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Population structure and ecological distribution of rhizospheric microorganisms of Angelica sinensis

当归根际微生物种群结构与生态分布的研究



全 文 :当归根际微生物种群结构与生态分布的研究
江曙,段金廒,严辉,于光
(南京中医药大学,江苏 南京 210046)
[摘要] 目的:研究当归根际微生物的种群结构及其生态分布。方法:采用微生物分离、培养与鉴定等生物学方法以及
物种多样性的统计分析方法。结果:在当归生长过程中,甘肃岷县、云南鹤庆和四川宝兴等地区当归根际微生物数量均呈现
增加的趋势,10月份以后各类微生物数量又呈现下降的趋势。岷当归根际细菌与真菌的数量比值普遍高于云当归和川当归。
此外,在当归的不同产区,根际微生物种群多样性及其变化不同,岷当归根际微生物的优势种群数目较多,根际细菌、放线菌、
真菌种群更具多样性。结论:岷当归根际微生态系统及其微生物种群结构较为稳定,有利于当归的生长繁殖。
[关键词] 当归;根际微生物;种群结构;生态分布
[收稿日期] 20080904
[基金项目] 国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAI09B051,
2007BA137B02);南京中医药大学基础研究与重点培育专项基金项
目(08XPY02)
[通信作者] 段金廒,教授,主要从事中药及天然药物资源化学及
方剂物质基础研究。Tel:(025)85811116,Email:dja@njutcm.edu.cn
  植物根际是围绕根表面的薄层土壤,是植物、土
壤和微生物相互作用的特殊微生态系统[12]。根际
微生物是植物根际微生态系统的重要组成部分,参
与土壤有机质分解、腐殖质形成、土壤养分转化和循
环等一系列过程,其种群结构及活性变化是衡量土
壤质量、维持土壤肥力和影响药材优良品质形成的
一个重要指标,对于根际微生态系统功能的发挥起
着重要的作用[3]。
当归Angelicasinensis(Oliv.)Diels是伞形科多
年生草本药用植物,以根入药,具有补血活血,调经
止痛,润肠通便之功效,是我国大宗常用中药品种,
收载于各版《中国药典》[4]。当归主产于我国甘肃、
云南、四川、山西、湖北等地,甘肃岷县为其道地产
区[5]。目前国内外对于当归品质及其道地性的研
究主要集中于化学成分、药理药效、遗传多样性以及
外部环境(气候因子、光照、土壤、水分)等方面,在
土壤对其道地性形成的影响方面主要侧重于土壤理
化因子的研究,而对于当归根际微生物与其道地性
形成的相关性还缺乏足够认识和系统研究[67]。本
实验通过对不同产地、不同生长期当归根际微生物
数量、种群结构与生态分布等方面的动态变化规律
及其差异的研究,对于丰富当归根际微生态方面的
内容,并为研究当归根际微生物种群结构与其品质
的相关性奠定基础。
1 材料
1.1 选择性培养基
分离细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,分离
放线菌采用改良高氏一号琼脂培养基,分离真菌采
用马丁氏琼脂培养基[8]。
1.2 仪器与设备
培养箱BMJ100(上海博讯实业有限公司),高
压蒸汽灭菌器MLS3750(日本三洋),单人水平垂直
两用净化工作台 SWCJ1FB(苏州净化设备有限公
司)。
2 方法
2.1 土壤样品的采集与处理
土壤样品取自甘肃岷县、云南鹤庆、四川宝兴
等地区当归栽培地,采集根际土样时,将当归整个
植株带根系挖出,轻轻抖落根系上的大块土壤,收
集黏附于根表2mm左右的土壤,置于无菌封口塑
料袋内,放于4℃冰箱保存。测定时,称量 10g
根际土样加入含有90mL无菌生理盐水的250mL
三角瓶中,120r·min-1振荡30min,得到菌悬液,
依次按10倍法稀释至10-6CFU·g-1。
2.2 微生物数量测定
采用稀释平板法。取01mL稀释后的菌悬液
分别涂布到含有选择性培养基的平皿上,每个稀释
度设3个重复,置于恒温培养箱内培养,细菌37℃
下培养1~2d,进行菌落计数;放线菌和真菌均在
28℃下培养5~7d后计数,再根据土壤含水率计算
