全 文 ：书西北植物学报!
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文章编号$
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收稿日期$
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&修改稿收到日期$
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基金项目$国家自然科学基金"
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#&内蒙古自然科学基金"
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作者简介$李国斌"
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#!男!在读硕士研究生!主要从事黄芪根际微生物研究
4,56/7
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通信作者$陈贵林!博士!教授!主要从事药用植物化学研究
4,56/7
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67/
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<1-9:5
干旱胁迫对蒙古黄芪生物量及其根际
微生物种群数量的影响
李国斌!李光跃!孙窗舒!贾
!
鑫!陈贵林"
"内蒙古大学 生命科学学院!内蒙古自治区中蒙药材规范化生产工程技术研究中心!呼和浩特
"#""!#
#
摘
!
要$以(武川)和(浑源)
!
个蒙古黄芪地方品种为试材!采用盆栽控水模拟干旱处理!研究干旱胁迫下黄芪生物
量及根际微生物数量的动态变化规律结果显示$随着干旱程度的加剧! 个品种的根际细菌和放线菌种群数量均
呈先上升后下降的变化趋势!真菌数量却呈现持续减少!而细菌数量在根际微生物区系中占绝对优势&随干旱强度
升高! 个品种黄芪根*叶组织相对含水量均表现出明显的逐渐下降趋势!其地上部生物量*根系生物量也均降低!
而根冠比却逐渐增大&黄芪根际各菌类数量与其地上生物量存在显著正相关关系!但与根系生物量无显著相关关
系研究表明!黄芪的生长及其根际微生物数量均受到干旱胁迫的影响!且适度干旱有助于提高黄芪根际细菌及
放线菌的数量!从而改变根际微生物群落结构组成!促进黄芪地上生物量的积累
关键词$黄芪&干旱胁迫&根际&微生物&生物量
中图分类号$
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文献标志码$
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!!
微生物群落是土壤生态系统的重要组成部分!
参与土壤中有机质的分解*腐殖质的形成及养分转
化和循环等生化过程!并对土壤肥力的形成发挥着
积极作用+#,!,根际是指与植物根系紧密作用的土
壤微域+%,!属于土壤微生物特殊的生境之一根际
微生物的生命活动与根系分泌物*脱落物及根系释
放在土壤中的各种物质密切相关!且多数根际微生
物对于植物无害!或有一定的促进作用+,温度*
U
K
*盐分*土壤性质等环境因素都会对根际土壤微
生物造成影响+$,(,有学者对杉木"
1(++.+
&
-%).%
%+/2*%#%
#*梭梭"
3%*4
5
*+%))*62+6$*+
#及生
长在极端干旱环境中的胡杨"
7*
8
(("2(
8
-$%#./%
#
等植物的根际微生物数量进行了研究+*,&,!发现不同
植物及不同逆境下根际微生物数量存在很大差异
水分亏缺加重盐胁迫对棉田土壤微生物数量的影响
表现在随着盐浓度的增加!土壤细菌*放线菌*真菌
的数量呈逐渐下降趋势+#",接种一些土壤微生物
能够提高植物的抗旱性!同时促进植物的生长+##,
干旱胁迫作为田间普遍存在的一种作物生长逆境!
对土壤微生物和植物生物量的积累有较大的影响
蒙古黄芪"
!"#$%
&
%(")*+
&
-*./("
#主产于内
蒙古*甘肃*山西等地!以干燥根入药!是一味药用价
值广泛*药理作用明显的大宗药材近年来有关黄
芪的研究较为广泛+#!,#$,!但关于干旱胁迫下黄芪根
际微生物群落特征与生物量积累之间相关性的研究
却鲜有报道为此!本试验以-武川.和-浑源.
!
个
黄芪品种为研究对象!采用平板法研究根际微生物
的群落特征!并利用相关分析方法探讨了持续干旱
条件下黄芪根际微生物群落特征和生物量间的关
系!为黄芪的水肥管理和优质栽培提供理论依据
#
!
材料和方法
>->
!
试验材料
供试材料为二年生黄芪盆栽实生苗!品种是武
川黄芪"简称(武川)#和浑源黄芪"简称(浑源)#!经
内蒙古大学陈贵林教授鉴定为蒙古黄芪供试土壤
为粟钙土!理化性质为$
U
K-#
!有机质
!"-*
;
%
Y
;
!
水解性氮
##+-*5
;
%
Y
;
!有效磷
!!-5
;
%
Y
;
!速效
钾
!"*5
;
%
Y
;

>-?
