全 文 :第34卷第12期 西 南 大 学 学 报 (自然科学版) 2012年12月
Vol.34 No.12 Journal of Southwest University(Natural Science Edition) Dec. 2012
文章编号:1673-9868(2012)12-0048-06
濒危植物银杉根际微生物群落动态变化研究
①
易思荣, 黄 娅, 肖 波, 全 健,
韩 风, 韦中强, 曹厚强
重庆市药物种植研究所,重庆408435
摘要:通过定点取样的方法对银杉根际微生物群落结构进行了研究,研究内容包括根际微生物和非根际微生物的
类群和数量、不同季节根际微生物的变化动态、不同海拔梯度和不同土层深度根际微生物的群落变化动态等.研究
结果表明:① 银杉根际微生物中的细菌在数量上比放线菌和真菌至少高1个数量级,银杉的根际微生物在数量上
至少较其他松科植物相差1~2个数量级;② 不论从类群数量还是个体数量上,银杉的根际微生物总量都远低于其
他松科植物,这可能是导致银杉退化和生长不良的原因之一;③ 根际微生物的总量随海拔梯度没有明显变化,随
土壤深度呈现出明显递减的趋势;④ 不同季节根际微生物的总量差异不显著,根际微生物总量较非根际微生物多.
关 键 词:银杉;根际微生物;群落结构;动态变化
中图分类号:Q949.66+6 文献标志码:A
银杉Cathaya argyrophylla是我国特有的第三纪孑遗植物,远在第三纪银杉的家族广布于北半球的
欧亚大陆,在遭受第四纪冰川袭击后,银杉在地球上几乎绝迹,仅在中国亚热带山地的局部地区有零星残
存.迄今为止,天然银杉林已在广西、重庆、贵州和湖南4省区发现有分布,基本上间断分布于大娄山、越
城岭、八面山和大瑶山,其垂直分布幅度较大,最低分布线为海拔920m,最高分布线达1 840m.但高于1
m的银杉个体总数不超过5 000棵[1].
银杉起源古老,形态特别,对裸子植物中松科的系统发育和进化研究,以及古生物、古气候、古地质和
古生态方面的研究都有重要的科学价值,被公认为当今世界最珍贵的植物之一,为中国国家一级重点保护
野生植物.银杉作为一种濒危植物,自1955年被发现以来,即引起了国内外有关学者的广泛关注和重视,
在许多方面的研究都取得了重要进展.近年来,随着对生物多样性保护的高度重视和保护生物学学科的迅
速发展,银杉再次受到世人的关注,银杉种群的濒危机制、种群退化和未来命运成为研究热点.本文在了
解银杉种群退化的前提条件下,致力于对重庆金佛山国家级自然保护区分布的银杉根际微生物开展研究,
以期掌握银杉根际微生物的主要类群及其动态变化概况.
1 研究地区概况
金佛山国家级自然保护区位于重庆市南部南川市境内(东经106°54′-107°27′,北纬28°46′-29°38′),
东接贵州省道真县,南邻贵州省正安县、桐梓县,西连重庆万盛区、綦江县、巴南区,北与重庆涪陵接壤,
最高点为风吹岭,海拔2 251m,最低点在骑龙乡柏林的鱼跳岩,海拔340m,相对高差1 911m,面积
① 收稿日期:2012-03-13
基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2009BB5251).
作者简介:易思荣(1972-),男,四川达州人,副研究员,主要从事植物资源与生态研究.
DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2012.12.028
1 300km2.金佛山属亚热带湿润季风气候区,全年气候温和,四季分明,雨量充沛,既无严寒,又无酷署,
立体气候明显.年平均气温8.3℃,极端低温-14.4℃,极端高温29.2℃,年平均降水量1 395.5mm,
平均日照时数1 079.4h.平均10℃的活动积温5 435℃,相对湿度90%.金佛山属贵州大娄山东段的一
条支脉,形成于燕山运动后期,其后又受到喜马拉雅造山运动的影响,在长期的内外应力的作用下,形成
了深沟峡谷、峭壁悬崖和无数大断层,山体主要由灰岩和石灰岩组成,局部地区分布有玄武岩、页岩、砂岩
及变质岩等,主要土壤类型有黄壤、黄棕壤及少量亚高山草甸土[2-4].
