全 文 ：收稿日期:1999-10-18
基金项目:北京市自然科学基金重点项目(6971003)
作者简介:赵小蓉(1970-),女 ,在读博士 ,主要从事土壤微生物生态学研究。
小麦根际与非根际解磷细菌的分布
赵小蓉1 ,林启美1 ,孙焱鑫2 ,张有山2 ,王幼姗2
(1中国农业大学土壤和水科学系 ,北京　100094;
2北京市农林科学院植物营养与资源研究所 ,北京　100089)
摘要:在冬小麦苗期 ,利用根际和非根际土壤测定分解卵磷脂和溶解磷酸三钙的细菌 , 发现根际土
壤解磷细菌的数量大大高于非根际土壤 , 但无论是根际还是非根际土壤 , 有机磷细菌比无机磷细
菌多。根际土壤解磷细菌种类较多 , 而非根际土壤解磷细菌种类较少。根际土壤的有机磷细菌主
要为假单胞菌属 , 无机磷细菌主要是假单胞菌属和欧文氏菌属 , 而非根际土壤的优势解磷菌属不
明显。
关键词:小麦;根际;解磷细菌
中图分类号:S512.101　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2001)01-0111-05
磷是植物最重要的营养元素之一 ,许多研究结果表明:根际微生物的活性及其群落结构
对植物磷素营养影响很大[ 1] 。根际土壤与非根际土壤相比 ,微生物不仅数量多 ,而且生理活
性也较高 。Sperber[ 2]发现土壤中大部分解磷微生物都存在于植物根际 ,但这些微生物并不是
根际微生物的优势种群 。小麦根际解磷微生物主要为芽孢杆菌属(Bacillus)和埃希氏菌属
(Escherichia)[ 3] 。豆科植物根际解磷微生物主要是芽孢杆菌属[ 4] 。可见不同的作物 ,根际土
壤的解磷微生物的活性和种群差异很大 。
本研究通过比较小麦根际与非根际土壤中分解有机磷和无机磷的细菌数量及其种群的
差异 ,以了解根际微生物与小麦生长发育之间的关系。
1　材料和方法
1.1　材料
1.1.1　供试土壤　采自中国农业大学科学园试验地。
1.1.2　培养基　无机磷培养基:葡萄糖 10 g ,酵母粉 0.5 g ,CaCl2 0.1 g ,MgSO4·7H2O 0.3 g ,
蒸馏水 1 000 mL ,琼脂 20 g ,分装灭菌。临用时每 50 mL 中加入 10 mL 10%CaCl2 和 1 mL
10%K2HPO4混合液 ,混匀 ,用 0.1 mol/ L NaOH调节 pH 值 7.0 ,倒平板。
卵黄培养基:蛋白胨 10 g ,牛肉膏 3 g ,NaCl 5 g ,琼脂 15 g ,蒸馏水 1 000 mL , pH 值 7.0 ,
分装灭菌 ,临用时每 50 mL 中加入新鲜蛋黄液 3 mL(蛋黄与生理盐水等比例混合),倒平板。
华北农学报 2001 , 16(1):111～ 115
Acta Agriculturae Boreali-S inica 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.2　方法
1.2.1　土壤采集　在小麦苗期 ,选择无病虫害的植株 ,采用抖根法制备根际土壤 ,即把附着
在根上的土壤抖落在灭菌的培养皿中 ,同时取非根际土壤。
1.2.2　解磷细菌的分离 、计数和鉴定　称取 10 g 根际或非根际土壤于 95 mL 无菌水中振荡
30 min ,按 10倍稀释法稀释样品。取 10-4 ,10-5和10-6 3个稀释样品各 0.1 mL ,分别涂布于
无机磷培养基和卵黄培养基的平板上。有机磷细菌 28 ℃培养 2 d ,无机磷细菌培养 7 d ,分别
记录具有透明圈的菌落个数 ,并同时分别记录细菌菌落总数 。
将有透明圈的菌落进一步纯化后 ,按其形态 、生理生化特性 ,参照一般细菌常用鉴定方
法[ 5]鉴定菌属 ,同时求出各菌属所占的比例 。
1.2.3　解磷强度的测定　将分离纯化的菌株分别接种到卵黄培养基和无机磷培养基的平板
上 ,有机磷菌于 28 ℃培养 3 d ,无机磷菌培养 7 d ,测定菌落周围出现透明圈的大小作为解磷
强弱的指标。
2　结果与分析
2.1　根际与非根际土壤解磷细菌的数量分布
从表 1可以看出 ,无论是细菌总数 ,还是解磷细菌总数 ,根际土壤都比非根际土壤要多 。
根际土壤(R)与非根际土壤(S)细菌总数的比例为 20 ～ 50倍 ,有机磷细菌的 R/S为 32 ,无机
磷细菌的 R/S 为 40 。无论是根际还是非根际土壤 ,其解磷菌仅占细菌总数很少的一部分 。
