象草根际土壤微生物生理群数量特征研究

1、象草根际土壤微生物生理群数量特征研究韩玉竹1,赵建军1,苏展1,黄勇1,胡陈明1,陈秀蓉2*(1.西南大学荣昌校区动物科学系,重庆402460;2.甘肃农业大学草业学院,甘肃兰州730070摘要目的查明象草根际微生物生理群的分布特点。方法利用选择性培养基,采用涂抹平板法和稀释法对象草根际土壤微生物生理群(氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、芽孢杆菌等数量时空分布特征进行研究。结果象草根际各微生物生理群的数量具有明显的根际效应,均为根际>非根际,但根面与根区相比,根面好气性微生物较多,而根区嫌气性微生物较多;同一根际部位,不同微生物生理类群数量也有差异;象草根面纤维素分解和氮的固定主要是好气性

2、菌起作用,根区纤维素分解主要是嫌气性纤解菌起作用,固氮为好气性自生固氮菌和嫌气性自生固氮菌共同起作用。结论象草的根际区域不同,微生物生理群种类不同,其数量时空分布动态也不同。关键词象草;根际土壤;微生物生理群;数量分布中图分类号S154.39文献标识码A文章编号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态,执行同一种功能的一类微生物,如氨化细菌、硝化细菌、自生固氮菌、反硝化细菌、纤维素分解菌、芽孢杆菌等1。各微生物生理群在物质转化和能量流动中具有特定的功能,土壤中微生物生理群的存在与活动

9、对于土壤肥力以及植物营养具有重要意义。象草(Pennisetum pur pureum又名紫狼尾草,原产于非洲,是热带、亚热带普遍栽培的多年生高产优良牧草2。国内外对象草的研究较多,研究范围包括象草的饲用价值、栽培技术、水土保持、纸浆生产以及作为能源作物3-9。象草生长发育的生命周期与土壤微生物尤其是根际土壤微生物有密切的关系,但至今未见对象草根际微生物生理群分布研究的报道。笔者对象草根际土壤微生物生理群数量的空间与时间分布特征进行较为系统的研究,以期查明象草根际微生物生理群的分布特点,为利用根际微生物来改良象草的营养条件,提高象草产量和品质提供微生物方面的参考依据。1材料与方法1.1研究地概

10、况研究地位于重庆市西部荣昌县昌元镇, 105b17c150b44c E、290b15c290b41c N,平均海拔380m,气候属亚热带季风性湿润气候,年平均降水量1099mm,年平均气温17.8e,年总积温6482e,无霜期327d,月极端最高温度39.9e(1972年,月极温最低温度-3.4e(1975年。年平均日照时数1282h。研究地选在昌元镇赖溪河岸边的一块象草地,种植时间有13年,无人管理,土壤基本理化指标数据见表1。表12007年取样地土壤理化性状T a ble1Phys icochemica l pro perties of so il in sa mpling sites i

11、n2007采样区域Samplin g re gi on采样时间S amplin g time铵态氮M mg/kgA mmoni um N速效钾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土壤温度MeSoil te mpe ratu re1.2样品采集分别于2007年4月15日、5月16日、6月16基金项目西南大学硕士基金。作者简介韩玉竹(1982-,女,山西绛县人,硕士,讲师,从事草地微生物生态及草地保护方面的研究。*通讯

12、作者。收稿日期2009-02-17日分3次采取土壤样品。采用5点取样法选取象草植株,采样时铲去表土,将根系及黏附其上的土壤一起挖出,根区微生物,用根系上附着的土壤来进行分析;根面微生物,用刷子轻轻刷掉根上黏附的土壤,然后用灭菌水洗下根系表面上的微生物来进行分析;非根际微生物,取根周5cm以外土壤进行分析10。安徽农业科学,Jou rnal of Anh ui Agri.S ci.2009,37(15:7110-7112责任编辑庆责任校对况玲玲1.3根际微生物生理群数量测定氨化细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基,好气性自生固氮菌用改良瓦克斯曼77号培养基;嫌气性自生固氮菌用玉米面碳酸钙培养液;硝化细菌用

13、改良的斯蒂芬逊培养基;芽孢杆菌采用牛肉膏蛋白胨培养基(接种前土壤稀释液先经80e水浴处理10min;好气性纤维素分解菌用赫奇逊氏培养基;嫌气性纤解菌用奥曼梁斯基培养基。氨化细菌、芽孢杆菌、好气性自生固氮菌、好气性纤解菌采用涂抹平板法,其他菌采用稀释培养法培养。各种菌接种后置恒温培养箱(28e中培养,315d后测数10。2结果与分析2.1象草根际微生物生理群数量的空间分布特征象草根际微生物生理类群数量的空间分布测定结果见表2。¹象草根际区域不同,其微生物生理类群数量差异较大,根际微生物生理群的数量均多于非根际,可以说,象草对各类微生物生理类群均可产生明显的根际效应。而象草根面与根区微生

