象草根際土壤微生物生理群數(shù)量特征研究

1、象草根際土壤微生物生理群數(shù)量特征研究韓玉竹1,趙建軍1,蘇展1,黃勇1,胡陳明1,陳秀蓉2*(1.西南大學(xué)榮昌校區(qū)動(dòng)物科學(xué)系,重慶402460;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,甘肅蘭州730070摘要目的查明象草根際微生物生理群的分布特點(diǎn)。方法利用選擇性培養(yǎng)基,采用涂抹平板法和稀釋法對(duì)象草根際土壤微生物生理群(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、芽孢桿菌等數(shù)量時(shí)空分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果象草根際各微生物生理群的數(shù)量具有明顯的根際效應(yīng),均為根際>非根際,但根面與根區(qū)相比,根面好氣性微生物較多,而根區(qū)嫌氣性微生物較多;同一根際部位,不同微生物生理類(lèi)群數(shù)量也有差異;象草根面纖維素分解和氮的固定主要是好氣性

2、菌起作用,根區(qū)纖維素分解主要是嫌氣性纖解菌起作用,固氮為好氣性自生固氮菌和嫌氣性自生固氮菌共同起作用。結(jié)論象草的根際區(qū)域不同,微生物生理群種類(lèi)不同,其數(shù)量時(shí)空分布動(dòng)態(tài)也不同。關(guān)鍵詞象草;根際土壤;微生物生理群;數(shù)量分布中圖分類(lèi)號(hào)S154.39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611(200915-07110-03Studies on the Qua ntitative C ha ra cteristics o f Micro bial Physio logical Po pula tion in the R hizo sphere Soil of Elephant Gra ssHA N Y u-

3、zhu et al(Dep artment of Anim al Science,Ron gchang Cam pus of South wes t Uni versi ty,C hongq ing402460AbstractObjectiveThe s tudy was to find ou t the distribu ti on c haracteristic of microbial ph ysiological populati on from elephan t grass rhiz osp here soil. MethodPopulation spatial and tem p

4、oral distri bution ch aracteristic of microbial p hysiological group s su ch as amm oni fyin g bacteria,ni trobacteria,den-i trob acteria,bacillus from the elephant grass rhizos phere soil were inves tigated by using selecti ve m edi a and with the plate count and MP N m eth ods.Re-s ultQuantity of

5、microbial ph ysiological groups from the elep hant grass rhizosp here soil had ob vious rhizosph ere effect,being rhizos phere>ou trhizo-s phere,bu t the comp arison between rhiz oplane and ectorhizosp here s howed that there were more aerobic microorgani sms in rhiz oplane and wore anaerobic mic

6、roorganis ms in ectorhizosphere.There were discrepancy in different microbial p hysi ological grou ps within same rhizosp here region.Aerobic microb es played an i mportan t role in cellul ose degradati on an d nitrogen fi xation i n rhizoplane,an d the anaerobic cellulol ytic microbes p layed an i

7、mportant role in cellulose degradation and the aerobic and anaerobic abiogenous az otobacter played the interacti on role in nitrogen fixation in ectorhiz osp here.C onclu si on As the rhi zos phere areas of elep hant grass were different,the kind s of microbial physiol ogical grou ps were different

8、 and their population spatial and te mpo-ral di stribu tion was also different.Key w ords Elep hant grass;Rhizosp here soil;Microbial ph ysiological p op ulation;Quan titati ve distrib ution微生物生理群是指具有相同或不同形態(tài),執(zhí)行同一種功能的一類(lèi)微生物,如氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、自生固氮菌、反硝化細(xì)菌、纖維素分解菌、芽孢桿菌等1。各微生物生理群在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)中具有特定的功能,土壤中微生物生理群的存在與活動(dòng)

9、對(duì)于土壤肥力以及植物營(yíng)養(yǎng)具有重要意義。象草(Pennisetum pur pureum又名紫狼尾草,原產(chǎn)于非洲,是熱帶、亞熱帶普遍栽培的多年生高產(chǎn)優(yōu)良牧草2。國(guó)內(nèi)外對(duì)象草的研究較多,研究范圍包括象草的飼用價(jià)值、栽培技術(shù)、水土保持、紙漿生產(chǎn)以及作為能源作物3-9。象草生長(zhǎng)發(fā)育的生命周期與土壤微生物尤其是根際土壤微生物有密切的關(guān)系,但至今未見(jiàn)對(duì)象草根際微生物生理群分布研究的報(bào)道。筆者對(duì)象草根際土壤微生物生理群數(shù)量的空間與時(shí)間分布特征進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究,以期查明象草根際微生物生理群的分布特點(diǎn),為利用根際微生物來(lái)改良象草的營(yíng)養(yǎng)條件,提高象草產(chǎn)量和品質(zhì)提供微生物方面的參考依據(jù)。1材料與方法1.1研究地概