金佛山属于中国—日本森林植物亚区的华中地区,位于我国三大特有现象中心之一的鄂西—川东植物
分布中心,从地理位置分析,它不仅位于东西植物分布的交界地带,也处于南北植物分界的边缘地区,是
众多野生植物的自然分化中心或分布中心[5-6];另外由于金佛山处于亚热带湿润气候区,长期受太平洋湿
润季风气候的影响,生物气候条件十分优越,再加之第四纪冰川运动时受到的影响很小,使部分亚热带珍
稀濒危植物得到保存、繁衍和发展,故区内植物种类繁多,类型复杂多样,形态特征各异,不同地质年代的
植物和不同区系成分的植物常常混合在一个植物群落里,珍稀、孑遗植物也相当丰富,是我国不可多得的
中亚热带植物集中分布中心.
2 材料与方法
2.1 样品采集
根据金佛山自然保护区内银杉分布区的地形地貌、海拔高度、自然植被等特征,选择6处有代表性的
取样点设立标准样地.在各标准样地内选择标准木3株,在标准木下挖出表层(0~20cm)细根(<5mm)作
为获取根际土壤的材料,同时按S形在各标准样地内布点(3~5点),取0~20cm非根际土壤.
采集时按照0~5cm,5~10cm,10~15cm和15~20cm进行分层,分别采集各层土壤,将采集的土样
分别放入已消毒的纸袋,封口编号并放入消毒密闭的塑料袋,带回实验室立即进行检测和微生物分离培
养.采样时间分别为3月13日、6月20日、9月18日和12月17日.各采样点见表1.
表1 银杉土壤采样点自然概况
样地
经度
/E
纬度
/N
海拔
/m
坡度
/°
坡向 坡位
1 E107°12′12″ N29°02′52″ 1 450 16 NE 中
2 E107°11′45″ N28°59′55″ 1 680 18 SE 上
3 E107°10′24″ N29°01′27″ 1 460 11 SW 中
4 E107°10′12″ N29°01′34″ 1 280 13 SW 中
5 E107°14′18″ N29°01′12″ 1 270 5 NE 上
6 E107°13′34″ N29°01′31″ 1 560 14 NE 上
2.2 样品处理
称取一定量的银杉根条,置于装有定量无菌水的容器中,振荡15~20min,洗下的土壤溶液即为根际
土壤悬液.用无菌镊子取出银杉根条,用滤纸吸干表面水分称质量,即可计算出根际土壤的质量.称取一
定量的非根际土,置于装有定量无菌水的容器中,振荡15~20min制成非根际土悬液.从野外采集回来未
能及时处理的土壤样品保存于4℃冰箱中.
2.3 土壤pH值和含水量测定
将采集回来的土样与水按照一定的比例混合后,用精密pH计测定土壤pH值.称取定量的新鲜土壤
放入金属容器称量,在恒温烘箱中烘干至恒定质量后称取质量,计算土壤含水量.
2.4 菌株的分离和培养
采用稀释平板法分别测定不同取样点银杉根际土悬液和非根际土悬液的细菌、真菌和放线菌数量.真
菌采用PSA培养基,细菌采用NA培养基,放线菌采用改良高氏1号培养基.各土壤溶液分别取100μL
放于PDA培养基平板中央,并使用无菌玻璃棒均匀涂布,然后置于不同条件下培养.细菌置于37℃恒温
94第12期 易思荣,等:濒危植物银杉根际微生物群落动态变化研究
培养箱中培养3~4d后计数;真菌置于28℃恒温培养箱中培养3~4d后计数;放线菌置于28℃恒温培养
箱中培养6~7d后计数.再将获得的菌株进行分离、纯化和编号,并接种于相应培养基中继续培养,置于
4℃条件下保存,用于分类鉴定.
2.5 土壤微生物种群数量测定与分类鉴定
细菌、放线菌和真菌的活菌计数培养基分别为牛肉膏蛋白胨培养基、高氏1号琼脂培养基和孟加拉红
琼脂培养基,具体培养方法见《土壤与环境微生物研究法》[7],并采用CFU(Colony Forming Unit)法进行计
数.优势菌株的分类鉴定遵循以生理生化特征为主,以形态结构和菌落特征为辅的原则,依据经典的分类
方法[8-10]进行.