有机磷细菌无论是根际还是非根际 ,其数量都比无机磷细菌要多 ,尤其是根际土壤分解有机
磷的细菌比溶解无机磷的细菌要多 3倍 。
表 1　小麦根际与非根际土壤解磷细菌数量 ×106cfu/ g
土壤 有机磷细菌 细菌总数 有机磷细菌/细菌总数(%) 无机磷细菌 细菌总数
无机磷细菌/细
菌总数(%)
根际 12.7±3.25 233.8±9.14 5.42 4.0±0.57 291.2±21.09 1.38
非根际 0.4±0.05 　4.5±0.47 8.28 0.1±0.08 13.7±1.39 0.88
　　植物在生长过程中 ,根系经常不断地向土壤分泌大量的有机物质 ,并且不同植物 、不同生
长发育时期 ,根系分泌物的种类和数量差异很大[ 6 , 7] 。根系所分泌的物质包括糖 、有机酸 、氨
基酸 、糖苷 、核苷酸及酶 、维生素等等[ 8 ,9] ,光合作用同化的碳约有 30%～ 60%被运输到根部 ,
其中 40%～ 90%通过根系流入土壤[ 10] ,成为根际土壤微生物良好的培养基 ,导致根际微生物
的数量比非根际土壤要多 ,其比值一般为 10 ～ 100。本研究的结果证实 ,在小麦生长初期 ,由
于根系活动旺盛 ,分泌物较多 ,更有利于微生物的生长 ,尤其是刺激分解有机磷细菌的生长繁
殖 ,从而为根系提供更多的有效磷 。
2.2　根际与非根际土壤解磷细菌的种群分布
从表 2的结果可以看出 ,无论是无机磷细菌 ,还是有机磷细菌 ,根际土壤都比非根际土壤
的种群结构复杂 ,优势种群更加明显 。根际土壤分解有机磷的细菌共发现 4个属 ,主要是假
单胞菌属(Pseudomonas),占 66%左右 ,其次是芽孢杆菌属(Bacillus),还有少量的黄杆菌属
(Flavobacterivm)和欧文氏菌属(Erwinia)。非根际土壤只发现 2 个属 ,大部分是芽孢杆菌
112 华　北　农　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　16卷
属。溶解无机磷的细菌在根际土壤也发现 4个属 ,主要是假单胞菌属和欧文氏菌属 ,而非根
际土壤只发现 3个菌属 ,没有优势种类 。
表 2　小麦根际与非根际土壤解磷细菌的种群分布
属　　名 　　　　　有机磷细菌菌株　　　　 　　　　无机磷细菌菌株　　　　根际 非根际 根际 非根际
芽孢杆菌属 19 18 1
假单胞菌属 52 4 1
黄杆菌属 7
欧文氏菌属 1 3
固氮菌属 10 1
微球菌属 1
未知菌属 1
　　根际土壤同非根际土壤相比 ,通常革兰氏阴性无芽孢杆菌 、假单胞杆菌 、维生素异氧菌 、
糖发酵菌等数量较多 ,尤其是假单胞菌 、革兰氏阴性无芽孢杆菌在根际更具有竞争性 ,占根际
细菌总数的大部分[ 1] ,这与菌株本身的特性及根际环境的特殊性有关 。在根际土壤中 ,由于
根系不断分泌有机物质而为微生物的生长提供能源和碳源 ,使得根际土壤成为一个适合于发
酵类型细菌生活的环境。以假单胞菌为代表的 G-细菌的比例增加 ,有时甚至在绝对数量上
也超过G+[ 11 , 12] 。芽孢杆菌属比例减少 。G-细菌中假单胞菌属 、黄杆菌属占有重要地位 ,其
菌体微小 ,比个体大的细菌更易生长和繁殖 ,故在根际土壤中占优势 。
2.3　小麦根际与非根际解磷细菌的解磷能力
在进一步纯化过程中 ,一些菌株丧失了解磷活性 ,有些菌株解磷活性很低 ,表 3和表 4列
出了解磷能力比较强的一些菌株分解卵黄和磷酸三钙的结果。从表 3来看 ,同一菌属不同菌
株 ,其分解卵黄所产生的透明圈大小差异很大 ,除了欧文氏细菌 ,大多数菌株的溶磷圈都比菌
落要大很多 ,说明这些细菌分泌一些酶 ,向周围扩散 ,使卵黄分解 。但是 ,不同的菌株分泌酶
的能力有差异。另外 ,来自根际的细菌的解磷能力与来自非根际的细菌没有明显的差异 ,主
要取决于菌株。
表 3　小麦根际与非根际有机磷细菌分解卵黄的能力
菌　　属 d(mm) D(mm) D/d
芽孢杆菌属(R5) 3～ 8 10 ～ 22 2.00 ～ 3.60
　　　　(S6) 4～ 10 15 ～ 34 2.50 ～ 4.50
假单胞菌属(R5) 3～ 20 12 ～ 30 1.50 ～ 8.33
黄杆菌属(R1) 5 24 4.80
欧文氏菌属(R1) 5 5 1.00
固氮菌属(S5) 6～ 19 22 ～ 32 1.68 ～ 4.00