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每克干土中的微生物数量(CFU·g-1)。
2.3 根际微生物的分类鉴定
根际细菌鉴定参考文献[9];根际放线菌的鉴
定参考文献[10];根际真菌的鉴定参考文献[11]。
2.4 根际微生物的多样性测定[12]
微生物多样性特征采用 ShannomWiener指数
(H)、丰富度指数(S)和 Pielou指数(J)进行分析。
多样性指数 H的计算公式为 H=-ΣPilnPi,式中
Pi=Ni/N,Ni为属 i的单菌株数量,N为土样中总菌
株数量。S为属i所在土样中属的数目。均匀度指
数J的计算公式为 J=-ΣPilnPi/lnS。采用 Simp
son优势度指数测定群落内不同物种所起的作用和
所占的地位,其公式为D=ΣPi
2。
3 结果
3.1 不同产地当归根际微生物种群组成
3产地当归根际微生物的种群结构存在一定的
差异,从岷当归根际分离到10属36株细菌、6属16
株放线菌和22属63株真菌;从云当归根际分离到
9属27株细菌、3属10株放线菌和 21属 46株真
菌;从川当归根际分离到7属24株细菌、3属11株
放线菌和12属32株真菌。仅存在于岷当归根际土
壤中的微生物种群包括乳杆菌属、钦氏菌属、双歧放
线菌属、诺卡氏菌属、疣孢霉属、聚孢霉属、交链孢霉
属、长蠕孢霉属、结实串孢霉属、棒孢霉属、刺盘孢菌
属、壳针孢属、团丝核菌属、鞭子菌属、内孢霉属和假
珠网霉属,说明当归根际微生物种群具有明显的区
域性特征(表1)。在不同当归根际土壤中,岷当归
根际微生物多样性指数和丰富度指数最高,云当归
根际 微 生 物 的 均 匀 度 指 数 和 优 势 度 指 数
最高(表2)。
表1 不同产地当归根际微生物的种群组成
科 属
菌株数
岷当归 云当归 川当归
芽孢杆菌科Bacilaceae 芽孢杆菌属Bacilus 12 6 7
  芽孢乳杆菌属Sporolactobacilus 1 2  
微球菌科Micrococcaceae 葡萄球菌属Staphylococcus 8 3 5
  微球菌属Microccus 6 3 4
硝化杆菌科Nitrobacteraceae 硝化杆菌属Nitrobacter 2 2  
链球菌科Streptococcaceae 链球菌属Streptococcus 1 5 1
固氮菌科Azotobacteraceae 固氮菌属Azotobacter 2 3 4
假单孢菌属Pseudomonadaceae 假单孢菌属Pseudomonas 2 2 1
盐杆菌科Halobacteriaceae 盐杆菌属Halobacterium 1 1 3
乳杆菌科Lactobacilaceae 乳杆菌属Lactobacilus 1    
链霉菌科Streptomycetaceae 链霉菌属Streptomyces 8 5 6
  钦氏菌属Chainia 1    
小单孢菌科Micromonosporaceae 小单孢菌属Micromonospora 2 3 2
  双歧放线菌属Actinobifida 1    
小多孢菌科Micropolysporaceae 小多孢菌属Micropolyspora 3 2 3
诺卡氏菌科Nocardiaceae 诺卡氏菌属Nocardia 1    
丛梗孢科Moniliaceae 球孢霉属Coccospora 1    
  筒孢霉属Cylindrium 1 1  
  疣孢霉属Mycogone 6    
  聚孢霉属Clomerularia 1    
  简梗孢霉属Chromosporium   2 2
  小球孢霉属Coccosporela     1
  喙孢霉属Rhynchosporium     1
  梭孢霉属Fusidium   1  
  粉孢霉属Oidium   1  
  卵形孢霉属Oospora   1  
  蚀丝菌属Myceliophthora   1  
  串珠霉属Monilia 1    
暗梗孢科Dematiaceae 交链孢霉属Alternaria   1  
  圆酵母属Torula 3 2  
  假黑粉霉属Coniosporieae 1 1  
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续表1
科 属
菌株数
岷当归 云当归 川当归
