全 文 ：中国生态农业学报 2012年 4月 第 20卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Apr. 2012, 20(4): 488−494


* 上海市科委科技攻关项目(09391910500)和公益性行业(农业)科研专项(200903056)资助
** 通讯作者: 曹林奎(1962—), 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为农业生态环境污染控制。E-mail: clk@sjtu.edu.cn
雷先德(1985—), 男, 在读硕士研究生, 研究方向为农业面源污染与治理。E-mail: xdlei_125136@yahoo.com.cn
收稿日期: 2011-09-13 接受日期: 2011-11-24
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00488
微生物菌剂对菠菜生长特性及土壤微生物
多样性的影响*
雷先德1,2 李金文1 徐秀玲1,2 张翰林1,2 曹林奎1**
(1. 上海交通大学农业与生物学院 上海 200240; 2. 农业部都市农业(南方)开放重点实验室 上海 200240)
摘 要 通过化肥减量 20%和 40%并配施微生物菌剂试验, 研究菌剂对菠菜营养生长的影响, 并通过提取土
壤微生物总 DNA, 进行 16S rDNA的 PCR-DGGE研究微生物多样性。结果表明: 在菠菜生长后期, 配施菌剂
处理的叶绿素含量(SPAD 值)和叶绿素荧光参数(Fv/Fm)较高, 其中, T5(化肥减量 40%+菌剂减量 40%)处理
SPAD为 52.856, T3(化肥减量 20%+菌剂减量 40%)处理 Fv/Fm为 0.797, 而在生长前期则表现为 T1(全量化肥)
处理较高; 菠菜可食部分硝酸盐含量以对照(CK, 不施肥)处理最高, 为 1 009.21 mg·kg−1, 添加微生物菌剂处
理(T2~T5)都明显少于 CK和 T1处理; 对氮、磷、钾养分的吸收利用率以 T2(化肥减量 20%+全量菌剂)处理最
好; 菠菜产量化肥减量处理(T2~T5)较 T1处理均增产, T4(化肥减量 40%+全量菌剂)处理的增产量最大, 平均产
量达到 277.73 g·盆 −1, 增加 170%; 常规化肥 (T1)处理的土壤微生物丰富度指数最低 , 香农−威尔指数
(Shannon-Wierner index)为 0.398, 较 CK 0.498有所下降, 而施用微生物菌剂的各处理(T2~T5)为 0.547~0.983,
土壤微生物多样性指数明显提高。微生物菌剂对菠菜起到显著促生作用, 以 T4 处理最好, 对提高菠菜土壤微
生物多样性方面以 T3处理最好。
关键词 微生物菌剂 菠菜特性 PCR-DGGE 16S rDNA 微生物多样性 化肥减量 产量
中图分类号: S154.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)04-0488-07
Effect of microbial inoculants on spinach growth characteristics
and soil microbial diversity
LEI Xian-De1,2, LI Jin-Wen1, XU Xiu-Ling1,2, ZHANG Han-Lin1,2, CAO Lin-Kui1
(1. School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China;
2. Key Laboratory of Urban Agriculture, Ministry of Agriculture, Shanghai 200240, China)
Abstract The Huangpu River (which is the source of drinking water) has been highly contaminated in recent years by
fertilizer-rich agricultural drainage from extensive fertilizer uses in vegetable farms for high yields in the suburbs of Shanghai. A
fertilizer-use reduction experiment, with 20%~40% (T1~T5) reduction in chemical fertilizer use in combination with a newly
composed mixture of two lad-developed microbial inoculant strains, was used to analyze spinach growth characteristics and soil
microbial population in cultivated lands of Shanghai suburbs. The microbial DNA was extracted using the specific primer GC clamp
to amplify PCR and ran a denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). The aim of the experiments was to investigate the
characteristics of spinach and soil microbial environment under reduced fertilizer use, augmented with patent microbial agents. The
results showed that reduced fertilization was conducive for improving the chlorophyll content and fluorescence parameters of spinach.
Compared with T1 (100% chemical fertilizer) treatment, the combined treatments of reduced chemical fertilizer and inoculants
presented higher chlorophyll content and fluorescence parameters of spinach at the later growth stage but lower at latter stages. SPAD
under T5 (40% reduced fertilizer with 60% inoculant) treatment, and Fv/Fm under T3 (20% reduced fertilizer and 60% inoculant)
treatment were 52.856 and 0.797 respectively. The results showed that the nitrate content of the edible parts of spinach was highest
under CK (without fertilizer) treatment, while those of treatments with inoculants were obviously reduced. The absorption and use
第 4期 雷先德等: 微生物菌剂对菠菜生长特性及土壤微生物多样性的影响 489