10、況研究地位于重慶市西部榮昌縣昌元鎮(zhèn), 105b17c150b44c E、290b15c290b41c N,平均海拔380m,氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候,年平均降水量1099mm,年平均氣溫17.8e,年總積溫6482e,無(wú)霜期327d,月極端最高溫度39.9e(1972年,月極溫最低溫度-3.4e(1975年。年平均日照時(shí)數(shù)1282h。研究地選在昌元鎮(zhèn)賴(lài)溪河岸邊的一塊象草地,種植時(shí)間有13年,無(wú)人管理,土壤基本理化指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。表12007年取樣地土壤理化性狀T a ble1Phys icochemica l pro perties of so il in sa mpling sites i

11、n2007采樣區(qū)域Samplin g re gi on采樣時(shí)間S amplin g time銨態(tài)氮M mg/kgA mmoni um N速效鉀M mg/k gRap idl y a vailab le K速效磷M mg/kgRap idly availab le P土壤含水量M%S oil moistu re c on ten tp H值p H valu e土壤溫度MeSoil te mpe ratu re1.2樣品采集分別于2007年4月15日、5月16日、6月16基金項(xiàng)目西南大學(xué)碩士基金。作者簡(jiǎn)介韓玉竹(1982-,女,山西絳縣人,碩士,講師,從事草地微生物生態(tài)及草地保護(hù)方面的研究。*通訊

12、作者。收稿日期2009-02-17日分3次采取土壤樣品。采用5點(diǎn)取樣法選取象草植株,采樣時(shí)鏟去表土,將根系及黏附其上的土壤一起挖出,根區(qū)微生物,用根系上附著的土壤來(lái)進(jìn)行分析;根面微生物,用刷子輕輕刷掉根上黏附的土壤,然后用滅菌水洗下根系表面上的微生物來(lái)進(jìn)行分析;非根際微生物,取根周5cm以外土壤進(jìn)行分析10。安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),Jou rnal of Anh ui Agri.S ci.2009,37(15:7110-7112責(zé)任編輯慶責(zé)任校對(duì)況玲玲1.3根際微生物生理群數(shù)量測(cè)定氨化細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基,好氣性自生固氮菌用改良瓦克斯曼77號(hào)培養(yǎng)基;嫌氣性自生固氮菌用玉米面碳酸鈣培養(yǎng)液;硝化細(xì)菌用

13、改良的斯蒂芬遜培養(yǎng)基;芽孢桿菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基(接種前土壤稀釋液先經(jīng)80e水浴處理10min;好氣性纖維素分解菌用赫奇遜氏培養(yǎng)基;嫌氣性纖解菌用奧曼梁斯基培養(yǎng)基。氨化細(xì)菌、芽孢桿菌、好氣性自生固氮菌、好氣性纖解菌采用涂抹平板法,其他菌采用稀釋培養(yǎng)法培養(yǎng)。各種菌接種后置恒溫培養(yǎng)箱(28e中培養(yǎng),315d后測(cè)數(shù)10。2結(jié)果與分析2.1象草根際微生物生理群數(shù)量的空間分布特征象草根際微生物生理類(lèi)群數(shù)量的空間分布測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。¹象草根際區(qū)域不同,其微生物生理類(lèi)群數(shù)量差異較大,根際微生物生理群的數(shù)量均多于非根際,可以說(shuō),象草對(duì)各類(lèi)微生物生理類(lèi)群均可產(chǎn)生明顯的根際效應(yīng)。而象草根面與根區(qū)微生

14、物生理群數(shù)量相比,氨化細(xì)菌、好氣性纖維素分解菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、芽孢桿菌、好氣性纖解菌數(shù)量均為根面>根區(qū),而嫌氣性固氮菌和嫌氣性纖解菌數(shù)量為根區(qū)>根面,反硝化細(xì)菌數(shù)量根面遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于根區(qū),是根區(qū)的5.46倍,這有待于進(jìn)一步探討?？偟膩?lái)說(shuō),離根越近,好氣性微生物生理群數(shù)量越多,但由于根系表面代謝旺盛,透氣狀況較好,不適于嫌氣性微生物生理群的分布,嫌氣性微生物生理群多分布在根區(qū),從根區(qū)向外,離根越遠(yuǎn),數(shù)量越少,根區(qū)嫌氣性菌分布最多的區(qū)域還需進(jìn)一步研究。º象草根際效應(yīng)分析,微生物生理類(lèi)群不同,其根際效應(yīng)也不同,象草根系對(duì)氨化細(xì)菌、好氣性自生固氮菌、反硝化細(xì)菌、好氣性纖解菌、嫌