14、物生理群数量相比,氨化细菌、好气性纤维素分解菌、硝化细菌、反硝化细菌、芽孢杆菌、好气性纤解菌数量均为根面>根区,而嫌气性固氮菌和嫌气性纤解菌数量为根区>根面,反硝化细菌数量根面远远大于根区,是根区的5.46倍,这有待于进一步探讨。总的来说,离根越近,好气性微生物生理群数量越多,但由于根系表面代谢旺盛,透气状况较好,不适于嫌气性微生物生理群的分布,嫌气性微生物生理群多分布在根区,从根区向外,离根越远,数量越少,根区嫌气性菌分布最多的区域还需进一步研究。º象草根际效应分析,微生物生理类群不同,其根际效应也不同,象草根系对氨化细菌、好气性自生固氮菌、反硝化细菌、好气性纤解菌、嫌

15、气性纤解菌的效应较为显著,根面的根圈比(根面/非根际分别为92.42、128.01、152.71、197.67、53.65,根区的根圈比(根区/非根际分别为2.74、5.15、27.98、3.76、196.01,嫌气性固氮菌、硝化细菌、芽孢杆菌的根际效应相对较小,根面的根圈比分别为9.24、11.40、2.59,根区的根圈比分别为11.40、9.85、1.69。这一分布特点说明象草根系分泌物和脱落物有选择地为微生物各生理类群提供营养和生存条件,而造成微生物各生理类群趋向性和根际效应的差异。»同一根际部位,其微生物生理类群数量也有差异。(a根面。反硝化细菌>好气性自生固氮菌>

16、;氨化细菌>好气性纤解菌>嫌气性固氮菌>嫌气性纤解菌>芽孢杆菌>硝酸细菌;(b根区。反硝化细菌>嫌气性固氮菌>好气性自生固氮菌>嫌气性纤解菌>氨化细菌>芽孢杆菌>好气性纤解菌>硝酸细菌;(c非根际。反硝化细菌>好气性自生固氮菌>氨化细菌>嫌气性固氮菌>芽孢杆菌>好气性纤解菌>嫌气性纤解菌>硝化细菌。其中,3个区域反硝化细菌的数量均最多,硝化细菌的数量均最少,这可能与土壤有密切关系,但也说明该土壤条件下氮素损失较大。¼根面好气性纤维素分解菌的数量是嫌气性纤解菌的15.01倍

17、,而根区纤维素分解菌数量是根面的12.87倍,说明象草根际纤维素分解,根面主要是好气性纤解菌起作用,根区主要是嫌气性纤解菌起作用。根面好气性自生固氮菌的数量是嫌气性自生固氮菌的29.95倍,根区好气性自生固氮菌的数量略少于嫌气性菌的数量,相差不大。可以说,象草根及土壤中的固氮作用,根面主要是好气性自生固氮菌起作用,根区好气性自生固氮菌和嫌气性自生固氮菌共同起作用。表2象草根际微生物生理群数量的空间分布和根际效应(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根际区域Rhiz osph ere region氨化细菌Ammonifyin gbac teria好气性自生固氮菌Ae robi c biogen ou sazotobacter嫌气性自生固氮菌Anerobic b iogenou sazotob ac ter硝化细菌Ni trobacteria反硝化细菌Deni trifyin gb ac te ria芽孢杆菌Bacillu s好气性纤维素分解菌Ae robic cell ulosedeco mp

19、 osin g bacteria嫌气性纤维素分解菌Anerobic cell ulosedecomposi ng b ac te ria非根际59.3799.0045.810.02174.0320.728.89 2.19 Non-rhi zosp here2.2象草根际微生物生理群数量的时间分布特征由表3可以看出,象草根际区域不同,微生物生理群种类不同,其数量的时间动态也不同。¹氨化细菌数量。根面、根区均以4月份最多,5月份居中,6月份最少,呈下降趋势,但根区5月份和6月份数量没有显著差异,非根际也是4月份数量最多,5月份下降,6月份上升,说明6月份旺盛生长期根系分泌物对氨化细菌有一

20、定的抑制作用。º好气性自生固氮菌数量。根面、根区、非根际均为先下降后上升。»嫌气性固氮菌数量。3个根际部位的发展趋势均不同,根面先上升后下降,根区先下降后上升,非根际为上升趋势。¼硝化细菌数量。根面、根区、非根际均为下降趋势。½反硝化细菌数量。根面先上升后下降,根区为下降趋势,非根际先上升后下降。¾芽孢杆菌数量。根面,45月份呈下降趋势,6月份略为上升,5月份和6月份数量没有显著差异,根区为下降趋势,非根际为上升趋势。¿好气性纤解菌和嫌气性纤维素分解菌。两者数量的时间动态基本相同,根面数量先上升后下降,根区和非根际均为先下降后上升,但