!
试验处理
试验于
!"#%
年
%
月
"
!"#+
年
(
月于内蒙古大
学花房进行
!"#%
年
%
月
!(
日选取充实饱满的黄
芪种子与经
G6H7Z
溶液消毒后的蛭石拌好!
!$[
下催芽!待种子露白后!挑取发芽一致的种子播于相
同规格的花盆"上口直径
#*95
!底面直径
#!95
!高
!$95
#!内装
$Y
;
粟钙土!每盆定植
$
株!置温室中
正常管理翌年
$
月
!$
日选长势一致*正常健壮的
盆栽苗移入塑料防雨棚!两个品种的处理组和对照
组均设
+"
盆
(
月
#!
日开始干旱胁迫试验!
(
月
!*
日胁迫结束实验前对
!
个品种进行饱和浇水!
此后处理组不再浇水!对照组正常浇水!并与处理组
同期取样测定生物量*土壤含水量*茎叶组织相对含
水量及根际微生物数量!每隔
!N
取样
#
次!每次
%
个生物学重复
试验期间!防雨棚内白天气温为
!![
"
%"[
!
夜间
#![
"
#[
!自然光照&白天相对湿度为
+("
("!夜间为
""
&"花盆随机摆放!定期
调换位置!所有处理除了水分管理不同外!其他管理
均相同
>-@
!
测定指标和方法
>-@->
!
土壤含水量
!
采用烘干法测定+#(,先将取
样用的空铝盒烘干称重
9
"
!然后取各处理黄芪的
新鲜土样置铝盒中一起称重
9
#
!随后立即将带土
铝盒放入"
#"$]!
#
[
烘箱中烘
=
至恒重!移到真
空干燥器中!冷却至室温!称重
9
!
!土壤含水量
"
#
^
+"
9
#
)9
!
#%"
9
!
)9
"
#,
_#"">-@-?
!
根叶组织相对含水量
!
采用饱和称重法测
定+#*,分别剪取不同胁迫处理阶段的根叶组织!用
普通吸水纸包裹好!放入盛满水的
$"5B
离心管
中!静置
!+=
后!称量饱和鲜重!取出根叶!干水分!
然后置鼓风烘箱中
#"$[
杀青
+$5/1
!于
*$[
下
烘干到恒重!称其干重计算公式$根叶组织相对含
水量"
#
^
"鲜重
)
干重#%"饱和鲜重
)
干重#
_
#""
>-@-@
!
根际土壤采集及其微生物数量测定
!
采用
剥落分离法取样+(,将完整带土植株取出!轻轻抖
落不含根系的大块土"即非根际土#!然后用力将紧
紧贴附根系表面的土"根际土#全部抖落下来!迅速
装在无菌袋中采集后的土壤样品过
("
目筛!
+[
保存!用于测定细菌*真菌*放线菌种群的数量
根际土壤微生物数量的测定采用稀释平板
法+#,细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基!放线菌用
&(#
&
期 李国斌!等$干旱胁迫对蒙古黄芪生物量及其根际微生物种群数量的影响
改良高氏
#
号培养基
`
重铬酸钾!真菌用孟加拉红
培养基
`
硫酸链霉素用
"-#5B
移液器每次吸取
"-#5B
根际土菌悬液!无菌操作!接种于培养基上!
每种菌均以不加菌悬液的无菌水作空白对照!计数
结果以
HaF
%
;
表示
>-@-A
!
植株生物量
!
将
!
个品种抖下根际土壤的
植株迅速装入无菌自封袋置于冰盒中!带回实验室!
清洗!吸干水分!置烘箱中
#"$[
下杀青
#"5/1
!
($
[
下烘干至恒重!将整株取出!分为地上和地下两部
分测量单株干重"
;
%株#+#&,
以上测定指标均设置
%
次重复
>-A
!
数据分析
采用
4T9>7
和
3Q33#*-"
软件对实验数据进行
统计分析!并用
b<1961
法进行处理间差异显著性
检验"
B3b
#
!
!
结果与分析
?->
!
干旱胁迫下盆栽土壤含水量的变化
土壤含水量是表征干旱程度的一个重要指标
图
#
可以看出
!
个黄芪品种盆栽土壤含水量与各自
对照相比!均随着干旱胁迫处理时间的延长而呈现
逐渐下降的趋势"图
#
#按照
K0/6:
+
!"
,对于干旱程
度的划分标准!本试验在持续自然胁迫后
+
"
(N
达
到轻度胁迫!