15、氣性纖解菌的效應(yīng)較為顯著,根面的根圈比(根面/非根際分別為92.42、128.01、152.71、197.67、53.65,根區(qū)的根圈比(根區(qū)/非根際分別為2.74、5.15、27.98、3.76、196.01,嫌氣性固氮菌、硝化細(xì)菌、芽孢桿菌的根際效應(yīng)相對(duì)較小,根面的根圈比分別為9.24、11.40、2.59,根區(qū)的根圈比分別為11.40、9.85、1.69。這一分布特點(diǎn)說(shuō)明象草根系分泌物和脫落物有選擇地為微生物各生理類(lèi)群提供營(yíng)養(yǎng)和生存條件,而造成微生物各生理類(lèi)群趨向性和根際效應(yīng)的差異。»同一根際部位,其微生物生理類(lèi)群數(shù)量也有差異。(a根面。反硝化細(xì)菌>好氣性自生固氮菌>

16、;氨化細(xì)菌>好氣性纖解菌>嫌氣性固氮菌>嫌氣性纖解菌>芽孢桿菌>硝酸細(xì)菌;(b根區(qū)。反硝化細(xì)菌>嫌氣性固氮菌>好氣性自生固氮菌>嫌氣性纖解菌>氨化細(xì)菌>芽孢桿菌>好氣性纖解菌>硝酸細(xì)菌;(c非根際。反硝化細(xì)菌>好氣性自生固氮菌>氨化細(xì)菌>嫌氣性固氮菌>芽孢桿菌>好氣性纖解菌>嫌氣性纖解菌>硝化細(xì)菌。其中,3個(gè)區(qū)域反硝化細(xì)菌的數(shù)量均最多,硝化細(xì)菌的數(shù)量均最少,這可能與土壤有密切關(guān)系,但也說(shuō)明該土壤條件下氮素?fù)p失較大。¼根面好氣性纖維素分解菌的數(shù)量是嫌氣性纖解菌的15.01倍

17、,而根區(qū)纖維素分解菌數(shù)量是根面的12.87倍,說(shuō)明象草根際纖維素分解,根面主要是好氣性纖解菌起作用,根區(qū)主要是嫌氣性纖解菌起作用。根面好氣性自生固氮菌的數(shù)量是嫌氣性自生固氮菌的29.95倍,根區(qū)好氣性自生固氮菌的數(shù)量略少于嫌氣性菌的數(shù)量,相差不大?？梢哉f(shuō),象草根及土壤中的固氮作用,根面主要是好氣性自生固氮菌起作用,根區(qū)好氣性自生固氮菌和嫌氣性自生固氮菌共同起作用。表2象草根際微生物生理群數(shù)量的空間分布和根際效應(yīng)(平均值T a ble2S patia l distributio n a nd rhizo sphere effects o f microbes phy sio log ical g

18、 rou p qua ntity a t the r hizo sp here of Penn isetum pu rpu reum104cfu/g根際區(qū)域Rhiz osph ere region氨化細(xì)菌Ammonifyin gbac teria好氣性自生固氮菌Ae robi c biogen ou sazotobacter嫌氣性自生固氮菌Anerobic b iogenou sazotob ac ter硝化細(xì)菌Ni trobacteria反硝化細(xì)菌Deni trifyin gb ac te ria芽孢桿菌Bacillu s好氣性纖維素分解菌Ae robic cell ulosedeco mp

19、 osin g bacteria嫌氣性纖維素分解菌Anerobic cell ulosedecomposi ng b ac te ria非根際59.3799.0045.810.02174.0320.728.89 2.19 Non-rhi zosp here2.2象草根際微生物生理群數(shù)量的時(shí)間分布特征由表3可以看出,象草根際區(qū)域不同,微生物生理群種類(lèi)不同,其數(shù)量的時(shí)間動(dòng)態(tài)也不同。¹氨化細(xì)菌數(shù)量。根面、根區(qū)均以4月份最多,5月份居中,6月份最少,呈下降趨勢(shì),但根區(qū)5月份和6月份數(shù)量沒(méi)有顯著差異,非根際也是4月份數(shù)量最多,5月份下降,6月份上升,說(shuō)明6月份旺盛生長(zhǎng)期根系分泌物對(duì)氨化細(xì)菌有一

