全 文 ：影响引入微生物根部定殖的因素 3
张炳欣 3 3 　张　平　陈晓斌　(浙江大学农学院 ,杭州 310029)
【摘要】　从外界引入的各类有益微生物如生防菌 (BCA) 和根际促生菌或增产菌 ( PGPR , YIB) 到种子表面随其
生根发芽而蔓延或直接到根表沿根分布定殖. 外来微生物在根际定殖的过程为与根尖接触 ,沿根分布 ,最后在
根际建立自己的种群. 定殖的位点以 PGPR 为例 ,是表皮细胞间隙 ,或侧根、根毛基部. 外来微生物在根际定殖
动态变化的原因 ,由于根际生物的和非生物的因素引起的. 生物因子除去外来微生物本身的生理特性 ,还有根
际土著微生物与外来微生物的相互作用 ,更重要的是植物基因型对微生物定殖的影响. 非生物因子包括土壤环
境、土壤结构和含水量 ,土壤温度和土壤 p H 值均能影响外来微生物在根部的定殖.
关键词 　生物防治制剂 (BCA) 　根围促生细菌 ( PGPR) 　根部定殖 　植物基因型
Factors affecting colonization of introduced microorganisms on plant roots. ZHAN G Bingxin , ZHAN G Ping and
CHEN Xiaobin ( Zhejiang U niversity , Hangz hou 30029) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2000 ,11 (6) :951～953.
Microorganisms such as biological control agents (BCA) , plant growth2promoting rhizobacteria ( PGPR) and yield in2
creasing bacteria ( YIB) were introduced along growing roots. The colonization process of introduced bacteria was
proved that they attached root tipfirst ,then distributed along roots ,multiplicated there ,and survived as certain popula2
tion size. The colonization location was closely related with root exudates ,which was usually at the junction between
cortex cells or at the base of lateral roots or root hairs. The variation of colonization by introduced microorganisms in
the rhizosphere was caused by biotic and abiotic factors. Biotic factors included the physiological characters of intro2
duced microorganisms and interactions between introduced microorganisms and native microbes. The more important
factors were plant genotypes which associated with introduced beneficial microbes and regulated the population and
community of those microbes affecting the colonization of introduced microorganisms. Abiotic factors here referred to
soil environmental conditions ,e. g. ,soil texture , water content ,soil temperature and p H value.
Key words 　Biological control agents (BCA) , Plant growth2promoting rhizobacteria ( PGPR) , Root colonization ,
Plant genotype.
　　3 澳大利亚国际农业研究中心 (ACIAR) 项目 (NP9680) 和国家自然
科学基金资助项目 (30070511) .
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 07 - 11 收稿 ,2000 - 09 - 07 接受.
1 　引 　　言
　　许多年以来 ,一直困惑着植物病害生防效果的问
题就是生防的稳定性. 应该说生防稳定性受到许多因
子的影响 ,是一个十分复杂的问题 ,它涉及到生防制剂
本身、病原生物、寄主植物和环境因子. 其中引入的生
防制剂本身的特性是一个值得深入研究的问题. 可以
说引入的生防菌在根部定殖能力的强弱决定着生防的
成功与失败. 当然 ,生防菌的定殖能力涉及到它们本身
的遗传学特性 ,利用根分泌物的能力 ,它们还受包括植
物和土著微生物种类及土壤环境在内的因子的影响.
2 　有关引入微生物的根部定殖
　　这里引入微生物是指各类有益微生物比如生防菌
(BCA) ,根围促生菌 ( PGPR , YIB) 被引入到种子表面
或直接到根表[4 ] ,当然引入到种表后 ,可随种子在土
壤内生根发芽沿根生长分布. 有关外来有益微生物在
根部定殖的报道 ,1980 年 Kloepper 等人[16 ]将带天然
抗生素标记的 PGPR 菌株接种到马铃薯种薯块表面 ,
然后再回收到该菌株. 此后 ,有关引入微生物根部定殖
的报道[15 ,16 ,18 ]普遍认为引入微生物首先向根部移动 ,
与根表接触 ,沿根分布 ,最后繁殖建立自己的种群. 但
引入微生物在根表的分布只占根表面的 10 %～20 % ,
并非全面覆盖[5 ] .
有关引入微生物在根部定殖的位点 ,从前人们了
解不多 ,随着研究技术水平的提高 ,如标记基因的应
用[3 ,12 ] ,使定殖位点有了明确的研究结果 ,从而揭示
了 PGPR 在根表定殖的位点 ,这些位点往往在表皮细
胞间隙或裂缝处 ,以及侧根、根毛或其它突起物基部.