  长蠕孢霉属Helminthosporium 1    
  结实串孢霉属Hormiscium 6    
  棒孢霉属Corynespora 1    
  镶孢霉属Coniothecium   1  
  黑孢霉属Nigrospora   2  
瘤座孢科Tuberculariaceae 孢穴瘤座霉属Scoriomyces     1
黑盘孢科Melanconiaceae 痂圆孢属Sphaceloma 3 8 5
  小粘盘孢属Myxormia 6 3  
  鲜色胶盘孢属Hainesia 2 1 6
  刺盘孢菌属Coletotrichum   3  
  埋船形盘孢属Hypodermium 3 1 3
  粘盘孢属Myxosporium   3  
球壳孢科Scolecosporoideae 壳针孢属Septoria 1    
  链孢霉属Sirococcus   2  
半壳孢科Leptostromataceae 细盾壳属Leptothyrium   1  
无孢菌群MyceliaSterilia 组丝核菌属Phacodium 6 6 2
  团丝核菌属Papulaspora 8    
  束丝菌属Ozonium 6 6 6
酵母科Saccharomycetaceae 鞭子菌属Nematospora 1    
内孢霉科Endomycetaceae 内孢霉属Endomyces 2    
酱霉科Ascoideaceae 酱霉属Ascoidea     3
  双足囊菌属Dipodascus     1
裸囊菌科Gymnoascaceae 假珠网霉属Pseuoarachniotus 1    
裸囊菌科Gymnoascaceae 丝衣霉属Bysochlamys   1  
革菌科Thelephoraceae 网膜革菌属Pelicularia     1
表2 不同产地当归根际微生物种群的多样性、丰富度、
均匀度及优势度指数
产地 菌株数 H S J D
甘肃岷县 115 33174 38 09119 00483
云南鹤庆 83 32613 33 09327 00466
四川宝兴 67 29266 22 09468 00659
3.2 不同生长期当归根际微生物数量与优势种群
的动态变化
3.2.1 岷当归 通过分析不同生长期岷当归根际
微生物数量,结果表明,在不同的生长期均出现明显
的动态变化,随着岷当归的生长发育,根际微生物数
量呈现增加的趋势,10月以后各类微生物数量又呈
现下降的趋势。根际细菌和放线菌数量均在 9月
17日达到最大值,根际真菌数量在9月30日达到
最大值。根际细菌与真菌的数量比值普遍较高,且
在岷当归不同的生长期变化较小,说明岷当归根际
微生物种群结构较为稳定(表3)。
表3 不同生长期岷当归根际微生物数量的动态变化(珋x±s,n=3) ×106CFU·g-1 
日期 细菌 放线菌 真菌 细菌/真菌
0815 296±21 0112±0062 00192±00018 15417
0917 1246±68 0806±0021 00616±00039 20227
0930 981±53 0775±0052 00643±00058 15257
1015 378±31 0763±0069 00241±00021 15685
1021 496±35 0519±0035 00327±00017 15168
1103 129±12 0167±0013 00096±00005 13438
  在岷当归不同的生长期,根际微生物种群出现
明显的动态变化。在根际细菌中,所有生长期的优
势种群都包括芽孢杆菌属和葡萄球菌属,盐杆菌属
在8-9月份是优势种群之一,微球菌属自9月30
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日后逐渐成为优势种群。在根际放线菌中,8-9月
以链霉菌属为主,其数量是放线菌总数的891% ~
953%,10月份后诺卡氏菌属成为优势种群,其数
量比例达到629% ~664%。在根际真菌中,8-9
月份优势种群为组丝核菌属、团丝核菌属、疣孢霉属
和结实串孢霉属,而10月份则为圆酵母属、痂圆孢
属和小粘盘孢属,11月份各类根际真菌数量分布相
近。此外,根际细菌种群多样性和丰富度指数在9
月30日较高,均匀度指数在10月中旬最大,优势度
指数在8月份最大;根际放线菌多样性和丰富度指