20、定的抑制作用。º好氣性自生固氮菌數(shù)量。根面、根區(qū)、非根際均為先下降后上升。»嫌氣性固氮菌數(shù)量。3個(gè)根際部位的發(fā)展趨勢(shì)均不同,根面先上升后下降,根區(qū)先下降后上升,非根際為上升趨勢(shì)。¼硝化細(xì)菌數(shù)量。根面、根區(qū)、非根際均為下降趨勢(shì)。½反硝化細(xì)菌數(shù)量。根面先上升后下降,根區(qū)為下降趨勢(shì),非根際先上升后下降。¾芽孢桿菌數(shù)量。根面,45月份呈下降趨勢(shì),6月份略為上升,5月份和6月份數(shù)量沒(méi)有顯著差異,根區(qū)為下降趨勢(shì),非根際為上升趨勢(shì)。¿好氣性纖解菌和嫌氣性纖維素分解菌。兩者數(shù)量的時(shí)間動(dòng)態(tài)基本相同,根面數(shù)量先上升后下降,根區(qū)和非根際均為先下降后上升,但

21、嫌氣性纖解菌數(shù)量時(shí)間變化較為明顯。3討論(1植物根際是受根系直接影響的土壤范圍11。根系是植物吸收營(yíng)養(yǎng)的主要區(qū)域,也是微生物活動(dòng)最為活躍的區(qū)域。在植物的整個(gè)生長(zhǎng)期間,根系進(jìn)行著活躍的代謝作用,根系的分泌物和脫落物是根際微生物的重要營(yíng)養(yǎng)和能量來(lái)源,同時(shí),根際各類(lèi)群微生物趨向性聚居在植物根系通過(guò)各自的代謝活動(dòng),分解轉(zhuǎn)化根系分泌物和脫落物,從而為植物生長(zhǎng)提供有效養(yǎng)分12。植物具有明顯的根圈效應(yīng),離根越近,微生物數(shù)量越多,離根越遠(yuǎn),微生物數(shù)量越少13-14。已有報(bào)道,根表和根際微生物的活度和數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非根際土711137卷15期韓玉竹等象草根際土壤微生物生理群數(shù)量特征研究壤15,由于距根越遠(yuǎn),植物的

22、根分泌物就越少,供給微生物的能源物質(zhì)也就越少,因此微生物活度從根區(qū)向土體土壤呈明顯的遞減趨勢(shì)16。研究結(jié)果顯示,象草根際各微生物生理群的數(shù)量均多于非根際,與以上的觀點(diǎn)相同,而象草根面與根區(qū)微生物生理群數(shù)量相比,根面好氣性菌數(shù)量較多,根區(qū)嫌氣性菌數(shù)量較多,因此,離根越近,微生物數(shù)量越多,離根越遠(yuǎn),微生物數(shù)量越少,是對(duì)好氣性微生物生理群數(shù)量的總結(jié),而對(duì)于嫌氣性菌,可能由于根系表面代謝旺盛,透氣狀況較好,不適于嫌氣性微生物生理群的分布,因此嫌氣性微生物生理群多分布在根區(qū),從根區(qū)向外,離根越遠(yuǎn),數(shù)量越少,但根區(qū)各嫌氣性微生物生理群分布最多的區(qū)域還需進(jìn)一步探討。研究中象草對(duì)各微生物生理類(lèi)群的根際效應(yīng)有差

23、異,這一分布特點(diǎn)說(shuō)明象草根系分泌物和脫落物有選擇地為微生物各生理類(lèi)群提供營(yíng)養(yǎng)和生存條件,從而造成微生物各生理類(lèi)群趨向性和根際效應(yīng)的差異。表3象草根際微生物生理群數(shù)量的時(shí)間分布T ab le3T empo ra l d istribution of micro be phy sio log ical g rou p qua ntity a t the rh izo sp here of Pennisetum purpureum104cfu/g根際部位Rhiz osph ere p arts月份Mon th氨化細(xì)菌Ammonifyin gbac teria好氣性自生固氮菌Aerobi c biog

24、en ou sazotobacter嫌氣性固氮菌Anerobic b ioge nou sAz otob acter硝化細(xì)菌Nitrob a-c te ria反硝化細(xì)菌Deni trifyin gb ac te ria芽孢桿菌Bacillu s好氣性纖解菌Ae robic cell ulosedecomp osin g b acteria嫌氣性纖解菌Anerobic cellu losedecomposi ng b ac te ria根面49340.87Aa22786.46Aa305.710.630165.02128.81Aa310.87Bc64.54 Root su rface55457.3