PGPR 随种子表面扩展到根以后迅速占据上述部位 ,
大量繁殖 ,种群增殖到足以能排斥其他有害或无害的
根围微生物 (包括土著微生物) ,并促进植物生长 ,减少
病原生物的侵染机会. 又有报道在根的内部也有定殖
位点.
3 　引入微生物根际定殖动态变化的原因
311 　影响根部定殖的生物因素
应 用 生 态 学 报 　2000 年 12 月 　第 11 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2000 ,11 (6)∶951～953
31111 细菌的生理学特征 　生防菌的生理学特征如 :
营养型或营养要求的复杂性[14 ] ,在一定程度上会决定
生防菌在土壤中的种群活动和变化趋势 ,尤其是对于
根际定殖细菌 ,基质的营养条件是主要调节因子. 因为
根围营养成分的含量和种类远比根外土壤里的丰富.
细菌在根围上的分布区段与细菌对营养的要求有密切
联系 ,或者说与根不同部位渗出的分泌物的差异也有
关系. Nijhuis[21 ]由草的根际分离来的 420 个细菌分离
物中 ,筛选出定殖能力最强的 4 个菌株 ,即能在根表很
长时间内保持相当高的种群数量. 这 4 个菌株在根较
幼嫩的部位分布密度较大. 反过来 ,Lijeroth [19 ] 等证
明 :在小麦根的较老部位定殖的细菌与在根尖定殖的
细菌的生理型很不一样 ,尤其是对基质利用的专化性
不同 ,比如细菌可利用简单的营养物质也可利用复杂
的糖和有机酸. 当土壤中存在原生动物的捕食作用时 ,
细菌的存活也会受到影响. Sinclair 和 Alexander[22 ]曾
提出 ,当细菌被原生动物捕食时 ,生长较慢的细菌种群
数量下降较快 ,而生长速度较快的细菌种群数量下降
不明显或较慢. 这与细菌繁殖的补偿作用有关. 另外 ,
原生动物由于捕食作用可为细菌快速繁殖提供更多可
利用的营养物质. 当土壤中产生碳元素协迫时 ,细菌细
胞会缩小 ,进入抵抗逆境的状态与在指数生长期的细
胞相比 ,不利于原生动物的消化吸收 ,这也是防御被捕
食的一种表现. 除去原生动物的捕食作用 ,土著微生物
与引入的根际拮抗菌的竞争作用会阻碍拮抗菌在根际
或土壤团粒上的定殖. 还有微生物的生理因素往往与
环境中的生物和非生物因素交织在一起 ,生理因素决
定了微生物对外界不利或有利环境作出的生存适应
性.
31112 细菌细胞表面的性质 　细菌细胞表面的性质对
于根和其他植物表面的吸收和对土壤中胶体的长久粘
贴以及与其他细菌的识别十分重要[7 ] . 研究证明 ,专
化的识别作用促进了一些 Pseudomenads 对菜豆根围
定殖[2 ] ,其中细菌 Rhizobi um 、Klebsiella 和 Enterbac2
ter 的纤毛 ( Pili) 对植物根的粘贴十分重要 ;又 P. f l u2
orescence 2279 对玉米根的粘贴频率大大超过无纤毛的
细菌细胞. Korhonen 等[17 ] , Vesper 和 Bauer[25 ] ,以及
Vesper [26 ]也有些细菌细胞表面具可逆吸收性质 ,不能
长久粘贴在根表或土壤胶体表面 ,那么土壤中渗透水
就会影响它们的运动方向 ,它们的细胞表面性质对根
围定殖作用不大.
31113 植物对根部定殖的影响 　众所周知 ,根围微生
物的生存大大地依赖于根渗出物或植物分泌物. 渗出
物的类型和数量又是受环境条件影响的 ,但用遗传学
方法可以改变植物根渗出物的质和量[23 ] . 我们发现不
同作物、或同一作物不同品种 ,如抗病和感病品种 ,或
同一品种不同生育期 ,根围微生物种群密度也不相同.
因此在做植物育种工作时 ,育种工作者也有意无意地
改变着植物根围的微生物区系. 反之 ,植物根际微生
物 ,尤其是有益微生物如生防菌 (BCA) 和根围促生菌
(PGPR)也对植物有利 ,因为它们抑制病害 ,促进植物
生长. 可以说 ,植物和根围微生物的相互作用直接影响
引入微生物在根围的定殖. Smith 等[23 ]在用 B acill us
cereus UW85 进行生物防治时 ,首次证实了有关植物
与抑制病害的细菌相互作用的遗传学基础 ;即使是定
殖在根际的 PGPR 在促进植物生长时可能也是受植
物影响的. Smith 和 Goodman[24 ]证明 ,植物的健康状
况与其所携带的微生物区系十分密切 ;同时也证实了
植物基因型对其所具有的微生物群落的影响. 它不但
影响植物表面的微生物种群密度 ,同时也影响群落的
组成 ,即微生物的种类. 因此 ,他们建议通过研究植物
的基因型和微生物生态学 ,可以了解寄主植物与其根
围微生物之间的关系 ,从而增加有益微生物在根围的
密度 ,提高它们在根部的定殖能力.
