全 文 ：生态环境学报 2013, 22(1): 85-89 http://www.jeesci.com
Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：江苏大学高级专业人才科研启动基金(12JDG086)
作者简介：王从彦(1982 年生)，男，博士，现从事全球变化生态学及环境微生物生态学等方面的相关研究。E-mail: liuyuexue623@163.com
*通信作者
收稿日期：2012-10-03
豆科植物对根际土壤微生物种群及代谢的影响
王从彦 1, 2*，曹震 2，王磊 1，刘雪艳 1
1. 江苏大学环境学院，江苏 镇江 212013；2. 南通大学生命科学学院，江苏 南通 226019

摘要：自然界中很多种类的植物与固氮微生物共生，故其自身可进行氮同化，尤以豆科植物为甚。豆科植物由于与固氮微生
物共生，所以豆科植物根际土壤的氮素较高于非固氮类植物种类。由于氮素是微生物代谢必需的营养元素之一，所以，豆科
植物与非豆科植物的根际微环境存在一定的差异，自然而然两者根际土壤微生物的种群数量及其代谢活性也应存在一定的差
异。基于此，本研究拟选取两种豆科植物(合欢 Albizia julibrissin 和豌豆 Pisum sativum)及两种非豆科植物(樱花 Prunus serrulata
和艾蒿 Artemisia argyi)的根际土壤微生物为研究对象，以平板梯度稀释法测定其种群数量，并通过测定纤维素酶、转化酶、
脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶的活性为切入点分析其代谢活性，进而分析豆科植物对根际土壤微生物种群数量及其代谢的
影响。本研究结果显示豆科植物的根际土壤细菌和真菌数量显著低于非豆科植物的。木本非豆植物和木本豆科植物根际土壤
放线菌数量无显著差异，但是草本豆科植物根际土壤放线菌数量却显著高于草本非豆科植物的。另外，豆科植物根际土壤纤
维素酶、转化酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性均显著大于非豆科植物的，而豆科植物根际土壤脲酶活性却显著低于非豆科
植物的。另外，转化酶和脲酶活性与真菌数量呈显著相关。
关键词：豆科植物；根际；土壤微生物；土壤酶
中图分类号：Q948 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2013）01-0085-05