数都是在10月份达到最大值,均匀度指数在9月份
较小,在其他生长期相似,且普遍较高,优势度指数
呈现先升后降的趋势,在9月17日达到最大。根际
真菌多样性和丰富度指数在10月15日最大,在生
长后期均匀度较高,优势度指数在生长前期相对较
高(表4)。
表4 不同生长期岷当归根际细菌、放线菌和真菌的多样性、丰富度、均匀度及优势度指数
日期
细菌
H S J D
放线菌
H S J D
真菌
H S J D
0815 13592 5 08445 03200 06363 2 09180 05558 16957 6 09464 02000
0917 17038 8 08194 02466 07356 3 06696 05938 16436 7 08446 02325
0930 21686 10 09418 01296 07595 3 06913 05702 21688 10 09419 01264
1015 18445 7 09479 01716 10397 3 09464 03750 23094 11 09631 01043
1021 16325 6 09111 02222 13322 4 09610 02800 17329 6 09672 01875
1103 13209 4 09528 02813 10985 3 09999 03327 15608 5 09698 02222
3.2.2 云当归 云当归根际微生物数量随着当归
的生长发育,呈现增加的趋势。各类微生物数量以
及细菌与真菌的数量比值均在9月25日达到最大,
10月份以后逐渐减少。在不同生长期,根际放线菌
数量的波动性较大;根际真菌数量较多,变化较小
(表5)。
表5 不同生长期云当归根际微生物数量的动态变化(珋x±s,n=3) ×106CFU·g-1 
日期 细菌 放线菌 真菌 细菌/真菌
0628 412±31 0096±0007 00326±00013 12638
0719 694±42 0217±0014 00497±00031 13964
0812 1062±81 0362±0025 00682±00019 15572
0925 1192±85 0731±0032 00756±00061 15767
1011 865±72 0568±0045 00552±00048 15670
1023 332±25 0426±0016 00316±00013 10506
  在云当归不同生长期,芽孢杆菌属是其所有
生长期的根际细菌优势种群,链球菌属、葡萄球菌
属以及固氮菌属随着云当归的生长,其种群优势
逐渐减弱;根际放线菌在10月17日以小单孢菌为
主,数量比例达到579%,其他生长期均以链霉菌
属为主,数量比例在 95%以上;根际真菌在 6-9
月份以痂圆孢属和组丝核菌属为主,10月份束丝
菌属和小粘盘孢属成为优势种群。此外,随着云
当归的生长发育,各类根际微生物多样性和丰富
度指数以及根际放线菌均匀度指数均呈现增大的
趋势,而根际放线菌和真菌优势度指数则呈现下
降的趋势(表6)。
表6 不同生长期云当归根际细菌、放线菌和真菌的多样性、丰富度、均匀度及优势度指数
日期
细菌
H S J D
放线菌
H S J D
真菌
H S J D
0628 16674 5 10360 03438 05622 2 08111 06250 12771 4 09212 03062
0719 17045 6 09513 01945 06363 2 09179 05580 12730 4 09183 03086
0812 16325 6 09111 02221 06363 2 09179 05580 14185 5 08814 02800
0925 18775 8 09029 01800 06363 2 09179 05580 16526 7 08493 02400
1011 20295 9 09237 01544 06730 2 09709 05200 20479 9 09320 01447
1023 16769 6 09359 02098 09743 3 08868 04062 23067 11 09619 01094
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3.2.3 川当归 随着川当归的生长发育,根际各类
微生物的数量呈现递增的趋势,均在10月2日达到