efficiency of N, P and K were highest under T2 (20% reduced fertilizer with 100% inoculant) treatment. Spinach yield was increased
under combined treatments of reduced fertilizer and inoculant. Spinach yield under T4 (40% reduced fertilizer with 100% inoculant)
treatment was the highest, which was approximately 227.73 g·pot−1. Compared with the control (CK), yield under T4 treatment
increased by 170%. Microbial richness index (from extracting total microbial DNA via PCR-DGGE and analyzing soil microbial
diversity) was lowest in chemical fertilization treatment, while Shannon-Wierner index was 0.398, lower than that under CK
treatment. Shannon-Wierner indexes under inoculant treatments were 0.547~0.983. The results suggested that microbial inoculants
improved spinach yield, NPK uptake and use efficiency and soil microbial diversity. The combined application of 100% microbial
inoculants with 40% reduction of chemical fertilizer (T4) significantly promoted spinach growth, while T3 treatment had the best
effect on microbial diversity.
Key words Microbial inoculant, Spinach characteristic, PCR-DGGE, 16S rDNA, Microbial diversity, Fertilizer reduction,
Yield
(Received Sep. 13, 2011; accepted Nov. 24, 2011)
长期大量施用化肥、农药, 导致土壤板结, 易缺
氧, 土壤酶活性及微生物多样性降低。近年来, 上海
都市农业生产发展迅速, 尤其是蔬菜生产, 在实际
生产中, 大部分菜农为了片面追求高产而忽视品质,
大量使用化肥, 特别是氮肥的过量施用现象非常普
遍。然而, 近年来国家统计数据显示, 我国农业资源
消耗, 包括化肥、农药等的用量增长速率与农业增
产量不呈正比, 并导致品质下降[1−4]。相关研究调查
显示, 这些化肥的利用率仅为 35%左右, 其余未被
利用的大部分都变成了污染源, 造成水体、空气和
土壤污染等环境问题[5−8]。为了解决农作物高产与化
肥过量施用而引起环境污染之间这一突出矛盾, 农
业部都市农业(南方)开放重点实验室开展了长期的
农田污染源头控制与过程治理的研究工作, 并且创
新开发出了一种农用功能微生物菌剂。本试验以该
微生物菌剂为试验材料, 应用于叶菜类菠菜, 探讨
化肥减量化技术对菠菜营养吸收利用的影响, 研究
微 生 物 菌 剂 对 菠 菜 的 促 生 效 应 , 并 应 用
PCR-DGGE(变性凝胶梯度电泳)等现代分子生物学
的手段 [8−9], 研究化肥减量与微生物菌剂配施处理
方式对土壤微生物种群多样性的影响, 旨在为从源
头控制农业面源污染, 保护水源地生态健康, 减少
化肥用量, 推广环保节能的农用混合微生物菌剂提
供理论基础和试验参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料与试验设计
供试菠菜品种为河北佳禾种子公司提供的大叶
菠菜; 供试菌剂由河北省科学院微生物研究所提供
的硅酸盐菌剂和上海交通大学农业部都市农业(南
方)重点开放实验室分离纯化培养的自生固氮菌液,
二者进行混合培养而形成的混合菌液。该混合菌液
具有溶磷、解钾及固氮等功能 , 主要菌株为
Paenibacillus mucilaginosus和 Bacillus subtilis, 有效
活菌数大于 2×108 cfu·mL−1。选用直径 30 cm、高 30
cm的花盆。试验前每处理每盆等量施用 30.55 g有
机肥, 有机肥的有机质含量≥400 g·kg−1, N、P、K
含量≥80 g·kg−1, 含 N 43.6 g·kg−1, 含水率 27.55%,
pH 7.85, Cd含量 7.23 mg·kg−1, Pb含量 78.24 mg·kg−1,
Cr含量 116.43 mg·kg−1, As含量 54.23 mg·kg−1。有机
肥与土壤拌匀。本试验共设 6 个不同处理, 每处理
设 3个重复(见表 1)。菠菜定植密度为 7株·盆−1。试
验所用氮肥为尿素, 磷肥为过磷酸钙, 钾肥为硫酸
钾以及上海雨霖牌生物有机肥料。第 1 季菠菜从
2010 年 11 月 20 日播种开始, 到 2011 年 1 月 24 日
收割结束; 第 2 季从 2011 年 3 月 8 日到 2011 年 5
月 5日。