　注:R代表根际土壤 , S代表非根际土壤 ,后面的数字为菌株数;d为菌落直径 , D 为菌落加透明圈直径 ,下同。
表4的结果也表明:菌株之间溶解磷酸三钙的能力差异很大 ,几乎所有的菌株其溶磷圈
都比菌落要大 ,尤其是一株微球菌 ,这说明不同的细菌分泌溶解磷酸三钙的物质数量有很大
的差异。有人发现:微生物溶解无机磷酸盐主要是由于这些微生物分泌多种有机酸 ,这些有
机酸能够与钙 、镁 、铁 、铝等离子结合 ,从而将磷游离活化出来。但是 ,也有人提出可能存在多
1131期　　　　　　　　　　　　　　　　　赵小蓉等:小麦根际与非根际解磷细菌的分布
种微生物解磷机理。本研究所筛选出的细菌 ,其解磷原理还有待进一步的研究 。
表 4　小麦根际与非根际无机磷细菌溶解磷酸钙的能力
菌属 d(mm) D(mm) D/d
假单胞菌属(R4) 3～ 6 5 ～ 7 1.17 ～ 2.33
微球菌属(R1) 2 7 3.50
欧文氏菌属(R3) 5.5 ～ 6 7 1.17 ～ 1.27
固氮菌属(S1) 5 5.8 1.16
未知菌(R1) 5.5 7 1.27
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-266.
114 华　北　农　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　16卷
Phosphobacteria Distribution in Rhizophere and
Nonrhizosphere Soil of Winter Wheat
ZHAO Xiao-rong1 , LIN Qi-mei1 , SUN Yan-xin2 ,
ZHANG You-shan2 ,WANG You-shan2
(1 Depar tment of Soil and Wa ter Sciences , China Agricultural University , Beijing 100094 , China;2 Institute
o f P lant Nutrition and Resource , Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences , Beijing , 100089 , China)
Abstract:Rhizosphere and nonrhizosphere soils were sampled f rom w inter w heat field at early
g row ing stage.The to tal number and genus of the bacteria mineralizing lecithin or dissolving
phosphate were measured.It w as found that phosphobacteria in rhizosphere soil w ere higher than
those in nonrhizosphere soil.However , the organic phosphobacteria w ere much more than inor-
ganic phosphobacteria ei ther in rhizosphere or nonrhizosphere soil.There were a lot of diverse
genera of phosphobacteria in rhizosphere soil ,but a few in nonrhizosphere soil.The main organic
phosphobacteria were pseudomonas , and advantageous inorganic phosphobacteria were pseu-
domonas and Erwinia in rhizosphere.However , there w ere not any advantageous phosphobacteria
in nonrhizosphere soil.
Key words:Winter wheat;Rhizosphere;Phosphobacteria
1151期　　　　　　　　　　　　　　　　　赵小蓉等:小麦根际与非根际解磷细菌的分布