全 文 ：干旱生境中接种根际促生细菌对核桃根际
土壤生物学特征的影响*
刘方春摇 邢尚军**摇 马海林摇 杜振宇摇 马丙尧
(山东省林业科学研究院 /山东省森林植被生态修复工程技术研究中心, 济南 250014)
摘摇 要摇 研究了干旱生境下接种假单胞菌 YT3、枯草芽孢杆菌 DZ1、蜡样芽孢杆菌 L90 和纺
锤芽孢杆菌 L13 等 4 株植物根际促生细菌(PGPR)对核桃根际土壤生物学特征的影响.结果
表明: 干旱对核桃根际土壤养分有效性影响不显著,但高活性有机碳含量降低 18. 4% ,pH由
7. 34 显著提高到 7. 79.干旱生境下接种 L90 后,土壤高活性有机碳含量提高 14. 5% ,pH降低
至 7. 41. 干旱导致根际土壤微生物总量、微生物生物量碳、氮和根系分泌物含量分别下降
36郾 0% 、20. 7% 、33. 5%和 30. 7% ,接种 L90 后仅分别降低 14. 1% 、10. 3% 、12. 1%和 12. 7% .
核桃根际土壤微生物的末端限制性片段长度多态性分析图谱显示,干旱胁迫导致一些优势细
菌群落消失,而接种 PGPR对核桃根际土壤细菌群落结构有较大影响. 干旱胁迫下核桃根际
土壤微生物群落的 Margalef 指数和 Shannon 指数显著降低,Simpson 指数显著增加;接种 L90
后,Margalef 指数和 Shannon指数分别由 0. 42 和 0. 52 增至 0. 99 和 0. 98,Simpson指数由 0. 60
降至 0. 39.与接种 L90 处理相比,干旱生境下接种 YT3、DZ1 和 L13 处理核桃根际土壤生物学
特征差异不显著,表明 L90 可有效抑制干旱引起的核桃根际土壤生物学特征的改变.
关键词摇 核桃摇 干旱胁迫摇 根际摇 植物根际促生细菌摇 群落结构摇 多样性
*山东省科技发展计划专项(2010GSF10621)资助.
**通讯作者. E鄄mail: xingsj鄄126@ 126. com
2013鄄07鄄23 收稿,2014鄄02鄄18 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)05-1475-08摇 中图分类号摇 S154. 3, S182摇 文献标识码摇 A
Effects of inoculating plant growth鄄promoting rhizobacteria on the biological characteristics
of walnut (Juglans regia) rhizosphere soil under drought condition. LIU Fang鄄chun, XING
Shang鄄jun, MA Hai鄄lin, DU Zhen鄄yu, MA Bing鄄yao (Shandong Academy of Forestry / Shandong
Engineering Research Center for Ecological Restoration of Forest Vegetation, Ji爷 nan 250014, Chi鄄
na) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(5): 1475-1482.
Abstract: Effects of four plant growth鄄promoting rhizobacteria (PGPR), namely Pseudomonas sp.
YT3, Bacillus subtilis DZ1, B. cereus L90 and B. fusiformis L13 on the biological characteristics of
walnut (Juglans regia) rhizosphere soil under drought stress were investigated. Results showed that
drought stress had little effect on available nutrients of walnut rhizosphere soil, but significantly de鄄
creased the activity of organic carbon by 18. 4% and increased the pH from 7. 34 to 7. 79. Under
drought stress condition, the inoculation of Bacillus cereus L90 significantly increased high鄄labile or鄄
ganic carbon in walnut rhizosphere by 14. 5% relative to the un鄄inoculated control, and decreased
the pH to 7. 41. Compared with the irrigated control, the total microbial populations, root exu鄄
dates, microbial biomass carbon, and microbial biomass nitrogen in walnut rhizosphere soil were
significantly decreased by 36. 0% , 20. 7% , 33. 5% and 30. 7% , respectively, because of drought
stress. However, L90 inoculation decreased these deficits to 14. 1% , 10. 3% , 12. 1% and
12. 7% , respectively. Some terminal restriction fragments (T鄄RFs) disappeared under the drought
condition and PGPR inoculation had great influence on T鄄RFs according to Terminal Restriction
Fragment Length Polymorphism profiles. The Margalef index and the Shannon index of walnut rhizo鄄
sphere soil significantly decreased, but the Simpson index increased relative to the irrigated control.