表 1 试验各处理的施肥方案
Table 1 Fertilization design of different treatments in the experiment
处理 Treatment 施肥设计 Fertilization design N (kg·hm−2) P2O5 (kg·hm−2) K2O (kg·hm−2) 菌剂 Inoculant (mL·hm−2)
CK 不施肥 No fertilizer 0 0 0 0
T1 全量化肥 100% chemical fertilizer 120 96.0 84.0 0
T2 化肥减量 20%+全量菌剂
20% reduction of fertilizer+100% inoculant
96 76.8 67.2 15 000
T3 化肥减量 20%+菌剂减量 40%
20% reduction fertilizer+40% reduction inoculant
96 76.8 67.2 9 000
T4 化肥减量 40%+全量菌剂
40% reduction of fertilizer+100% inoculant
72 57.6 50.4 15 000
T5 化肥减量 40%+菌剂减量 40%
40% reduction of fertilizer and inoculant
72 57.6 50.4 9 000

490 中国生态农业学报 2012 第 20卷


供试土壤采自上海交通大学农业与生物学院试
验田, 土壤类型为褐壤土, 试验前土壤理化性质背
景指标测定如下: 土壤全氮、有效磷、速效钾、有
机质含量分别为 1.117 g·kg−1、0.212 mg·kg−1、125.00
mg·kg−1、12.40 g·kg−1, 电导率(Ec值)为 1.84 mS·cm−1,
pH为 7.25。试验期间人工浇水, 根据菠菜不同生长
期的需要, 每 1~5 d浇水 1次。
1.2 菠菜测定分析
在第 1季菠菜六叶期(2010年 12月 20日 14:00)
和营养生长后期(2011年 1月 24日 14:00), 每盆随机
抽取 3 株 , 挑选每株新长出的成熟叶片 , 使用
SPAD-502仪测定叶绿素含量 SPAD1和 SPAD2。2011
年 1 月 14 日下午, 用 OSI-FL 叶绿素荧光仪、经暗
适应 30 min 后, 测定菠菜叶片叶绿素荧光参数, 每
处理 9次重复。2011年 1月 24日, 菠菜收割当天, 用
紫外分光光度法测定菠菜可食部分硝酸盐含量, 每
样品 3 次重复。电子天平计量菠菜收割产量, 每盆
单独收割测产; 菠菜 N、P、K含量由上海交通大学
分析测试中心测定, 其中N使用 Elementer公司元素
分析仪(EAI)测定, P、K使用离子光谱仪(ICP)分析测
定, 每个样品 3次重复。
1.3 土壤样品采集与处理
试验期间, 分别在菠菜六叶期(2010 年 12 月 20
日)和营养生长后期(2011 年 1 月 24 日)两次采集土
样。使用不锈钢取土器采集 0~15 cm 土层, 部分土
壤放于−20 ℃冰箱冷冻保存, 另一部分土壤样品风
干后研磨, 分别过 2 mm筛和 0.45 mm筛, 塑料袋封
装保存, 待测。
1.4 土壤微生物分析
1.4.1 土壤总 DNA的提取、16S rDNA V3区片段
PCR扩增
每个样品取 0.5 g 土样提取 DNA, 本试验采用
Omega公司生产的 soil DNA Kit 提取土壤微生物基
因组 DNA, 按试剂盒使用说明的操作步骤进行。
将纯化后的基因组D N A作为聚合酶链反应
(PCR)的模板。采用微生物16S rDNA基因V3区具有
特异性的引物对F 3 4 1 G C和R 5 1 7 , 其序列分别为 :
F341GC(5-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGC
GGGGGCACGGGGGGCCTACGGGAGGCAGCAG-
3); R517(5-ATTACCGCGGCTGCTGG-3)。GC夹(下
划线)的目的是为了防止在DGGE过程中, 引物的完
全分离的扩增。反应体系为50 µL, PCR反应采用降
落PCR策略, 即: 预变性条件为96 5 min, ℃ 前20个
循环为94 1 min, 65~55 1 min℃ ℃ 和72 3 min(℃ 其
中每个循环后复性温度下降0.5 ), ℃ 后10个循环为