312 　土壤环境
31211 土壤结构对细菌根际定殖的影响 　van Elsas
等[11 ]田间实验表明 ,在相同的气候条件下 ,一种遗传
改造过的荧光假单胞杆菌 ,在质地较好的粘土中的种
群数量比在劣质的沙土中的高得多. 土壤孔隙内有能
为生防细菌提供保护的位点 ,通常细菌细胞无法直接
转移到这些保护位点 ,只能借助于土壤自由水运动. 因
此土壤水分含量会影响细菌的定殖. 将细菌和噬菌体
同时接种到不同含水量的土壤中 ,恒温条件 60d 以后 ,
在不太潮的土壤中 ,根围细菌种群数量明显多于较湿
的土壤中的数量. 这是因为细菌由接种物中的水分带
入土壤孔隙 ,如果土壤太潮湿 ,原本具有保护作用的孔
隙被土壤水分占有. 土壤孔隙的构成不仅影响短期内
种群数量变化 ,还会影响长时期的群落变化. 在土壤孔
隙大小分布不同的粉砂和壤质砂粒中引入 Pseu2
domonas f l uorescens [11 ] ,接种 3 年内的监测结果表明 ,
细菌种群数量在粉砂壤土中的下降趋势较为缓慢.
31212 土壤温度 　Loper 等[20 ]在观察引入的 Pseudo2
monas 的两个株系在马铃薯根围的种群动态时发现其
定殖温度最好是在 12 ℃或者 18 ℃,但这两个株系生长
的最适温度是在 28 ℃或 30 ℃,这说明可在较低温度条
件下 ,马铃薯根围土著微生物与 Pseudomonas 的两个
株系之间的竞争作用减弱 ,从而有利于这两株 Psun2
domonas 的定殖. 又如 Gutterson[13 ]等发现 P. f l uores2
259 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　11 卷
cence 的菌株 Hv37 在 16 ℃或者 20 ℃时能有效地在棉
花根围定殖 ,但是如果温度升到 24 ℃时 ,它的根围种
群密度会下降 100 倍 ,还有不少类似报道. 这种现象 ,
即引入微生物在植物根围的定殖数量随土壤温度的升
高而减少 ,可能的原因是植物本身 ,其次是根围微生
物. 植物在较低温度条件下 ,生长缓慢 ,从而为根围微
生物提供更有效的占领机会 ;其次 ,土著微生物包括病
原生物通常习惯于它们存活于根表根围的温度 ,一旦
温度降低 ,它们的活动受到影响 ,从而有利于引入的微
生物在根围的定殖活动.
31213 土壤 p H 　土壤 p H 可影响根疣菌 ( Rhizobi um )
的存活与根疣的形成[10 ] ;同时土壤 p H 可显著影响木
霉 ( T richoderm a) 对病害的抑制和根围定殖[1 ,6 ,8 ,9 ] ;
如改变土壤 p H 值就能控制土壤内土著微生物的竞争
能力.
4 　结 　　语
影响根际定殖的生物因素除去引入微生物本身的
生理特性以外 ,还有土壤中土著微生物会与其发生相
互作用 ,也会影响定殖活动. 更重要的 ,也是人们常常
会忽视的是寄主植物在引入微生物根部定殖时发生的
反应. 通过植物育种或植物基因工程 ,可使其植物提供
适合于有益微生物的营养基质 ;选出能快速生长、营养
需求广泛和对各种环境适应性强的根际有益分离物作
为生防菌 ,当然这种生防菌的特点应该是定殖速度快 ,
排斥其它根际微生物能力强 ,在根围存活时间久. 影响
根际定殖的非生物因素主要是土壤的结构、含水量、根
围的土壤营养成份、土壤温度和 p H 值. 其实这些因素
是可通过农业农事操作来改变的 ,使之有利于植物的
生长和有益微生物的持久存活.
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作者简介 　张炳欣 ,女 ,1940 年生 ,教授 ,博士生导师. 主要从事
土传病原和其拮抗生物的根围生态学研究 ;植物病害生物防治
研究. E2mail :bxzhang @zju. edu. cn
3596 期 　　　　　　　　　　　　　　　　张炳欣等 :影响引入微生物根部定殖的因素