Compared with the un鄄inoculated control, the Margalef index significantly increased from 0. 42 to
0. 99, as well as the Shannon index increased from 0. 52 to 0. 98. However, the Simpson index de鄄
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 5 月摇 第 25 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2014, 25(5): 1475-1482
creased from 0. 60 to 0. 39. Inoculating YT3, DZ1 and L13 had weaker effects on the biological
characteristics of walnut rhizosphere soil compared to inoculating L90, suggesting L90 inoculation
could interfere with the suppression of drought stress to the biological characteristics of walnut rhizo鄄
sphere soil.
Key words: walnut; drought stress; rhizosphere; plant growth鄄promoting rhizobacteria; community
structure; diversity.
摇 摇 干旱是全球范围内影响农林生产的一种严重自
然灾害.干旱可影响植物调节酶含量、限制植物生
长,影响作物产量[1-2],还会导致土壤微生物数量降
低,细菌群落结构多样性减少,从而加大植物受到的
干旱胁迫[3] .通过接种外源基因和人工合成菌剂来
提高植物在干旱环境中的适应能力,是近年来国内
外研究的热点. 贺学礼等[4]研究发现,干旱胁迫下
接种丛枝菌根真菌可直接促进宿主植物绢蒿( Se鄄
riphidium minch俟nense)根系对土壤水分和矿质元素
的吸收,间接改善植株体内生理代谢活动.王艺和丁
桂杰[5]研究发现,在持续干旱及复水处理后,接种
不同菌根后马尾松(Pinus massoniana)苗木抗旱性
强弱为牛肝菌 7>牛肝菌 1>鸡油菌>土生空团菌>彩
色豆马勃.目前,从根际土壤中筛选植物根际促生细
菌,并应用于植物抗旱性的研究鲜有报道.
植物根际促生细菌(plant growth鄄promoting rhi鄄
zobacteria,PGPR)是生存在植物根圈范围内,对植物
生长有促进或对病原菌有拮抗作用的有益细菌的统
称,对植物生长及病害防治有极其重要的作用[6] .
目前,大量关于 PGPR 筛选及应用的研究证明,PG鄄
PR对植物根际土壤生态环境的改善、植物生长,尤
其是植物根系生长有显著促进作用[7-9] .但有关 PG鄄
PR在干旱胁迫生境中对根际土壤影响的研究较少.
核桃(Juglans regia)是一种重要的坚果和木本
油料果树,在干旱瘠薄山地、道路、城镇绿化和农田
林网建设中有巨大的发展潜力[10] .本研究选用从植
物根际土壤中筛选的 4 株植物根际促生细菌,研究
了干旱生境下接种 PGPR对核桃根际土壤理化性质
和微生物特征的影响,以揭示植物根际促生细菌在
植物干旱逆境中的作用,为提高植物的抗旱能力提
供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料
供试核桃为 1 年生实生苗,株高(55. 7 依3. 4)
cm,地径(0. 89依0. 04) cm.供试土壤为潮土,来自山
东省林业科学院试验苗圃,土壤速效氮 38郾 96
mg·kg-1,速效磷 34. 25 mg·kg-1,速效钾 92郾 43
mg·kg-1,有机质 11. 86 g·kg-1,pH 7. 44,田间持水
量 37. 4% .