94 1 min, 55 1 min℃ ℃ 和72 3 min, ℃ 最后在72 ℃
下延伸7 min。PCR反应的产物用1.0%琼脂糖凝胶电
泳检测。
1.4.2 DGGE和染色
采用 DcodeTM突变检测系统(CBS)对 16S rDNA
V3区扩增产物进行 DGGE分析。
使用梯度胶制备装置 , 变性剂浓度从30%到
60%(100%的变性剂为7 mol·L−1的尿素和40%的去离
子甲酰胺), 聚丙烯酰胺凝胶浓度为8%; 在150 V的
电压下, 上样量为18 μL。其运行条件为: 0.5×TAE电
泳缓冲液, 60 ℃电泳条件下, 150 V, 10 h。电泳完毕
后, 再用去离子水漂洗, 固定15 min, 染色15 min,
显色10 min。
在图像处理过程中 , 对于在DGGE电泳图上是
肉眼可见、但被软件忽略掉的一些小条带进行了手
动处理, 条带的密度由该软件自动算出。
1.4.3 指纹图谱的处理与分析
基于PCR-DGGE的基本原理 , 所扩增的DGGE
条带的数量可代表群落DNA序列的丰富度(S), 群落
DNA 序列的多样性可采用Shannon-Weaver指数及
其均匀度指数来表示, Shannon-Weaver 指数及其均
匀度指数计算公式为:
Dsh=−ΣPi lnPi=−Σ(Ni/N)ln(Ni/N) (1)
Jsh=Dsh/lnS (2)
式中, Dsh为Shannon-Weaver指数, Jsh为均匀度指数,
Pi为第i个DGGE条带出现的概率, Ni为第i个DGGE
条带的扩增量, N为土壤微生物群落DNA的DGGE条
带的扩增总量(N=ΣNi), S为群落DNA序列丰富度指
数。Dsh 最小值为0, 最大值为lnS。DGGE指纹图谱
分析借助于Bio-rad公司Quantity one软件进行条带
判读。
1.5 数据统计分析
采用 Excel 2003及 SPSS 13.0进行数据处理及
统计分析 , 用单因素方差分析及邓肯检验(DMRT)
对数据进行显著性差异分析。采用 Bio-rad 公司
Quantity one 软件的 UPGAMA 程序进行微生物群
落的聚类分析。
2 结果与分析
2.1 菌剂处理对菠菜生长特性和产量的影响
2.1.1 对菠菜营养状态的影响
通过对菠菜叶片叶绿素含量进行测定结果显示
(表 2), 不同施肥处理间差异明显。各处理相比, 就
两次测定的叶绿素含量的变化, T2、T3、T4、T5处
理增幅较大, 其中 T1 增加 24.2%, 而 T5 则达到

第 4期 雷先德等: 微生物菌剂对菠菜生长特性及土壤微生物多样性的影响 491


表 2 不同施肥处理对菠菜叶绿素和 N、P、K含量的影响
Table 2 Effect of different fertilizer treatments on chlorophyll and N, P, K content in spinach
叶绿素含量 SPAD 处理
Treatment 1 2
叶绿素荧光
Fv/Fm
N
(g·kg−1)
P
(g·kg−1)
K
(g·kg−1)
CK 32.912a 44.756a 0.785a 31.70a 4.58ab 69.89ab
T1 38.444b 47.522b 0.791bc 45.70b 3.53d 56.50c
T2 36.122bc 49.867b 0.793b 60.57c 5.11c 71.72ab
T3 36.511c 49.022c 0.797bc 58.97b 4.85d 58.79c
T4 37.767c 50.989c 0.791b 54.17d 4.48a 67.07b
T5 36.867c 52.856c 0.790bd 58.00c 4.97b 75.16a
叶绿素的 1、2分别表示营养生长前期(2010年 12月 20日)和营养生长后期(2011年 1月 24日)的测定结果，同列数据后不同字母表示同
一指标不同处理间差异显著(P＜0.05)。“1” and “2” indicate SPAD was measured at the early stage (December 20, 2010) and later stage (January 24,
2011). Different small letters in the same column with the same indicator mean significant difference among the different treatments (P＜0.05).