最大,根际细菌与真菌的数量比值具有一定的波动
性(表7)。
表7 不同生长期川当归根际微生物数量的动态变化(珋x±s,n=3)×106CFU·g-1
日期 细菌 放线菌 真菌 细菌/真菌
0815 262±15 0369±0015 00187±00012 14011
0915 626±38 0543±0016 00452±00023 13849
1002 1236±50 0967±0083 00876±00039 14109
1118 691±36 0342±0013 00567±00052 12187
  川当归8-9月份根际细菌以芽孢杆菌属和葡
萄球菌属为主,而10-11月份芽孢杆菌属和微球菌
属处于优势。在根际放线菌中,链霉菌在川当归所
有生长期的数量比例均在 95%以上,占有绝对
的优势。
在根际真菌中,束丝菌属是8-11月份整个生
长期的优势种群,鲜色胶盘孢属和组丝核菌属分别
是8-9月份和11月份的优势种群。此外,川当归
根际各类微生物多样性和丰富度指数随川当归的生
长发育而递增,均在10月2日达到最大;而各类微
生物均匀度和优势度指数在不同生长期的动态变化
没有一定的规律性(表8)。
表8 不同生长期川当归根际细菌、放线菌和真菌的多样性、丰富度、均匀度及优势度指数
日期
细菌
H S J D
放线菌
H S J D
真菌
H S J D
0815 12649 4 09124 03056 06363 2 09179 05580 13421 4 09681 02727
0915 15119 6 08438 02576 05622 2 08111 06250 14595 5 09068 02622
1002 17389 7 08936 02000 09089 3 08273 05938 15607 6 08710 02422
1118 14184 5 08813 02800 04506 2 06500 07222 10397 3 09464 03750
4 讨论
微生物在植物根际的定殖和分布受到根系生长
发育、环境条件等因素影响而表现出较为明显的根
际效应,根际微生物在调节根际微生态系统的动态
平衡和提高植物对环境的适应性等方面具有重要的
生态效应[1314]。近年来,根际微生物种群结构与功
能的关系一直是土壤生态学研究的热点,但主要集
中在农作物、草业以及林业等领域的研究,对于根际
微生物影响药用植物品质及药材道地性的报道较
少[1516]。本实验以当归为研究材料,分析不同产地
当归根际微生物种群结构的组成及其动态变化规
律,结果表明,由于产地不同,生态环境各异,以及不
同产地当归在相同的时间内生长期具有一定的差
异,生理生化状态不同,根系分泌物的种类与数量具
有差异,从而影响当归根际微生物种群结构,具有较
强的时空特点。根际微生物的数量变化与当归生长
发育进程呈正相关性,植株新陈代谢活动旺盛,根系
不断生长,微生物数量也随之增加,当接近当归采收
期时,由于天气变冷,土壤温度降低,当归的生命力
逐渐减弱,根系分泌物减少,结果导致当归根际微生
物数量明显降低。此外,生物多样性是衡量生态系
统稳定和健康的一个重要指标,反映生物群落中物
种的丰度及其各类型间的分布,生境条件越适宜,群
落稳定性及其多样性越高,即生物群落的多样性可
以用来衡量环境的优劣[17]。在不同产地当归根际
土壤中,岷当归根际微生物的优势种群数目最多,种
群多样性指数和丰富度指数最高,不同生育期的细
菌和放线菌种群多样性的变化较稳定,细菌与真菌
数量的比值最大,且在各个生长期变化较小,说明岷
当归根际微生态系统及其微生物种群结构较为稳
定,土壤肥力较高,更适宜于当归的生长。
[参考文献]
[1]  HashidokoY.Ecochemicalstudiesofinterelationshipsbetween
epiphyticbacteriaandhostplantsviasecondarymetabolites[J].
BiosciBiotechnolBiochem,2005,69(8):1427.
[2]  AlbaredaM,DardaneliMS,SousaC,etal.Factorsafecting
theatachmentofrhizosphericbacteriatobeanandsoybeanroots
[J].FEMSMicrobiolLet,2006,259:67.