引用格式：王从彦, 曹震, 王磊, 刘雪艳. 豆科植物对根际土壤微生物种群及代谢的影响[J]. 生态环境学报, 2013, 22(1):
85-89.
WANG Congyan, CAO Zhen, WANG Lei, LIU Xueyan. Eological effects of leguminous plants on microorganism community in
rhizosphere soils [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2013, 22(1): 85-89.
植物是陆地生态系统的重要组成部分，是生态
系统中物质循环与能量流动的中枢，植物在与周围
环境进行物质循环与能量流动过程中对土壤微生
物产生了重要的影响[1-2]。由于微生物结构相对简
单，易受外界环境条件的影响而产生快速、灵敏的
应答反应，所以，土壤微生物的多样性及变异性可
反映其对环境的响应与适应[3-4]。其中有一类微生物
可以固氮，并且自然界中很多种类的植物与固氮微
生物共生，所以，其自身可进行氮同化，尤以豆科
植物为甚[5]。豆科植物由于与固氮微生物共生，豆
科植物根际土壤的氮素较高于非固氮类植物种类，
加之氮素是微生物代谢必需的营养元素之一[6]，所
以，豆科植物与非豆科植物的根际微环境存在一定
的差异，自然而然两者根际土壤微生物的种群数量
及其代谢活性也应存在一定的差异[7]。基于此，本
研究拟选取两种豆科植物(合欢 Albizia julibrissin 和
豌豆 Pisum sativum)及两种非豆科植物(樱花 Prunus
serrulata 和艾蒿 Artemisia argyi)的根际土壤微生物
种群为研究对象，以平板梯度稀释法测定其种群数
量，并通过测定纤维素酶、转化酶、脲酶、硝酸还
原酶和酸性磷酸酶的活性为切入点分析其代谢活
性，进而分析豆科植物对根际土壤微生物种群数量
及其代谢的影响。
1 材料与方法
1.1 实验材料
植物材料选取樱花，艾蒿，豌豆，合欢。四种
植物的根际土壤均采集于南通大学主校区校园。每
一种植物在南通大学主校区选取三处实验样地，每
处样地选取三处样点，每处样点用 2 mm 孔径筛子
筛选土壤，装在塑料密封袋中，并将之带回实验室
进行后续处理。
1.2 实验方法
1.2.1 土壤湿度
土壤水分含量采用干燥法进行测定。
1.2.2 根际土壤微生物的培养
微生物的数量测定采用平板梯度稀释法分析
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2013.01.019
86 生态环境学报 第 22 卷第 1 期（2013 年 1 月）
测定。其中细菌培养基为牛肉膏蛋白胨琼脂培养
基，真菌培养基为虎红培养基，放线菌培养基为高
氏 1 号琼脂培养基[8]。
1.2.3 土壤酶活测定
根际土壤酶活测定用分光光度计进行比色法
测定，测定酶活种类为纤维素酶(一个单位的酶活性
定义为 1 g 土样 30 min 内分解产生 1 mg 葡萄糖所
需的酶量)[9]、转化酶(一个单位的酶活性定义为 1 g
土样 24 h 内分解产生 1 mg 葡萄糖所需的酶量)[10]、
硝酸还原酶(一个单位的酶活性定义为 1 g 土样 1
min 内分解产生 1 μg NO2−所需的酶量)[11]、脲酶(一
个单位的酶活性定义为 1 g 土样 24 h 内分解产生 1
mg 氨基氮所需的酶量)[12]和酸性磷酸酶(一个单位
的酶活性定义为1 g土样24 h内分解产生1 mg P2O5
所需的酶量)[13]。
1.3 数据分析
将获取的数据运用 SPSS 17.0 软件进行显著性
分析，显著水平设置为 P<0.05。同时，分析土壤湿
度、不同微生物种群的数量及土壤酶活性等各因子
之间的相关性。
2 结果
2.1 四种植物的根际土壤湿度
四种植物的根际土壤湿度数据见图 1。结果显
示四种植物的根际土壤湿度无显著差异(P>0.05)。
2.2 四种植物的根际土壤微生物数量
四种植物的根际土壤微生物数量见图 2。结果
表明木本非豆科植物(樱花)的根际土壤细菌数量和
真菌数量显著高于木本豆科植物(合欢)的(P<0.05)，
而两种木本植物(樱花和合欢)的根际土壤放线菌数
量无显著差异(P>0.05)。草本非豆科植物(艾蒿)的根
际土壤细菌数量和真菌数量显著高于草本豆科植
物(豌豆)的，但是草本非豆科植物(艾蒿)的根际土壤
放线菌数量却显著低于草本豆科植物 (豌豆 )的
(P<0.05)。
2.3 四种植物的根际土壤酶活
2.3.1 纤维素酶活性
四种植物的根际土壤纤维素酶活性见图 3。结
果显示两种豆科植物(合欢和豌豆)的根际土壤纤维
素酶活性均显著高于两种非豆科植物(樱花和艾蒿)
的(P<0.05)。
2.3.2 转化酶活性
四种植物的根际土壤转化酶活性见图 4。数据
显示草本豆科植物(豌豆)的根际土壤转化酶活性显
著高于草本非豆科植物(艾蒿)的(P<0.05)，而两种木
本植物(樱花和合欢)之间的根际土壤转化酶活性无
显著差异(P>0.05)。
2.3.3 硝酸还原酶活性
四种植物的根际土壤硝酸还原酶活性见图 5。
数据显示两种豆科植物(合欢和豌豆)的根际土壤硝
a
a a a
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
樱花 合欢 艾蒿 豌豆
土
壤
湿
度
/%

图 1 四种植物的根际土壤湿度
(不同上标字母代表不同显著水平；P < 0.05)
Fig.1 The soil moisture of the four plant species in rhizosphere

a
b
a
c c
b
c
c
c
bbc
ab
0
5
10
15
20
25
30
35
40
樱花 合欢 艾蒿 豌豆
土
壤
微
生
物
数
量

图 2 四种植物的根际土壤细菌(黑色柱，×104)、真菌(斜线柱，×102)、
放线菌(白色柱，×103)数量
(不同上标字母代表不同显著水平；P < 0.05)
Fig.2 The amount of bacteria (filled bar, ×104), fungi (lined bar, ×102),
and actinomycetes (open bar, ×103) in rhizosphere
soils of the four plant species
b
a
c
a
0
1
2
3
4
5
6
7
8
樱花 合欢 艾蒿 豌豆土
壤
纤
维
素
酶
活
性
/(m
g•
g－
1 •
m
in
－
1 )