利用梯度稀释法和三区划线法分别从核桃、冬
枣、樱桃和蓝莓的根际土壤中分离、纯化出细菌分离
物,然后参考 Abbasi 等[8]的生物法(小麦叶片保绿
和萝卜子叶增重)筛选出 4 株促生效果较好的植物
根际促生细菌,综合其生理生化特征和 16S rRNA
基因序列分析,分别鉴定为:假单胞菌(Pseudomonas
sp. )YT3(保存于中国普通微生物保藏管理中心,
CGMCC No. 5319)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)
DZ1(CGMCC No. 5318)、蜡样芽孢杆菌(B. cereus)
L90(CGMCC No. 7069)和纺锤芽孢杆菌(B. fusifor鄄
mis)L13(CGMCC No. 7068).将各分离菌株接入牛
肉膏蛋白胨培养基(牛肉膏 0. 3% ,蛋白胨 1% ,氯化
钠 0. 5% ,琼脂 2% ,pH 7. 0 ~ 7. 2,质量百分比)中,
于 37 益、180 r·min-1条件下振荡培养 2 ~ 3 d. 然
后,接种到液体培养基中(乳糖 2% ,蛋白胨 2% ,
K2HPO4 0. 15%,MgSO4·7H2O 0郾 02%,CaCl2 0郾 01%,
pH 6. 2 ~6. 8),接种量 10% ,于 30 ~ 35 益摇床培养,
转速 180 r·min-1,培养 12 h,利用平板计数法测定
每毫升含菌量,计算菌液浓度,统一稀释至 2 伊108
cfu·mL-1 .
1郾 2摇 试验设计
试验于 2012 年 3—7 月在山东省林业科学研究
院的塑料大棚中进行,采用盆栽试验,随机区组设
计,重复 5 次.盆高 25 cm、宽 30 cm,每盆装土13 kg.
试验设 6 个处理:1)正常供水处理( IC);2)干旱胁
迫下接种 Pseudomonas sp. YT3 处理(YT3);3)干旱
胁迫下接种 B. subtilis DZ1 处理(DZ1);4)干旱胁迫
下接种 B. cereus L90 处理(L90);5)干旱胁迫下接
种 B. fusiformis L13 处理(L13);6)干旱处理(DC).
2012 年 3 月 22 日定植核桃苗,取配置好的 4 种不
同菌液 10 mL,稀释至 150 mL,沾根后均匀浇灌于核
桃苗根系周围. 然后浇水至田间持水量的 85% ,每
天定时浇水,维持土壤含水量为 75% ~ 80%的田间
持水量.缓苗后,进行干旱胁迫,利用便携式土壤水
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分 /盐分 /温度计(WET鄄2鄄K1 型,英国)于每天 9:00
测量土壤含水量,定时浇水,使土壤含水量达到田间
持水量的 40% ~ 45% . 30 d 后将带土植株取出,先
抖落大块不含根系的土壤,然后用力将根表面附着
的土壤全部抖落,作为根际土装入塑料袋内[10] . 将
所取根际土壤样品充分混匀后分成 3 份,1 份用于
土壤微生物生物量碳、氮和微生物数量的测定,另外
1 份放于-80 益冰箱中保存用于细菌群落结构多样
性分析,第 3 份风干,过 2 mm 筛供土壤理化性质
测定.
1郾 3摇 测定方法
土壤有效氮含量采用碱解扩散法测定,速效磷
采用碳酸氢钠浸提鄄钼锑抗比色法测定,速效 K采用
醋酸铵鄄火焰光度计法测定,pH采用电位法测定(水
土比为 2. 5 颐 1). 土壤活性有机碳含量参考罗友进
等[11] 的 方 法 测 定, 分 别 选 择 33、 167 和 333
mmol· L-1 KMnO4测定高活性有机碳、中活性有机
碳和活性有机碳含量. 根系分泌物中氨基酸总量的
测定采用甲醛滴定法,总糖测定采用蒽酮比色法,有
机酸的测定利用 Agilent HP鄄1100 series 液相色谱
仪.三大功能微生物数量的测定采用稀释平板法,其
中,真菌的测定采用马丁培养基+孟加拉红+硫酸链
霉素;放线菌的测定采用改良高氏 1 号培养基+重
铬酸钾;细菌的测定采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基.
取每个稀释度悬液 0. 1 mL,接种于消毒培养皿,重
复 3 次,每种菌均以不加悬液的消毒蒸馏水作空白
对照[12] .
末端限制性片段长度多态性分析( terminal re鄄
striction fragment length polymorphism, T鄄RFLP)中,
样品基因组总 DNA 的提取和纯化使用 E. Z. N. A.