21、嫌气性纤解菌数量时间变化较为明显。3讨论(1植物根际是受根系直接影响的土壤范围11。根系是植物吸收营养的主要区域,也是微生物活动最为活跃的区域。在植物的整个生长期间,根系进行着活跃的代谢作用,根系的分泌物和脱落物是根际微生物的重要营养和能量来源,同时,根际各类群微生物趋向性聚居在植物根系通过各自的代谢活动,分解转化根系分泌物和脱落物,从而为植物生长提供有效养分12。植物具有明显的根圈效应,离根越近,微生物数量越多,离根越远,微生物数量越少13-14。已有报道,根表和根际微生物的活度和数量远远高于非根际土711137卷15期韩玉竹等象草根际土壤微生物生理群数量特征研究壤15,由于距根越远,植物的

22、根分泌物就越少,供给微生物的能源物质也就越少,因此微生物活度从根区向土体土壤呈明显的递减趋势16。研究结果显示,象草根际各微生物生理群的数量均多于非根际,与以上的观点相同,而象草根面与根区微生物生理群数量相比,根面好气性菌数量较多,根区嫌气性菌数量较多,因此,离根越近,微生物数量越多,离根越远,微生物数量越少,是对好气性微生物生理群数量的总结,而对于嫌气性菌,可能由于根系表面代谢旺盛,透气状况较好,不适于嫌气性微生物生理群的分布,因此嫌气性微生物生理群多分布在根区,从根区向外,离根越远,数量越少,但根区各嫌气性微生物生理群分布最多的区域还需进一步探讨。研究中象草对各微生物生理类群的根际效应有差

23、异,这一分布特点说明象草根系分泌物和脱落物有选择地为微生物各生理类群提供营养和生存条件,从而造成微生物各生理类群趋向性和根际效应的差异。表3象草根际微生物生理群数量的时间分布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根际部位Rhiz osph ere p arts月份Mon th氨化细菌Ammonifyin gbac teria好气性自生固氮菌Aerobi c biog

24、en ou sazotobacter嫌气性固氮菌Anerobic b ioge nou sAz otob acter硝化细菌Nitrob a-c te ria反硝化细菌Deni trifyin gb ac te ria芽孢杆菌Bacillu s好气性纤解菌Ae robic cell ulosedecomp osin g b acteria嫌气性纤解菌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根区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非根际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:不同大写字母表示差异极显著(P<0.01,不同小写字母表示差异显著(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不同植物的根际有其特定的微生物群落,就是同一植物在不同生育时期和营养状态下,其根际微生物数量和种类也呈现一定的动态变化。在以往报道中,有很多都提到根际微生物(细菌、真菌、放线菌数量与植株生长发育呈正相关17-19,但对于根际生理类群的时间动态分布的研究报道较少。试验中微生物生理群种类不同,处于根际的区域不同,其时间动态也有差异,没有一定的规律性。因此,认为影响根际微生物生理群数量时间动态变化的因素很多,如植株类型、气候条件、土壤营养状况等,但受植物根系分泌物的影响最大。

28、植物品种不同,其根系分泌物的组成及数量也不同;植物不同生长阶段,其根系分泌物的成分也不同,它刺激特定的微生物群体的活力,某些物质还对特定的微生物有一定的抑制作用。试验数据显示,象草6月份旺盛生长期根系分泌物对氨化细菌有一定的抑制作用,因此微生物生理类群的趋向性也不同。微生物与根分泌物之间相互影响,根系分泌物不仅为根际微生物提供所需的能源,而且不同根系分泌物直接影响着根际微生物的数量和种群结构20。因此,为更好地分析植物与根际微生物生理群之间的关系及利用根际有益微生物来提高植物的产量和品质,今后的试验还应进一步对植物不同生长阶段的根际分泌物成分进行测定。(3研究对象草根际微生物生理功能群的数量分

29、布特征进行系统的研究,为进一步开发有益微生物资源,使微生物在人工草地的生态环境建设和改良中发挥更大的作用。该试验也发现了几个纤维素分解能力较强的菌类,应对其特性进一步研究,以便为开发微生物资源提供有利的参考。参考文献理群数量特征研究J.土壤学报,2007,44(1:123-129.2南京农学院.饲料生产学M.北京:中国农业出版社,2002:141-145.3滕少花,梁英彩,蓝建宁.桂牧I号杂交象草对乳牛产奶量的影响J.草业科学,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苏兴钜,陈善棠.象草在公路边坡防护及弃方区绿化中的应用J.公路交通科技,2002,19(5:171-172.6李根仙.象草制浆初探J.浙江造纸,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