图 3 四种植物的根际土壤纤维素酶活性
(不同上标字母代表不同显著水平；P < 0.05)
Fig.3 The activities of cellulase of the four plant
species in rhizosphere soils
a
b
aa
0
0.5
1
1.5
2
2.5
樱花 合欢 艾蒿 豌豆土
壤
转
化
酶
活
性
/(m
g•
g－
1 •
24
h－
1 )

图 4 四种植物的根际土壤转化酶活性
(不同上标字母代表不同显著水平；P < 0.05)
Fig.4 The activities of invertase of the four plant
species in rhizosphere soils

王从彦等：豆科植物对根际土壤微生物种群及代谢的影响 87
酸还原酶活性均显著高于两种非豆科植物(樱花和
艾蒿)的(P<0.05)。
2.3.4 脲酶活性
四种植物的根际土壤脲酶活性见图 6。结果显
示两种豆科植物(合欢和豌豆)的根际土壤脲酶活性
均显著低于两种非豆科植物 ( 樱花和艾蒿 ) 的
(P<0.05)。
2.3.5 酸性磷酸酶活性
四种植物的根际土壤酸性磷酸酶活性见图 7。
数据显示木本豆科植物(合欢)的根际土壤酸性磷酸
酶活性显著高于木本非豆科植物(樱花)的(P<0.05)，
而两种草本植物(艾蒿和豌豆)之间的根际土壤酸性
磷酸酶活性无显著差异(P>0.05)。
2.4 根际土壤湿度、土壤微生物数量及酶活之间的
相关性
四种植物的根际土壤湿度、土壤微生物数量及
酶活之间的相关性见表 1。结果显示根际土壤转化
酶和脲酶活性与根际土壤真菌数量呈正显著相关
(P<0.05)。
3 讨论
一般情况下，由于豆科植物根际的氮素含量高
于非豆科植物，加之氮素是微生物代谢必须的元素
之一[6 错误!未定义书签。]，所以，豆科植物的根际土壤微生
物数量应高于于非豆科植物的根际土壤微生物数
c
a
c
b
0
1
2
3
4
樱花 合欢 艾蒿 豌豆土
壤
脲
酶
活
性
/(m
g•
g－
1 •
24
h－
1 )

图 6 四种植物的根际土壤脲酶活性
(不同上标字母代表不同显著水平(P < 0.05))
Fig.6 The activities of urease of the four plant species
in rhizosphere soils

cc
a
b
0
1
2
3
4
樱花 合欢 艾蒿 豌豆
土
壤
酸
性
磷
酸
酶
活
性
/
(m
g•
g－
1 •
24
h－
1 )

图 7 四种植物的根际土壤酸性磷酸酶活性
(不同上标字母代表不同显著水平(P < 0.05))
Fig.7 The activities of acid phosphatase of the four plant species
in rhizosphere soils

b
d
a
c
0
1
2
3
4
5
樱花 合欢 艾蒿 豌豆
土
壤
硝
酸
还
原
酶
活
性
/
(μg
•g
－
1 •
m
in
－
1 )