45.6%。最后测定各处理的叶绿素含量差异为 :
T5>T4>T2>T3>T1>>CK。结果说明, 化肥对叶绿素
合成量的影响在菠菜生长前期影响更为明显, 且常
规化肥处理(T1)为最大 ; 而在生长后期 , 随着微生
物菌剂在环境中的定植与适应, 在土壤中繁殖量显
著提高 , 活性显著增强 , 对菠菜的作用逐渐显现 ,
相反, 化肥的作用却呈下降趋势, 从而导致最终化
肥减量 20%和 40%的处理比完全用化肥的叶绿素含
量要高。可见, 化肥作为速效性肥料对菠菜生长影
响较快 , 作用时间较短 , 成本较高 ; 而菌剂与化肥
的混施, 不但更能提高叶绿素含量, 且作用时间长,
成本也更低。
Fv/Fm 指标反映菠菜叶绿素荧光动力学参数 ,
是叶片光合系统 II 原初光能转换效率, 即可变荧光
产量与最大荧光产量之比。测定结果显示, 相比对
照处理, 使用菌剂的 T2、T3、T4和 T5处理的 Fv/Fm
都有所提高, 其中 T3达到 0.797, 比对照提高 0.012,
处理间差异显著。由此可见, 菌剂处理的菠菜在营
养生长中的光能转化能力优于不施肥 CK。添加微
生物菌剂的处理与纯粹使用化肥的 T1 处理差异不
显著。
菠菜对化肥及土壤中 N、P、K等养分的吸收直
接表现为各元素在植株体内的含量。由表 2可知, 在
收割期, 各处理间菠菜 N含量存在显著差异。以 T2
和 T3最高, T5和 T4次之, CK处理最低, 且 T2处理
较 CK处理的增幅为 100%。由此可见, 菌剂处理后,
固氮菌提高了植株 N 含量, 也就是提高了 N 吸收,
减少了 N损失。菠菜收割后植株 P、K含量以 T1处
理为最低, 分别约为 35.3 g·kg−1和 56.5 g·kg−1, 且明
显低于 CK的 45.8 g·kg−1和 69.9 g·kg−1, 表明在生长
后期, T1处理的菠菜对 P、K的吸收较少, 土壤中有
效磷和速效钾含量低。相比 T1处理, T2和 T5处理
反而有所提高, 表明硅酸盐菌的溶磷、解钾作用促
进了菠菜对 P 的吸收利用量, 使菠菜 P 含量较纯化
肥处理的 T1要高。微生物菌剂的两种菌各自发挥了
其主要功能, 固氮菌保持了较低氮肥使用条件下的
高 N 含量, 硅酸盐菌确保了较低磷肥和钾肥使用条
件下的高 P、K含量。
2.1.2 对菠菜硝酸盐含量的影响
收割后将菠菜全株(包括根、茎、叶)捣碎后测定
硝酸盐含量。由表 3 可知, 与不施肥(CK)处理相比,
施肥处理对菠菜硝酸盐含量影响较大, 使硝酸盐含
量显著增加。其中, T1处理的硝酸盐增量最为明显,
达到 5 866.52 mg·kg−1, T2最小, 为 4 358.23 mg·kg−1,
T3、T4和 T5处理在 4 677.55~5 078.25 mg·kg−1之间。
由此可见, T2、T3、T4、T5处理与 T1处理相比, 硝
酸盐含量明显降低。因此, 菌剂的配合施用与纯施
化肥相比, 可以提高菠菜品质, 有利于生产有机健
康蔬菜。