Soil DNA Kit(美国 OMEGA 公司);16S rRNA 的扩
增、PCR反应条件及产物回收参考宋洪宁等[13]的方
法,酶切产物用 ABI 3730 测序仪扫描,扫描结果采
用 Peak Scanner Software v1. 0 软件进行分析.
1郾 4摇 数据处理
单个 T鄄RF( terminal restriction fragment)的相对
峰面积(Ap)通过公式 Ap = ni / N伊100 计算,其中,ni
为单个 T鄄RF的峰面积,N为图谱中所有峰的面积总
和. Ap值采用片段长度在 55 ~ 550 bp 区间且>1%的
T鄄RF数值进行统计分析. 以 T鄄RF 的相对峰面积作
为对应的 OUT(可统计的 T鄄RF)的丰度. 根据图谱
中 OTU的种类及其丰度通过 BIO鄄DAP 程序进行细
菌群落多样性分析[13] . 采用 Excel 2007 和 SPSS 软
件进行数据统计分析,采用 LSD 法进行多重比较
(琢=0. 05).图表中数据为平均值依标准差.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 根际土壤理化特征
根际土壤的微环境特征对植物的抗旱能力具有
重要意义[14] .各类土壤的 pH 通常相对稳定,但在
外在干扰的情况下会发生显著变化.由表 1 可知,与
正常供水处理( IC)相比,干旱导致核桃根际土壤
pH由 7. 34 显著升高到 7. 79;而在干旱生境下,接
种 L90 可使土壤 pH 显著降低到 7. 41.干旱没有导
致土壤中有效养分含量降低,而干旱生境下接种
PGPR 可有效提高部分养分离子的有效性. 同干旱
处理(DC)相比,接种 L90 后土壤速效磷和速效钾含
量分别提高 12. 2%和 17. 2% ,但接种 DZ1、YT3 和
L13 对土壤 pH和有效养分影响不显著. 此外,干旱
还导致根际土壤中高活性有机碳含量下降.同 IC 相
比,干旱使高活性有机碳含量下降 18. 4% ;而干旱
生境下,接种 L90 显著提高了土壤高活性有机碳和
活性有机碳含量,但接种 DZ1、YT3 和 L13 对土壤有
机碳含量影响不显著.可见,虽然干旱对核桃根际土
壤养分有效性影响不显著,但显著降低了有机碳
活性,导致土壤pH升高,而干旱生境下接种某些
表 1摇 干旱和植物根际促生细菌对核桃根际土壤理化特征的影响
Table 1摇 Effects of drought stress and PGPR on physical and chemical properties of walnut rhizosphere soil
处理
Treatment
有效养分 Available nutrient (mg·kg-1)
N P K
pH 有机碳 Organic carbon (g·kg-1)
高活性
Highly鄄active
中活性
Moderately鄄active
低活性
Inertly鄄active
IC 41. 83依2. 11a 35. 37依1. 64b 92. 52依3. 54b 7. 34依0. 21c 0. 76依0. 06a 1. 16依0. 10a 1. 83依0. 06a
L90 44. 51依1. 96a 41. 04依1. 83a 104. 67依4. 57a 7. 41依0. 16c 0. 71依0. 05ab 1. 18依0. 06a 1. 74依0. 10b
DZ1 40. 87依2. 32a 35. 19依1. 69b 91. 33依3. 76b 7. 69依0. 21a 0. 64依0. 05b 1. 14依0. 09a 1. 56依0. 09c
YT3 42. 39依2. 17a 37. 34依1. 57b 85. 98依4. 01b 7. 71依0. 19a 0. 62依0. 03b 1. 23依0. 07a 1. 60依0. 12c
L13 44. 10依1. 96a 34. 19依1. 72b 91. 19依3. 57b 7. 64依0. 14b 0. 68依0. 05b 1. 20依0. 09a 1. 59依0. 07c
DC 40. 42依2. 01a 36. 57依1. 96b 89. 32依4. 04b 7. 79依0. 14a 0. 62依0. 04b 1. 19依0. 05a 1. 63依0. 09c
IC:正常供水 Normal water supply; DC:干旱 Drought. 不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different small letters indicated significant
difference among treatments at 0. 05 level. 下同 The same below.