3 结果与分析
3.1 土壤pH值和含水量
不同季节采集回来的土样需要及时进行检测,把各土壤样品与无菌水按照1∶5的比例混合后,用精密
pH计测定土壤的pH值.称取各新鲜土样10.0g放入金属容器中称质量,再置于恒温烘箱中烘干至恒定
质量后称质量,计算出土壤含水量.结果表明春、夏、秋、冬4季银杉林地土壤的pH值分别为6.74,6.93,
7.03和6.83,土壤的含水量分别为16.33%,12.23%,10.76%和14.56%.
3.2 土壤微生物数量和组成
经过培养分离和鉴定,银杉根际微生物中细菌、放线菌及真菌的数量分别为细菌7.35×105/g、放线菌
7.65×104/g、真菌11.13×103/g,分别占根际微生物总量的89.35%,9.30%和1.35%,其中细菌的数量
最多,放线菌次之,真菌的数量最少.银杉非根际微生物中细菌、放线菌及真菌的数量分别为细菌2.17×
105/g、放线菌3.87×104/g、真菌7.33×103/g,分别占根际微生物总量的82.50%,14.71%和2.79%,其
中细菌的数量最多,放线菌次之,真菌的数量最少.这一分布规律与其他物种土壤微生物的分布规律相符
合,说明细菌对促进土壤碳、氮、磷等元素的转化及维持生态平衡等发挥主导作用.各点根际微生物与非
根际微生物数量见表2.
表2 银杉根际微生物与非根际微生物数量
取样点 土壤类型*
细菌
/(105·g-1)
放线菌
/(104·g-1)
真菌
/(103·g-1)
1 Rhizosphere soil(R) 8.31 7.83 10.48
Non-rhizosphere soil(S) 1.93 3.93 7.04
2 Rhizosphere soil(R) 7.27 7.49 10.93
Non-rhizosphere soil(S) 1.99 3.79 7.42
3 Rhizosphere soil(R) 6.95 7.7 11.37
Non-rhizosphere soil(S) 2.28 3.87 7.39
4 Rhizosphere soil(R) 6.88 7.58 10.96
Non-rhizosphere soil(S) 2.04 3.82 7.41
5 Rhizosphere soil(R) 7.39 7.62 11.44
Non-rhizosphere soil(S) 2.31 3.79 7.42
6 Rhizosphere soil(R) 7.3 7.68 11.66
Non-rhizosphere soil(S) 2.47 4.02 7.3
平均 Rhizosphere soil(R) 7.35 7.65 11.14
Non-rhizosphere soil(S) 2.17 3.87 7.33
注:* Rhizosphere soil(R)指根际土壤,Non-rhizosphere soil(S)指非根际土壤.
05 西南大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.cn 第34卷
3.3 土壤微生物的鉴定结果
从不同季节的银杉根际土壤中分离到细菌4个属、放线菌2个属、真菌3个属,其中细菌包括芽孢杆
菌属Bacillus、假单胞菌属Pseudomonas、微球菌属Micrococcus和土壤杆菌属Agrobacterium;放线菌包
括链霉菌属Streptomyces和诺卡氏菌属Nocardia;真菌包括青霉属Penicillium、木霉属Trichoderma和
毛霉属Mucor.
从非根际土壤中分离到细菌3个属、放线菌2个属、真菌2个属,其中细菌包括芽孢杆菌属Bacillus、
假单胞菌属Pseudomonas和土壤杆菌属Agrobacterium;放线菌包括链霉菌属Streptomyces和诺卡氏菌属
Nocardia;真菌包括青霉属Penicillium和木霉属Trichoderma.
3.4 土壤微生物动态变化
在土壤微生物中,细菌的数量基本上比放线菌高1个数量级,而放线菌数量比真菌高出5~8倍,说明
细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌最少.根际微生物中的细菌较非根际微生物高出约3.4倍,放线菌高
出约2倍,真菌高出约1.5倍,且在类群分布上也比非根际微生物丰富(表2).