"
#"N
为中度胁迫!
#!
"
#+N
为重度
胁迫
?-?
!
干旱胁迫下黄芪根!叶组织相对含水量的变化
干旱胁迫初期!(武川)和(浑源)
!
个黄芪品种
根*叶组织中均保持较高的相对含水量&随着干旱胁
迫时间的延长! 个品种黄芪根叶组织相对含水量
与对照"
Hc
#相比均表现明显的逐渐下降趋势!并一
直持续到胁迫结束"图
!
!
A
*
d
#但不同器官相对
图
#
!
干旱胁迫下盆栽土壤含水量的变化
a/
;
-#
!
H=61
;
>0:L0:/7V6P>O9:1P>1P/1
U
:P
<1N>ONO:<
;
=P0PO>00
含水量下降的幅度略有差异!如干旱胁迫
(
和
#"N
时!-武川.的叶片相对含水量与
Hc
相比分别降低
&-"&*
#&-%*!其根系相对含水量则分别降低
#$-+&*
!-#"图
!
!
A
#同期!(浑源)叶片相对
含水量与
Hc
相比分别降低
&-&&*
#&-#(!而根
系相对含水量则分别降低
#$-+&*
!-+""图
!
!
d
#&表明黄芪叶片较根系具有更强的保水能力
?-@
!
干旱胁迫对黄芪植株外部形态和生物量的
影响
!!
通常生物量变化能够直观反映植株受到干旱胁
迫的程度随着干旱胁迫时间的延长"干旱强度增
加#! 个黄芪品种的地上部和根系生物量总体均呈
持续降低趋势!根冠比则逐渐增大"表
#
#其中!轻
度干旱胁迫下!(武川)地上生物量*根系生物量及根
冠比较对照 "
Hc
#分别下降
$-(#*
!-&%和
#!-&&&(浑源)根系生物量较对照减少
#+-&$!
而地上生物量和根冠比较对照平均增加
%-$$和
#-&!中度干旱胁迫下!
!
个品种的生长状况都
受到一定程度的抑制!地上部出现倒伏症状!茎顶端
开始干枯"图
%
#!部分侧根和主根趋于干枯死亡&此
时(武川)和(浑源)地上生物量分别较对照"
Hc
#平
图
!
!
干旱胁迫下武川"
A
#和浑源"
d
#黄芪根叶
组织相对含水量的变化
a/
;
-!
!
H=61
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>0:LO>76P/S>V6P>O9:1P>1P/1O::P061N
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=P0PO>00
"*#
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
%$
卷
均减少
!(-#**
+(-*%!根系生物量较对照平均
下降
!"-%!和
%#-("!根冠比均呈现持续下降趋
势重度胁迫下!萎蔫严重!大部分叶片干枯脱落
"图
%
#!大量侧根和主根先端干枯死亡&(武川)和
(浑源)地上生物量分别较对照"
Hc
#平均减少
+%-"$*
(%-"&!根系生物量平均下降
+"-*!*
$&-%(以上结果说明干旱严重抑制了
!
品种黄
芪的生长!且根系受到的影响比地上部大!(浑源)受
的影响比(武川)严重
?-A
!
干旱胁迫对黄芪根际微生物区系组成的影响
由表
!
可知!不同干旱胁迫强度下! 品种黄芪
根际土壤微生物均以细菌为主!在(武川)和(浑源)
根际土壤微生物数量中分别占
!-!#"
$-$*和
#-$"
+-$*&放线菌所占比例次之!在(武
川)和(浑源)根际土壤微生物中分别占
#+-%%"
#*-*%和
#$-!&"
#-#%&真菌所占比例最少!
(武川)和(浑源)中分别占
"-"$"
"-!%和
"-"!%"
"-#%$
黄芪根际土壤中微生物种群的数量受干旱胁迫
的影响比较显著!随着干旱程度的增强!根际细菌和
放线菌数量变化趋势基本一致!都是先增加后减少
(武川)根际细菌和放线菌种群数量均在中度干旱胁
表
>
!
干旱胁迫对黄芪生物量的影响
M6E7>#
!