77415 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘方春等: 干旱生境中接种根际促生细菌对核桃根际土壤生物学特征的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 干旱和植物根际促生细菌对核桃根际土壤微生物特征的影响
Table 2摇 Effects of drought stress and PGPR on the microbial characteristics of walnut rhizosphere soil
处理
Treatment
细菌
Bacteria
(伊105 cfu·g-1)
放线菌
Actinomycetes
(伊105 cfu·g-1)
真菌
Fungi
(伊105 cfu·g-1)
微生物量碳
SMBC
(mg·kg-1)
微生物量氮
SMBN
(mg·kg-1)
IC 42. 35依3. 52a 8. 04依5. 37a 0. 89依0. 53a 437. 37依22. 85a 41. 26依3. 34a
L90 35. 88依2. 71b 7. 79依4. 56ab 0. 39依0. 04b 392. 51依26. 45b 36. 26依1. 98b
DZ1 28. 40依2. 04c 6. 74依4. 47c 0. 43依0. 04b 353. 05依19. 70c 32. 84依2. 34c
YT3 31. 34依2. 21c 6. 13依4. 02c 0. 38依0. 03b 347. 46依22. 38c 31. 02依2. 51c
L13 25. 96依1. 94c 7. 16依3. 28b 0. 46依0. 05b 354. 41依15. 17c 32. 70依2. 10c
DC 25. 89依2. 07c 6. 51依4. 34c 0. 41依0. 04b 346. 75依17. 03c 30. 90依1. 99c
SMBC: Soil microbial biomass C; SMBN: Soil microbial biomass N.
PGPR 种可有效改善核桃根际土壤的生态环境,但
并非所有 PGPR种都能起到这种作用.
2郾 2摇 根际土壤微生物数量
由表 2 可知,核桃根际土壤微生物以细菌为主,
不同处理中细菌占微生物总量的比例为 77. 3% ~
82. 6% ,放线菌所占比例为 15. 7% ~ 21. 3% ,而真
菌所占比例仅为 0. 9% ~ 1. 7% .干旱显著降低了根
际土壤微生物数量,同 IC 相比,DC 的细菌、放线菌
和真菌数量分别降低 38. 9% 、19. 0%和 53. 9% . 干
旱生境下接种 L90 可显著提高根际土壤细菌和放线
菌数量,但对真菌数量影响不显著.微生物生物量碳
和氮含量在干旱胁迫下显著降低,而同 DC 相比,接
种 L90 后微生物生物量碳和氮含量显著增加
13郾 2%和 17. 4% .干旱生境下接种 DZ1 和 YT3 对核
桃根际土壤微生物数量及微生物生物量碳、氮含量
影响不显著.可见,干旱会导致核桃根际土壤微生物
数量及微生物生物量碳、氮含量下降,而接种特定的
植物根际促生细菌可降低这种影响,接种 B. cereus
L90 的效果显著优于其他根际促生细菌.
2郾 3摇 根际土壤中根系分泌物含量
根系分泌物对根际土壤环境的调节和养分的吸
收具有重要意义[15] .干旱胁迫会导致核桃根际土壤
中根系分泌物含量显著下降.与 IC 相比,干旱导致
根系分泌物中氨基酸、有机酸和总糖含量分别降低
35. 3% 、30. 7%和 43. 8% .干旱生境下接种不同 PG鄄
PR对根系分泌物有不同影响.同 DC相比,接种 L90
后氨基酸、有机酸和总糖 3 种根系分泌物含量分别
增加 30. 6% 、20. 1%和 25. 8% ,差异显著.接种 L13
也可显著提高总糖含量,但显著低于 L90 处理.接种
DZ1 和 YT3 对根系分泌物含量影响不显著(表 3).