表 3 不同施肥处理对菠菜硝酸盐含量和产量的影响
Table 3 Effect of different fertilizer treatments on nitrate
content and yield in spinach
处理
Treatment
硝酸盐含量
Nitrate content
(mg·kg−1)
根生物量比重
Proportion of root
biomass (%)
产量
Product yield
(g·pot −1)
CK 1 009.21a 4.36a 102.57a
T1 5 866.52bc 3.54bc 220.13b
T2 4 358.23cd 3.02bc 264.38c
T3 5 078.25c 3.51bd 267.53c
T4 4 840.35c 3.50bd 277.73c
T5 4 677.55c 3.50b 241.62d

2.1.3 对菠菜产量的影响
根系是植物从土壤获取养分的必要器官, 但作
为可食用的菠菜, 根系重量在菠菜收割期所占总生
物量的比重越高(即根生物量比重越高), 其可食用
部分就相对减少, 产量就相对降低。表 3表明, 固氮
溶磷解钾菌剂配合施用后, 与不施肥对照相比, 根
生物量比重有明显降低, 由 4.36%下降到 3.02%, 降
低约 30%, 比化肥 T1处理的 3.54%也有降低。由此
492 中国生态农业学报 2012 第 20卷


说明, 功能菌剂的配施不仅促进了菠菜根系的生长,
而且提高了养分及光合产物的有机分配, 从而提高
了菠菜可食部分的生物量比重 , 提高了菠菜产量 ,
有效提高了菠菜的经济效益。
本试验包括两季菠菜, 产量计算为两季的总产
量。其中, 第 1季为 2010年冬季菠菜, 第 2季为 2011
春季菠菜。试验表明, 菠菜产量受所施用肥料的影
响较大, 施肥对菠菜产量提高效果明显。由表 3 可
知, 不同处理间每盆菠菜的平均产量差异显著。与
CK处理相比, T4处理的产量增加最大, 每盆平均产
量达到 277.73 g, 产量增加 170%; T3、T2、T5和 T1
处理的增产量依次减少 , 平均每盆产量分别为
267.53 g、264.38 g、241.62 g和 220.13 g。其中, 化
肥减量施用的 T2、T3、T4和 T5处理产量均比常规
化肥用量 T1处理产量高, 达到了化肥减量而不减产
甚至增产的效果。由此可见, 菌剂可以替代部分化
肥, 减少农业化肥用量。
2.2 菌剂处理对菠菜土壤微生物多样性的影响
2.2.1 土壤微生物 DGGE指纹图谱分析
对不同处理菠菜栽培土壤微生物 16S rDNA V3
可变区片断进行 DGGE 指纹图谱分析的结果(图 1a)
表明, 不同施肥处理下盆栽菠菜土壤的微生物基因
区系条带出现较小差别。与 CK 相比, 各处理除 T1
外, 条带亮度略有增加, 条带数量无明显差别。从图
1b 16S rDNA V3区 PCR扩增片段 DGGE泳道图谱
可以看出 , 多数的明显条带在迁移率上基本一致 ,
说明不同处理间具有大量的共有微生物种群, 这主
要是存在于试验土壤中的土著微生物。微生物菌剂
处理的明亮条带明显在图谱中部多出现 1~2个条带,
表明混合微生物菌剂与化肥的配施, 提高了土壤主
要微生物种群基因多样性和数量。由于试验在低温



图 1 不同处理土样微生物的 16S rDNA V3区 PCR扩增
片段 DGGE图谱(a)以及图谱泳道(b)
Fig. 1 DGGE analytical results of 16S rDNA V3 fragments (a)
and electrophoretic comparison chart (b) of bacterial communities
from soil samples of different treatments
的冬春季进行, 土壤微生物本身活性也较低, 生长
繁殖速率较慢, 因而不同施肥制度对微生物种群与
数量的影响反映不够明显。
2.2.2 土壤微生物 DGGE条带图谱的聚类分析
不同施肥处理间的土壤微生物种群相似性表现
为DGGE条带聚类分析的相似性系数 , 相似性系数
越高, 种群多样性越趋于一致, 如图2所示。本试验
中 , T4和T5处理间的土壤微生物种群相似性最高 ,
达到0.80, 被聚为一类 , 与T1处理的相似性系数为
0.76, 同时与CK都聚在一个大类; 而T2和T3处理又
被单独聚在一类 , 相似性系数为0.70; 两个大类间
最低相似性系数也达到0.65。一般认为相似值高于
0.60的两个群体具有较好的相似性, 将6个样品归为
一类的相似值达0.65, 说明种植1茬菠菜后, 不同施
肥制度的土壤细菌群落结构相似性程度提高。