4LL>9P0:LNO:<
;
=P0PO>00:1P=>E/:5600:L!0)*+
&
-*./("
品种
H<7P/S6O
天数
b6
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0
生物量
d/:5600
%"
;
%
U
761P
#
地上生物量
AE:S>
;
O:<1NE/:5600
对照
Hc
处理
MO>6P5>1P
根系生物量
R::P0E/:5600
对照
Hc
处理
MO>6P5>1P
根冠比
R6P/::LO::P,P:
U
对照
Hc
处理
MO>6P5>1P
武川
W<9=<61
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浑源
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"-&(6 "-&!6
#+ #-!%6
"-+!9
"
#-(!6
"-$L
"
"-&&6 "-&(6
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注$同列不同小写字母表示处理时间之间在
"-"$
水平存在显著差异&同行数据后
"
表示同期处理与对照在
"-"$
水平存在显著差异&下表同
G:P>0
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1/L/961PN/LL>O>19>65:1
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图
%
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干旱胁迫对黄芪"浑源#外部形态和生长的影响
a/
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-%
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-*./("
#*#
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期 李国斌!等$干旱胁迫对蒙古黄芪生物量及其根际微生物种群数量的影响
表
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!
干旱胁迫下黄芪根际微生物数量的变化
M6E7>!
!
H=61
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品种
H<7P/S6O
天数
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细菌
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菌*细菌完全不同!均随着干旱程度的升高表现出持
续下降的趋势以上结果说明!适度干旱能够促进
黄芪根际细菌和放线菌的生长和繁殖!从而表现出
对干旱较强的抗逆性
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干旱胁迫下黄芪根际微生物数量与生物量!土
壤含水量及根叶相对含水量的关系
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讨
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论
干旱是限制植物生长的重要因素!它会导致植
物体内水分亏缺!严重影响植物的生理生化过程和
生长发育而植株生物量的变化是对逆境胁迫的综
合体现!在一定程度上能够评估植物的抗旱能力
研究结果表明!干旱胁迫下酸枣幼苗的生长受到抑
制!且随着干旱程度的加深!抑制现象越明显+!#,
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学
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卷
在本研究的中度和重度胁迫下!
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的地上部和根系生物量积累量均受到明显抑制!根
冠比虽低于对照!但在重度胁迫下无显著差异!表明
在干旱胁迫处理下!黄芪通过调整自身地上部%根系
生物量的分配比例来抵御和适应外部干旱环境!尽
可能地降低逆境对自身的伤害!保证植株正常生长
同时!黄芪根叶组织相对含水量随干旱时间的延长
呈现持续下降的趋势!但叶片较根系表现出更强的
保水能力
土壤微生物种群数量和组成受到土壤营养*植被
覆盖度*土壤类型等多种因素影响!同时根际细菌*放
线菌及真菌作为土壤中的活体生物!对环境变化比较
敏感!因此可以通过土壤微生物
%
大类群的数量及其
组成的变化来反映土壤质量的变化+!!,!+,本研究结
果显示!根际细菌数量在微生物区系组成中占绝对优
势!这与前人研究的结论相似+!$,受持续干旱胁迫
的影响!黄芪根际细菌*放线菌的数量表现出先增后
降的趋势!真菌数量持续下降!这可能与不同微生物
在土壤中所占比例有关!细菌数量庞大!所需的营养
物质相对较多!但随着干旱程度的加重!土壤中养分
含量发生显著变化!细菌数量变化呈现规律性变化!
但真菌数量受其影响相对较小真菌是根腐病主要
病原菌+!(,!因此持续干旱可能对土传病害产生一定
的抑制作用有研究报道!土壤放线菌和真菌比细菌
更适合干旱环境+!*,!但本研究发现!在轻度和中度干
旱胁迫条件下!细菌和放线菌种群数量持续上升!表
现出较强的抗逆性!这可能是由胁迫强度*土壤类型
及微生物生长条件的差异造成的
植物根系为土壤微生物提供生长所需养分!土
壤微生物也能促进植物根系的发育!进而促进植物
的生长!即土壤微生物种群组成及数量和植物根茎
的生长有密切联系王静+!,等对秦艽研究发现!根
际土壤细菌*氨化细菌和固氮菌数量与秦艽生物量
呈正相关&而仇有文+!&,对山地白术研究表明!土壤
中细菌*放线菌和真菌等微生物群落与白术生物学
产量呈正相关本研究结果与其相似!黄芪各菌类
数量与地上生物量呈显著正相关
综上所述!黄芪根际土壤微生物数量与生物量
对干旱胁迫比较敏感!在黄芪的栽培管理中!通过调
节田间持水量至适度干旱可改变土壤微生物的群落
结构!同时也可通过接种适宜的生物菌肥促进黄芪
苗的生长并保证优质高产
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