根据对不同海拔土壤微生物的分离鉴定表明,土壤微生物随海拔变化不明显;随着季节的变化土壤微
生物的数量有较明显的变化,其中以夏秋2季数量较多,冬春2季较少,但夏秋2季之间差异不显著,冬春
2季之间差异也不显著;随土壤深度增加,土壤微生物的类群和数量均呈现出明显减少的趋势(表3).
表3 银杉土壤微生物变化动态
取样点 土壤类型
日期/(105·g-1)
3.13 6.2 9.18 12.17
土壤深度/(105·g-1)
0~5cm 5~10cm 10~15cm 15~20cm
1 R 7.68 8.62 8.77 7.55 8.82 8.47 8.09 7.43
S 2.27 2.89 2.93 2.43 3.24 2.97 2.35 1.89
2 R 7.53 8.92 8.59 7.68 8.71 8.55 8.13 7.51
S 2.31 2.79 2.87 2.50 3.28 2.93 2.37 1.92
3 R 7.72 8.87 8.63 7.59 8.90 8.51 7.99 7.54
S 2.29 2.80 2.91 2.49 3.31 2.99 2.33 1.88
4 R 7.81 8.59 8.70 7.71 8.74 8.42 8.14 7.63
S 2.31 2.90 2.88 2.57 3.29 3.03 2.29 1.96
5 R 7.90 8.77 8.89 7.93 8.89 8.50 8.04 7.57
S 2.19 2.92 2.78 2.60 3.42 2.91 2.36 1.82
6 R 7.73 8.82 8.73 7.79 8.81 8.49 8.07 7.57
S 2.28 2.74 2.90 2.57 3.41 3.06 2.27 1.84
平均 R/S 8.23/2.63
4 讨 论
前期研究结果表明,细菌有利于促进土壤中有机残体的分解和潜在养分的转化,有利于提高土壤的供
肥能力,释放出的CO2 可供植物进行光合作用.根际微生物种类越多,数量越大,土壤微生物的活性则越
强,越能促进植物的生长[11];另外,土壤中细菌产生的挥发性物质能影响其他土壤微生物的生长,从而直
接影响土壤微生物的群落结构[12].
韩艳洁[13]的研究结果表明,人工油松林、人工落叶松林和天然次生白桦山杨林的根际微生物的数
量等级均达到了107/g以上,高明华等[14]从樟子松根际土壤中分离到细菌6属、放线菌2属、真菌3
15第12期 易思荣,等:濒危植物银杉根际微生物群落动态变化研究
属,研究结果表明各类群根际微生物数量均有明显的季节变化,这与本研究结果具有较好的一致性.但
本研究中通过对银杉根际微生物的分离培养和鉴定,仅分离出细菌4个属,放线菌2个属,真菌3个属.
另外,银杉根际微生物中的细菌、放线菌及真菌的数量分别为7.35×106/g,7.65×105/g和1.11×105/g,
这表明银杉的根际微生物类群明显少于其他松科植物,微生物总量至少较其他松科植物根际微生物低1个
数量级.
前期研究表明,存在于植物根际的部分细菌能够产生植物生长激素,这些植物生长激素可以直接促进
植物的生长,也可通过抑制植物病原菌等途径间接促进植物生长[15-19].笔者认为,目前各地普遍存在的银
杉种群退化、个体生长缓慢、种子自然萌发率低和成苗率低等现象,极有可能与银杉的根际微生物群落结
构密切相关,因此有必要在这方面开展更加深入的研究.
参考文献:
[1] 谢宗强,李庆梅.濒危植物银杉种子特性的研究 [J].植物生态学报,2000,24(1):82-86.
[2] 四川植被协作组.四川植被 [M].成都:四川人民出版社,1980.
[3] 四川盆地陆相中生代地层古生物编写组.四川盆地陆相中生代地层古生物 [M].成都:四川人民出版社,1982.
[4] 吴征镒,王荷生.中国自然地理———植物地理(上册)[M].北京:科学出版社,1983.
[5] 郝日明.试论中国种子植物特有属的分布区类型 [J].植物分类学报,1997,35(6):500-510.
[6] 易思荣,黄 娅.金佛山自然保护区种子植物区系初步研究 [J].西北植物学报,2004,24(1):83-89.
[7] 李振高,骆永明,滕 应.土壤与环境微生物研究法 [M].北京:科学出版社,2008:71-94.