图 2 不同处理土样微生物的 16S rDNA V3区的 DGGE
条带图谱的聚类分析
Fig. 2 Cluster analysis of 16S rDNA band profiles of bacterial
communities from soil samples of different treatments

2.2.3 土壤微生物种群 DNA多样性分析
对不同处理土壤的微生物 16S rDNA 的 DGGE
条带进行香农−威尔多样性指数 (Shannon-Wierner
index)分析, 结果见表 4。从表 4 可以看出, 丰富度
指数以 T1 处理最低, T3 处理最高, 与不施肥处理
CK 相比, 常规化肥处理 T1 的土壤细菌丰富度指数
有所降低 , 而添加微生物菌剂的则有所提高 ; 而
Shannon-Wierner 指数在各处理间差异较为明显, 与
不施肥处理 CK相比, 常规化肥处理 T1的土壤细菌
多样性有所降低, 而添加微生物菌剂的各处理却有
明显提高。该结果表明, 常规化肥处理不利于提高
土壤微生物种群多样性; 相反, 在化肥减量情况下,
配施有益的微生物菌剂, 有利于改善土壤中主要微
生物种群结构, 提高微生物种群多样性。
第 4期 雷先德等: 微生物菌剂对菠菜生长特性及土壤微生物多样性的影响 493


表 4 不同处理土样微生物的 16S rDNA V3区扩增片段
的 DGGE条带丰富度指数、多样性指数
Table 4 Richness index, Shannon-Wiener diversity index of
DGGE bands amplified 16S rDNA V3 fragments of bacterial
communities from soil samples of different treatments
处理
Treatment
丰富度指数
Richness index
Shannon-Wierner 指数
Shannon-Wierner index
CK 12 0.498
T1 11 0.398
T2 12 0.768
T3 13 0.983
T4 12 0.547
T5 12 0.713

3 讨论与结论
本研究中, 施用微生物菌剂显著提高了菠菜叶
绿素含量, 以T5和T4处理最好; 显著提高了菠菜对
NPK养分的吸收与转化, 以T5和T2处理最好; 而对
叶绿素荧光参数作用不明显; 菠菜硝酸盐含量为常
规化肥处理>化肥减量20%处理>化肥减量40%处理
>不施肥CK处理。微生物菌剂部分替代化肥引起菠
菜硝酸盐含量减少, 从而提高了菠菜品质。
土壤中有效氮、磷、钾养分的持续供给是影响
菠菜营养生长阶段重要的因素 [3], 本试验中 , 微生
物菌剂具有这方面功能。当环境中有效养分充足 ,
菠菜生长期延长, 长得更高更壮, 最大限度地增加
生物量, 提高产量。本研究中菠菜产量以添加微生
物菌剂并减少化肥用量40%的处理最好, 各处理间
差异显著。与CK相比, T4处理增产幅度最高, 达到
170%, 与T1相比 , 也增产26.2%, 这与前人的研究
结论一致。崔美华等[9−10]研究表明, 微生物菌剂对东
北水稻的增产率达13.5%。这是因为微生物菌剂的有
益菌群在土壤中定殖后, 分泌有机酸可以溶解释放
出被土壤颗粒等吸附的NPK养分, 从而延长了土壤
NPK养分的有效供给, 促进了菠菜营养生长。可见,
微生物菌剂应用的增产效果明显。
许多研究报道指出, 土壤微生物群体变化与施
肥类型和施肥用量有关[11−13]。施无机肥对土壤微生
物多样性及活性的影响, 目前的尚有争议[14−15]。并
且, 由于目前技术的制约, PCR-DGGE 技术体系只
能研究土壤中微生物量较大的种群, 不能完全反映
土壤中所有微生物种群数量。Sarathandra 等[16]研究
新西兰汉密尔顿的两个砂壤土试验区施肥对土壤微
生物的影响, 结果显示无机肥对土壤微生物群落有
一定的影响。本试验中以 T3处理土壤微生物多样性
最好, 丰富度指数为 13、Shannon-Wierner 指数为
0.983, 常规化肥处理(T1)最差, 与 Sarathandra 等[16]
的研究一致。表明微生物菌剂能够保持和提高土壤
微生物丰富度指数和香农−威尔 (Shannon-Wierner)
多样性指数, 稳定农田土壤环境中微生物种群多样
性; 常规化肥处理导致土壤微生物种群多样性的降
低。值得注意的是, 本研究各处理的生物种群丰富
度均不高, 与 Duan等[17]研究结果有一定差异。此外,
土壤温度、有机质含量也是影响微生物种群数量的
重要因素, 温度太低、有机质过少都不利于微生物
增殖与外来种的定植[18]。由于农田土壤环境中微生
物种群多样性受试验田长期试验、土壤有机质较少、
试验环境温度低的影响, 各试验结果的总体物种丰
富度不高。鉴于此, 以后可选择固定试验田或土壤
中进行长期试验, 进一步研究长期稳定施肥处理条
件下微生物菌剂对土壤微生物多样性的影响。
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中国科学院遗传与发育生物学研究所
农业资源研究中心研究生教育简介