[3]  MazzolaM.Assessmentandmanagementofsoilmicrobialcom
munitystructurefordiseasesuppression[J].AnnRevPhyto
pathol,2004,42:35.
[4]  中国药典.一部[S].2005:89.
·7841·
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2009年6月
                           
Vol.34,Issue 12
  June,2009
[5]  张贵君.现代中药材商品通鉴[M].北京:中国中医药出版
社,2001:752.
[6]  赵国平,新关稔,石川隆二,等.中日当归属药用植物ITS序列
分析[J].中草药,2006,37(7):1072.
[7]  赵杨景,陈四保,高光耀,等.道地与非道地当归栽培土壤的
理化性质[J].中国中药杂志,2002,27(1):19.
[8]  沈萍,范秀容,李广武.微生物学实验[M].北京:高等教育出
版社,1999:69.
[9]  东秀珠,蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册[M].北京:科学出
版社,2001:43.
[10] 瓦克斯曼.放线菌属和种的分类、鉴定和描述[M].北京:科
学出版社,1974.
[11] 魏景超.真菌鉴定手册[M].上海:上海科学技术出版社,1979.
[12] 郭正刚,王根绪,沈禹颖,等.青藏高原北部多年冻土区草地
植物多样性[J].生态学报,2004,24(1):149.
[13] ShamirI,SteinbergerY.Verticaldistributionandactivityofsoil
microbialpopulationinasandydesertecosystem[J].Microbiol
Ecol,2007,53:340.
[14] WdeBoer,GAKowalchuk,JAvanVeen.‘Rootfood’and
therhizospheremicrobialcommunitycomposition[J].NewPhy
tol,2006,170:3.
[15] SteenwerthKL,JacksonLE,CalderonFJ.Soilmicrobialcom
munitycompositionandlandusehistoryincultivatedandgrass
landecosystemsofcoastalCalifornia[J].SoilBiolBiochem,
2002,34:1599.
[16] AlbaredaM,DardaneliMS,SousaC,etal.Factorsafecting
theatachmentofrhizosphericbacteriatobeanandsoybeanroots
[J].FEMSMicrobiolLet,2006,259:67.
[17] BertoloP.Assessinglandscapehealth:Acasestudyfromnorth
easternItaly[J].EnvironManage,2001,27:349.
Populationstructureandecologicaldistributionofrhizospheric
microorganismsofAngelicasinensis
JIANGShu,DUANJin'ao,YANHui,YUGuang
(NanjingUniversityofTraditionalChineseMedicine,Nanjing210046,China)
[Abstract] Objective:TostudythepopulationstructureandecologicaldistributionoftherhizospericmicroorganismsofAngeli
casinensis.Method:Theisolation,cultureandidentificationofmicroorganismswerestudiedbythebiologicalmethods,andthe
achieveddatawereanalyzedbythestatisticalmethodsforanalysisofspeciesdiversity.Result:WiththegrowingstagesofA.sinensis
fromMincountyofGansuprovince,HeqingofYunnanprovinceandBaoxingofSichuanprovince,thequantityofrhizospericmicroor
ganismsincreased;andithadreducedsinceOctober.IntheareaofMincountyGansuprovince,thenumberratioofbacteriaandfungi
washigherthanthatintheothertwoareas.Inaddition,thepopulationdiversityanddynamicchangewerediferentinthreeareas.In
theareaofMincountyGansuprovince,thenumberofdominantmicrobialpopulationsandthepopulationdiversitiesofbacteria,actino
mycesandfungiintherhizosphereweregreaterthanthoseintheothertwoareas.Conclusion:Themicroecologicalsystemandmicro
bialpopulationstructureintherhizosphereofMincountyGansuprovincewerestable.AnditwassuitableforthegrowthofA.sinensis
inthisarea.
[Keywords] Angelicasinensis;therhizosphericmicroorganims;populationstructure;ecologicaldistribution
[责任编辑 吕冬梅]
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第34卷第12期
2009年6月
                           
Vol.34,Issue 12
  June,2009