2郾 4摇 细菌群落结构多样性
2郾 4郾 1 T鄄RFLP 图谱及主要片段定性分析 摇 由图 1
可知,每个峰相当于一种细菌,峰越多细菌种类越
表 3摇 干旱和植物根际促生细菌对核桃根际土壤根系分泌
物含量的影响
Table 3摇 Effects of drought stress and PGPR on root exu鄄
date contents of walnut rhizosphere soil
处理
Treat鄄
ment
氨基酸
Amino acid
(mg·kg-1)
总有机酸
Total organic acid
(伊10-3mg·kg-1)
总糖
Total sugar
(mg·kg-1)
IC 1. 24依0. 08a 25. 75依2. 56a 21. 37依1. 84a
L90 1. 04依0. 07ab 21. 43依2. 02b 18. 68依1. 52b
DZ1 0. 79依0. 05b 17. 47依1. 37c 15. 86依1. 03c
YT3 0. 81依0. 06b 17. 74依1. 28c 15. 75依0. 98c
L13 0. 79依0. 05b 17. 79依1. 10c 17. 44依1. 17b
DC 0. 80依0. 05b 17. 84依1. 62c 14. 86依0. 87c
多,峰面积代表该细菌含量[13] . 6 个处理中,只在
67 bp条带下具有相同的 T鄄RFs. 67 和 149 bp 为 IC
和 DC处理的共有 T鄄RFs,其中,67 bp片段比例差异
不大,但干旱胁迫时 149 bp 片段所占比例由 1. 3%
增加到 2. 5% . 此外,在干旱胁迫下,151 和 160 bp
等部分优势 T鄄RFs 消失. 干旱生境下接种不同 PG鄄
PR对 T鄄RFLP 图谱影响不同,67 bp 条带为干旱胁
迫下共有的优势 T鄄RF,但也导致一些优势条带消失
或出现. 比如,干旱生境下接种 PGPR 导致 149 bp
条带消失(L90 除外),但 66 bp (L90)、81 bp(L13)、
145 bp(DZ1)和 151 bp(L90 和 YT3)则成为不同处
理的优势条带.可见,干旱胁迫可导致一些优势细菌
消失,而干旱生境下接种 PGPR 会对核桃根际土壤
的细菌菌群结构产生较大影响.
将 T鄄RFs数据输入 Phylogenetic Assignment Tool
数据库进行比对,对图谱中一些优势峰可能代表的
物种进行推测.结果表明, 除 60 bp 的 T鄄RF 无法推
测外,图谱中一些优势峰可能代表的物种为:Acti鄄
nobacteria(放线菌门) (66 bp)、 Actinobacteria (67
bp)、Firmicutes(厚壁菌门) / Bacteroidetes (拟杆菌
门 ) / 茁鄄Proteobacteria ( 茁鄄变形菌 ) / 啄鄄Proteobacteria
( 啄鄄变形菌) (81 bp)、 Actinobacteria / Firmicutes / 酌鄄
Proteobacteria (酌鄄变形菌) / Bacteroidetes (145 bp)、
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图 1摇 不同处理下核桃根际土壤的 T鄄RFLP图谱
Fig. 1摇 T鄄RFLP profiles in the rhizosphere soils of walnut seedlings in different treatments.
IC:正常供水 Normal water supply; DC:干旱 Drought. 下同 The same below.
Firmicutes / 琢鄄Proteobacteria (琢鄄变形菌) / Actinobacte鄄
ria (149 bp)、琢鄄Proteobacteria / Firmicutes (151 bp)、
Actinobacteria / Firmicute / 啄鄄Proteobacteria(160 bp).
2郾 4郾 2 多样性指数分析 摇 根据 T鄄RFLP 图谱中的
OUT数量、种类及丰度,计算土壤细菌群落多样性
指数.由图 2 可知,DC 处理核桃根际土壤细菌群落
Margalef 指数和 Shannon 指数分别由 1. 44 和 1. 13
降至0 郾 4 2和0 郾 5 2 ,而 Simpson指数由0 郾 4 1升至
图 2摇 干旱及 PGPR对核桃根际土壤细菌多样性的影响
Fig. 2摇 Effects of drought and PGPR on species diversity in the
rhizosphere soils of walnut seedlings.
