝刺次之，多枝檉柳最少。

在2種植物根際土壤可培養(yǎng)微生物中，細(xì)菌都是為優(yōu)勢(shì)菌群，量化度為106;放線菌次之，量化度為10;真菌最少，量化度為102。從數(shù)量上，疏葉駱駝刺、多枝檉柳的根際細(xì)菌分別占微生物總數(shù)的99.32%和99.81%。這一結(jié)果導(dǎo)致了根際細(xì)菌數(shù)量與根際微生物總數(shù)呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系。在根際微生物數(shù)量隨土壤深度增加的分布中，每種植物根際細(xì)菌、微生物總數(shù)的分布規(guī)律都一致，這也印證了細(xì)菌在根際微生物數(shù)量中的主體地位。在騰格里沙漠、塔克拉瑪干沙漠的研究中也發(fā)現(xiàn)，在千旱半千旱區(qū)域的荒漠土壤中，土壤中細(xì)菌數(shù)量占可培養(yǎng)微生物總數(shù)的主體地位，本研究與前人研究一致。

在本研究中，根際真菌與根際細(xì)菌呈現(xiàn)不同的空間分布異質(zhì)性，在古爾班通古特沙漠不同土壤深度中2種植物根際真菌數(shù)量及根際效應(yīng)均呈現(xiàn)單峰分布。但利用劃線平板法測(cè)定可培養(yǎng)真菌數(shù)量并未發(fā)現(xiàn)與已經(jīng)研究的根際生境因子呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系，對(duì)根際可培養(yǎng)真菌空間異質(zhì)性還需要進(jìn)一步探討。

放線菌在研究區(qū)域古爾班通古特沙漠根際土壤微生物數(shù)量中所占比重最少，但是以往的研究表明，根際放線菌從植物及土壤中吸收必要的養(yǎng)分與能量，通過生命活動(dòng)釋放嘌呤類似物調(diào)控土壤健康和根系生存環(huán)境"5，與土壤、植物存在明顯的互惠互利生存關(guān)系，在千旱、貧瘠的沙漠土壤占據(jù)重要地位。根際放線菌空間異質(zhì)性分布主要受土壤可溶性離子影響，可以有效阻隔有害真菌對(duì)植物的侵染，分解土壤有機(jī)質(zhì)改善土壤養(yǎng)分狀況"，從而促進(jìn)植物生長與植被修復(fù)。本試驗(yàn)中根際放線菌與根際土壤電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而電導(dǎo)率主要受土壤中可溶性離子影響，說明在本區(qū)域電導(dǎo)率范圍內(nèi)，離子含量越大，根際放線菌數(shù)量越多。

根際效應(yīng)是衡量根際微生物生命活性的重要指標(biāo)。微生物根際效應(yīng)：主要受根際微環(huán)境因子（如土壤類型、養(yǎng)分狀況、pH值、濕度等）以及植物因子（如物種年齡等）的影響18。根際效應(yīng)的空間分布異質(zhì)性反映根際微生物活性的空間分布異質(zhì)性。本研究中，由于細(xì)菌數(shù)量占微生物總數(shù)的大部分，故2種植物細(xì)菌根際效應(yīng)與微生物總數(shù)根際效應(yīng)都呈現(xiàn)一致的分布規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果可以看出，2種植物真菌根際效應(yīng)均呈現(xiàn)正效應(yīng)，真菌根際效應(yīng)與根際真菌數(shù)量呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性（P<0.01），而其他微生物根際效應(yīng)與根際相對(duì)應(yīng)的微生物數(shù)：量無顯著相關(guān)性（P>0.05）。這說明極端干旱區(qū)土壤中真菌數(shù)量雖然不占主體地位，可能由于根際對(duì)土壤真菌吸引能力較強(qiáng)，真菌主要活動(dòng)在根際范圍內(nèi)造成真菌較高的根際效應(yīng)。

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