25、1Bb2977.57Cc825.540.04077050.0816.09Bb3035.37Aa286.81 61662.47Cc12252.77Bb138.170.0202514.8616.32Bb1923.08Ab 1.89根區(qū)4383.12Aa663.54Aa1125.660.53013033.9260.82Aa48.58Aa29.62 Root zone556.11Bb80.80Ab168.330.0501234.4325.06Bb24.31Bb7.86 648.99Bb786.06Aa341.760.005341.7618.99Bb27.34ABab1253.13非根際484.87Aa

26、111.43Aa8.660.050184.7511.39Ab 4.52Bb 1.04 Non-538.16Ab42.89Bb43.620.004327.1213.67Ab 2.64Bb0.44 rhi zosp here655.06Aab142.67Aa85.150.00310.2237.09Aa19.49Aa 5.11注:不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01,不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05。Note:Different capital letters mean e xtremel y significant differences(P<0.01and diffe

27、rent s mall le tters mean significant differe nces(P<0.05.(2不同植物的根際有其特定的微生物群落,就是同一植物在不同生育時(shí)期和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下,其根際微生物數(shù)量和種類(lèi)也呈現(xiàn)一定的動(dòng)態(tài)變化。在以往報(bào)道中,有很多都提到根際微生物(細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌數(shù)量與植株生長(zhǎng)發(fā)育呈正相關(guān)17-19,但對(duì)于根際生理類(lèi)群的時(shí)間動(dòng)態(tài)分布的研究報(bào)道較少。試驗(yàn)中微生物生理群種類(lèi)不同,處于根際的區(qū)域不同,其時(shí)間動(dòng)態(tài)也有差異,沒(méi)有一定的規(guī)律性。因此,認(rèn)為影響根際微生物生理群數(shù)量時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的因素很多,如植株類(lèi)型、氣候條件、土壤營(yíng)養(yǎng)狀況等,但受植物根系分泌物的影響最大。

28、植物品種不同,其根系分泌物的組成及數(shù)量也不同;植物不同生長(zhǎng)階段,其根系分泌物的成分也不同,它刺激特定的微生物群體的活力,某些物質(zhì)還對(duì)特定的微生物有一定的抑制作用。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,象草6月份旺盛生長(zhǎng)期根系分泌物對(duì)氨化細(xì)菌有一定的抑制作用,因此微生物生理類(lèi)群的趨向性也不同。微生物與根分泌物之間相互影響,根系分泌物不僅為根際微生物提供所需的能源,而且不同根系分泌物直接影響著根際微生物的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)20。因此,為更好地分析植物與根際微生物生理群之間的關(guān)系及利用根際有益微生物來(lái)提高植物的產(chǎn)量和品質(zhì),今后的試驗(yàn)還應(yīng)進(jìn)一步對(duì)植物不同生長(zhǎng)階段的根際分泌物成分進(jìn)行測(cè)定。(3研究對(duì)象草根際微生物生理功能群的數(shù)量分

29、布特征進(jìn)行系統(tǒng)的研究,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)有益微生物資源,使微生物在人工草地的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和改良中發(fā)揮更大的作用。該試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)纖維素分解能力較強(qiáng)的菌類(lèi),應(yīng)對(duì)其特性進(jìn)一步研究,以便為開(kāi)發(fā)微生物資源提供有利的參考。參考文獻(xiàn)理群數(shù)量特征研究J.土壤學(xué)報(bào),2007,44(1:123-129.2南京農(nóng)學(xué)院.飼料生產(chǎn)學(xué)M.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2002:141-145.3滕少花,梁英彩,藍(lán)建寧.桂牧I號(hào)雜交象草對(duì)乳牛產(chǎn)奶量的影響J.草業(yè)科學(xué),2004,21(10:47-48.4NY A MBA TI E M,SO LL ENBERG ERL E,K UNK LE W E.Feed in take and l

30、acta-tion p erforma nce of dai ry cows offe red n apie rgras s s up ple me nted with legu me hayJ.Livest oc k Prod uc ti on Scien ce,2003,83(2/3:179-189.5蘇興鉅,陳善棠.象草在公路邊坡防護(hù)及棄方區(qū)綠化中的應(yīng)用J.公路交通科技,2002,19(5:171-172.6李根仙.象草制漿初探J.浙江造紙,2003(4:21-23.7NA LL A T HA MBI V G.Regressi on mode ls of u lti mate me than e yie lds of frui ts andve ge table solid was tes,sorgh um and nap iergrass on ch emical comp ositionJ.Bi ores ource Tech n ol ogy,2007,98(6:1270-1277.8LIU JT,QI U C Q,XIA O B D,e t al.The role of p lan t