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different small letters
indicated significant difference among treatments at 0. 05 level.
0. 60,且差异显著.干旱生境下接种不同 PGPR对核
桃根际土壤的细菌群落结构影响不同. 接种 L90 后
土壤细菌群落的 Margalef 指数和 Shannon 指数分别
增至 0. 99 和 0. 98,Simpson 指数降至 0. 39,且差异
显著. DZ1 处理与干旱处理之间差异未达显著水平.
可见,干旱降低了细菌群落结构的多样性,而干旱生
境下接种 PGPR 可提高多样性指数,然而 PGPR 的
种类是提高多样性指数的关键因素.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 根际促生细菌对根系分泌物和土壤理化性质
的影响
根际是距离根系表面 0 ~ 4 mm 的土壤区域,受
到植物根系的直接影响[16] . 林木根际是由树木细
根鄄土壤鄄微生物组成的一个特殊微生态系统,也是
各种养分、水分及各种物质进入根系参与物质循环
和能量转化的重要场所之一[17] .当植物受到干旱胁
迫时,根系首先会感应到根际土壤的变化. 因此,研
究根际土壤的生物学特性对研究植物的抗旱性能具
有重要意义.本研究表明,干旱生境下接种某些 PG鄄
PR对核桃根际土壤的理化性质产生很大影响.干旱
97415 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘方春等: 干旱生境中接种根际促生细菌对核桃根际土壤生物学特征的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
会导致土壤 pH增加,而在干旱生境下接种某些 PG鄄
PR可在一定程度上抑制 pH 的增加. 干旱胁迫下,
水分供应量低于蒸发量,造成一些盐基累积,从而导
致土壤 pH升高.在植物生长过程中,根系不仅从土
壤中摄取养分和水分,同时也向生长介质中分泌质
子、释放无机离子、溢泌或分泌大量有机物[16],即根
分泌物.干旱生境中接种 L90 提高了根系分泌物中
一些有机酸含量.有机酸含量的增加可能是导致根
际土壤 pH降低的原因之一.有研究表明,土壤中速
效养分具有在根际土壤中累积的现象,对植物养分
的吸收有着重要作用[18-19] .虽然干旱对根际土壤养
分离子影响不显著,但干旱生境中接种 PGPR 可提
高速效磷和速效钾含量. 土壤 pH 值降低可以提高
一些盐类离子的溶解性[20],这是根际土壤养分有效
性增加的原因之一. 磷在土壤中主要以螯合态难溶
性磷的形式存在[21],植物快速生长会导致根系周围
磷元素大量缺乏,从而改变根系皮层细胞的膜电位
渗透压[22],这对植物的水分吸收非常不利.此外,干
旱胁迫下植物对养分离子的吸收能力大幅降低,一
定程度上提高了根际周围的养分离子浓度,对增强
植物抗旱能力有益.综上,干旱生境中接种根际促生
细菌,可以提高根际土壤有效离子浓度,对植物养分
吸收、保持根系皮层细胞的膜电位渗透压具有积极
作用.干旱还会引起土壤有机碳活性降低,但接种
B. cereus L90 可有效提高高活性有机碳含量,对改
善核桃根际土壤生态环境具有重要意义.
3郾 2摇 根际促生细菌对土壤微生物的影响
土壤微生物是土壤有机质和土壤养分转化循环
的动力,对土壤肥力的形成起着积极作用[8,23] .本研
究中,干旱环境下根际土壤细菌占微生物总量的比
例为 77. 3% ~ 82. 6% ,放线菌比例为 15. 7% ~
21郾 3% ,而真菌所占比例仅为 0. 9% ~ 1. 7% ,干旱
胁迫下加入植物根际促生细菌并没有大幅改变土壤
中三大功能微生物的总体比例[24] .干旱胁迫导致根
际土壤微生物数量显著下降,而接种 L90 可显著提
高干旱生境下微生物数量.正常水分供应条件下,有
研究表明,YT3 和 DZ1 可提高根际土壤的细菌数
量[7,18],而本研究中,干旱生境下这两种根际促生细
菌对微生物数量影响较小,说明干旱生境中加入特
定的根际促生细菌对根际土壤微生物有益. 土壤中
细菌数量最大,所需能源物质多,受根系活动影响最
为明显.干旱胁迫导致植物根系活力下降,而植物根
际促生细菌对植物根系生长和活力具有重要作用.