1 概况
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称中心)的前身为始建于 1978年的中国科学院石家
庄农业现代化研究所。中心拥有中国科学院院士 1人, 研究员 17人, 引进中国科学院“百人计划”人才 3名。在读硕
士和博士研究生 80人。
中心沿北纬 38度带分别在河北省元氏县、栾城县和南皮县建立了 3个野外试验台站, 形成了具有不同生态类型的
山地丘陵区—山前平原区—滨海平原区农业科学研究基地。其中栾城农业生态系统试验站已于 2005年晋升为国家野外
试验台站, 同时也是中国科学院生态网络台站成员和国际 GTOS成员。中心拥有中国科学院农业水资源重点实验室、
河北省节水农业重点实验室和中国科学院小麦转基因研究试验基地。
自 2002年进入中国科学院知识创新工程以来, 中心面向国家水安全、粮食安全、生态环境安全的重大战略需求和农
业资源与生态学前沿领域, 以农业水资源高效利用为重点, 在节水理论与技术、农业生物技术、生态系统及信息管理等领
域, 开展应用基础研究, 集成创新资源节约型现代农业模式, 为区域农业持续发展做出了基础性、战略性、前瞻性贡献。
2 招生与培养
2.1 招生
每年秋季招收 1次生态学博士、学术型硕士和生物工程全日制专业学位硕士研究生。每年 8月左右开展免试生接
收工作。通过中心复试并获得拟接收资格的免试生, 若最终未获所在校外推指标者, 只要统考成绩通过中心的复试线,
可免复试直接录取。
2.2 培养与就业
中心十分注重培养质量, 改善人才成长环境, 努力提高学生的综合素质。每年有多位学生荣获中国科学院和中国科
学院遗传与发育生物学研究所的各种冠名奖学金。学生毕业后赴国内外大学和科研院所等企事业单位就职或从事博士
后研究工作。近 5年毕业生就业率达 96.59%, 其中 2010年毕业生就业率达 100%, 按期毕业率达 96%。
2.3 学生待遇
学生在学期间不仅不收取任何学费, 还享有相应的研究助理薪金, 硕士生奖/助学金 25000 元/年左右, 博士生 35000
元/年左右。优秀学生每年除可获得中国科学院研究生院奖学金、冠名奖学金等奖励外, 还可享有研究所设立的“振声奖
学金”和“益海嘉里奖学金”等。
学生拥有宽敞明亮并备有单独卫生间的住宿(两人间)环境和价位适中的学生食堂。
热忱欢迎地球科学、生物学、农学和林学等相关专业有志青年踊跃报考及推免！
3 联系方式
单位网址: http://www.sjziam.ac.cn 电话: 0311-85801050 传真: 0311-85815093
联系人: 王老师 E-mail: yzb@sjziam.ac.cn 邮政编码: 050022