[8] 王大耜.细菌分类基础 [M].北京:科学出版社,1977.
[9] 瓦克斯曼.放线菌 [M].北京:中国环境出版社,1987.
[10]中国科学院微生物研究所.常见与常用真菌 [M].北京:科学出版社,1978.
[11]范君华,刘 明.塔里木海岛棉生育全程土壤微生物与酶活性的动态变化 [J].土壤肥料科学,2005,21(4):
202-206.
[12]胡亚林,汪思龙,颜绍馗.影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展 [J].土壤通报,2006,37(1):171-177.
[13]韩艳洁.内蒙古大青山几种乔木树种根际微生物数量和动态分布 [J].干旱区资源与环境,2010,24(9):185-188.
[14]高明华,高天凝,张志琰,海拉尔西山公园樟子松根际微生物季节动态研究 [J].安徽农业科学,2011,39(18):
10842-10843.
[15]SINGH A,MEHTA S,SINGH H B,et al.Biocontrol of Conar Rotdisease of Betelvine(Piper betle L.)Caused by
Sclerotium Rolfsi by Using Rhizosphere-Competent Pseudomonas Fluorescens NBRI-N6and P-Fluorescens NBRI-N[J].
Current Microbiology,2003,47(2):153-158.
[16]SINGH N,PANDEY P,DUBEY R C,et al.Biological Control of Root Rot Fungus Macrophomina Phaseolina and
Growth en Hancement of Pinus Roxburghi(Sarg.)by Rhizosphere Competent Bacilus Subtilis BN1[J].World Journal
of Microbiology and Biotechnology,2008,24(9):1669-1679.
[17]JAYARJ J,PARTHASARATHI T,RADHAKRISHINAN N V.Characterization of a Pseudomonas Fluorescens Strain
from Tomato Rhizosphere and Its Use for Integrated Management of Tomatodamping-Off[J].Biocontrol,2007,52(5):
683-702.
[18]CANBOLAT M Y,BILEN S,CAKMAKCI R,et al.Effect of Plant Growth-Promoting Bacteria and Soil Compaction on
Barley Seedling Growth,Nutrient Uptake,Soil Properties and Rhizosphere Microflora[J].Biology and Fertility of Soils,
2006,42(4):350-357.
[19]PROBANZA A,MATEOS J L,LUCAS GARCIA J A,et al.Effects of Inoculation with PGPR Bacilus and Pisolithus
Tinctorius on Pinus pinea L.Growth,Bacterial Rhizosphere Colonization,and Mycorrhizal Infection[J].Microbial E-
cology,2001,41(2):140-148.
25 西南大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.cn 第34卷
A Preliminary Study of the Dynamic Variation of
Rhizosphere Microorganism Communities of
the Endangered Plant Cathaya argyrophylla
YI Si-rong, HUANG Ya, XIAO Bo, QUAN Jian,
HAN Feng, WEI Zhong-qiang, CAO Hou-qiang
Institute of Medicine Plantation of Chongqing,Chongqing 408435,China
Abstract:Fixed-point sampling was made in a preliminary study of the community structure of rhizosphere
microorganisms of Cathaya argyrophylla to investigate the populations and quantity of the rhizosphere
and the non-rhizosphere microorganisms,their inter-seasonal variation,and the dynamic variation in differ-
ent altitudes and in different soil layers.The results showed that of the rhizosphere microorganisms of C.
argyrophyllastudied,the number of bacteria was at least one magnitude greater than that of actinomyce-
tes and fungi and that the number of rhizosphere microorganisms of C.argyrophylla was at least one to
two magnitudes lower than that of other Pinaceae species.Total amount of rhizosphere microorganisms of
C.argyrophylla was much lower than that of other Pinaceae species,as expressed either in the number of
populations or in the number of individuals,which may be one of the reasons that leads to the degradation
and poor growth of C.argyrophylla.Total amount of rhizosphere microorganisms of C.argyrophylla
changed little with elevation gradient but decreased conspicuously with soil depth.Total amount of rhizo-
sphere microorganisms of C.argyrophyllashowed no significant difference in different seasons,but was
always greater than that of non-rhizosphere microorganisms.
Key words:Cathaya argyrophylla;rhizosphere microorganism;community structure;dynamic variation
责任编辑 夏 娟
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