根系可分泌大量无机和有机物质,提高微生物量碳
和氮的含量,增加细菌生长和繁殖所需的营养来源
和能量来源[15] . 因此,较强的根系活力促进根系分
泌物质的增加可能是导致干旱生境下细菌大幅增加
的原因之一.有研究发现,适宜干旱有利于细菌发挥
作用,另有研究证实,真菌和放线菌较容易适应干旱
条件[25] .这与本研究结果相似. Arkhipova等[26]研究
发现,细菌在干旱环境中可促进植物生长,因此,干
旱环境下加入特定的根际促生细菌可提高细菌数
量,这对干旱环境下植物生长具有重要意义.
3郾 3摇 根际促生细菌对细菌群落结构多样性的影响
无论是土壤细菌、真菌还是放线菌,稀释平板法
计数测定代表性存在较大的误差,在研究过程中很
难获得准确可靠的信息[27] . T鄄RFLP 技术可获得土
壤微生物系统的发育信息,是一种有效评价土壤微
生物群落多样性的方法[28-29] . 因此,本研究利用 T鄄
RFLP技术着重研究了干旱生境下接种植物根际促
生细菌对核桃根际土壤中细菌多样性的影响. 土壤
微生物结构容易受外界环境,如盐分、温度、湿度等
的影响而发生变化. 本研究中,土壤受到干旱胁迫
时,一些优势 T鄄RFs消失,一些共有的 T鄄RFs所占的
比例有很大差异.这说明干旱对根际土壤细菌群落
结构产生较大影响. 从 T鄄RFLP 图谱主要片段定性
分析来看,干旱对核桃根际土壤的 Actinobacteria(67
和 149 bp)影响较小,而 琢鄄Proteobacteria / Firmicutes
(151 bp)和 Actinobacteria / Firmicute / 啄鄄Proteobacteria
(160 bp)则随干旱胁迫而消失. 干旱生境下接种
PGPR 对根际土壤细菌群落结构具有较大影响. 接
种 L90 后 Actinobacteria(66 bp)和 琢鄄Proteobacteria /
Firmicutes(151 bp)成为优势菌群,而接种 DZ1、YT3
和 L13 导致 Actinobacteria(149 bp)消失和一些新的
优势菌群出现. 基于 T鄄RFLP 图谱的多样性指数分
析显示,干旱可降低细菌群落多样性,而干旱生境下
接种 PGPR可提高多样性指数,然而 PGPR 的种类
是提高多样性指数的关键因素. 本研究中,接种 B.
cereus L90 显著提高了干旱生境中细菌群落多样性,
而另外 3 种 PGPR的影响较小.
本研究选用的 4 株 PGPR均已证明对植物具有
较好的促生作用,可有效促进植物生长,改善植物生
长的根际土壤环境[7,18] .然而本研究中,在干旱生境
下接种 B. cereus L90 对根际土壤具有较好的改善效
果,而接种 DZ1、YT3 和 L13 的影响相对较小. 这可
能与菌种本身的特性有关,也可能与菌种筛选的环
境有关. L90 筛选于长期处于干旱环境的核桃根际
土壤,筛选出的菌种可能更能适应干旱环境,而
0841 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
DZ1、YT3 和 L13 分别筛选于冬枣、樱桃和蓝莓根际
土壤中,土壤环境长期处于较适宜的水分状态,筛选
出的 PGPR在干旱环境中难以成功定殖,对植物根
际土壤环境特征改善作用有限.因此,一定环境中筛
选出的 PGPR在特定环境中的应用将是研究植物根
际促生细菌筛选及应用的重要方向之一.
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作者简介摇 刘方春,男,1978 年生,博士. 主要从事林木营养
研究. E鄄mail: fchliu@ 126. com
责任编辑摇 孙摇 菊
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