图 5 四种植物的根际土壤硝酸还原酶活性
(不同上标字母代表不同显著水平(P < 0.05))
Fig.5 The activities of nitrate reductase of the four plant
species in rhizosphere soils
表 1 四种植物的根际土壤湿度、土壤微生物数量及酶活之间的相关性
Table 1 Relationships between soil moisture, the population amount of soil microorganisms, and soil enzyme activities of the four plant species
土壤因子 纤维素酶 转化酶 硝酸还原酶 脲酶 酸性磷酸酶 细菌数量 真菌数量 放线菌数量 土壤湿度
纤维素酶 R 1 0.711 0.939 −0.920 0.386 −0.832 −0.867 0.731 −0.067
P 0.289 0.061 0.080 0.614 0.168 0.133 0.269 0.933
转化酶 R 1 0.726 −0.913 0.452 −0.544 −0.962* 0.941 0.600
P 0.274 0.087 0.548 0.456 0.038 0.059 0.400
硝酸还原酶 R 1 −0.939 0.680 −0.591 −0.882 0.626 0.141
P 0.061 0.320 0.409 0.118 0.374 0.859
脲酶 R 1 −0.567 0.666 0.990* −0.849 −0.329
P 0.433 0.334 0.010 0.151 0.671
酸性磷酸酶 R 1 0.185 −0.532 0.144 0.545
P 0.815 0.468 0.856 0.455
细菌数量 R 1 0.643 −0.747 0.328
P 0.357 0.253 0.672
真菌数量 R 1 −0.901 −0.426
P 0.099 0.574
放线菌数量 R 1 0.379
P 0.621
土壤湿度 R 1
P
88 生态环境学报 第 22 卷第 1 期（2013 年 1 月）
量。研究也表明豆科植物可显著增加可培养微生物
数量、微生物生物量和群落代谢多样性[7]。本研究
发现草本豆科植物的根际土壤放线菌数量显著高
于草本非豆科植物的。这与前人研究结果一致。但
是，本研究结果显示豆科植物的根际土壤细菌数量
和真菌数量显著低于非豆科植物的。导致此种现象
的原因可能是非豆科植物的凋落物碳含量高，故而
其质量较低、难分解性较大[14]，从而导致参与分解
的微生物数量，尤其是参与分解难分解物质的真菌
数量增多。另外，豆科植物的根际土壤纤维素酶、
转化酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性均大于非豆
科植物的。其原因也可能是豆科植物根际的氮素含
量高于非豆科植物，故而其根际土壤微生物的代谢
活性高于非豆科植物的[7]。另外，豆科植物的根际
土壤脲酶活性却显著低于非豆科植物的可能因为
非豆科植物的根际土壤氮素含量较低，从而诱导土
壤硝化作用加强以补偿氮素匮乏，从而加速氮循环
[15]。另外，转化酶和脲酶活性与真菌数量呈显著相
关，表明根际土壤微生物的数量在一定程度上影响
微生物的代谢活性[3, 16]。
其实，植物对微生物多样性的影响机制非常复
杂，植物类型及其多样性、植物凋落物的质与量、
根系及其分泌物特征、物候等生理生态的变化以及
土壤条件和人为因素的干扰等对土壤微生物的多
样性均会产生重要的影响[17-18]。基于目前的研究现
状和研究水平，以下几个方面的研究亟待加强：(1)
加强对特定生态环境条件下的微生物群落研究，尤
其是优势植物种类或建群种下的土壤微生物群落
多样性及其相互作用关系研究，充分利用现代分子
生物学手段，探索土壤微生物群落结构与生态功能
的关系，使土壤中有益菌群占据主要生态位，抑制
土壤中病源微生物的生长和繁殖，维护生态系统健
康和稳定[19]。(2)研究植物对土壤微生物的影响时，
还要考虑多方面的因素，重视植物、土壤微生物和
土壤生态系统过程三者之间的相互关系，在种群、
群落和生态系统多个层面上研究土壤微生物多样
性的响应与适应，并整合不同尺度，不同生态系统
下的研究结果。虽然目前的研究还不足以让研究者
获取土壤微生物多样性的全部状况和信息，但土壤
微生物作为活的有机体，随着基因组时代的盛兴和
后基因组时代(功能基因组)的到来，为阐明全球变
化背景下的植物-土壤微生物之间的响应和适应机
制开辟了广阔的前景[17-18]。(3)重点探究与氮循环相
关的微生物种群变化及代谢活性动力学，如固氮
菌、氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌等，从而更
好地的探究植物尤其是豆科植物对参与氮循环相
关的微生物的生态影响，尤其是在大气氮沉降日益
增加的全球背景下。(4)由于人类活动的频度及强度
日益增加，全球变化呈现多样化。所以，今后应从
不同全球变化因子对土壤微生物的交互作用(如温
室效应、大气氮沉降和植物入侵等)这一方面入手，
进而更好地探析全球变化对土壤微生物造成的影
响及其适应策略和响应机制以更好阐明全球变化
对土壤微生物多样性和生态功能的影响及其内在
机制[20]。

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Eological effects of leguminous plants on microorganism community
in rhizosphere soils

WANG Congyan1, CAO Zhen2, WANG Lei1, LIU Xueyan1
1. School of Environmental Sciences, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China;
2. School of Life Sciences, Nantong University, Nantong 226019, China

Abstract: Many plant species build the mutualism relationship with nitrogen-fixing microorganisms in nature. Thus, those plant
species have the functioning of nitrogen fixation, especially leguminous plant species. According to logical thinking, the
concentration of nitrogen nutrient in rhizospheral soils of leguminous plant species were higher than that of non-leguminous plant
species. Thus, there may be different in the microenvironment of rhizospheral soils as well as the amount and metabolic activities of
microorganisms in rhizospheral soils between leguminous plants and non-leguminous plant species inferentially due to the fact that
nitrogen nutrient was the essential elements of microbial metabolism. Thus, this study was carried out with two leguminous plant
species (woody: Albizia julibrissin and herbal: Pisum sativum) and two non-leguminous plant species (woody: Prunus serrulata and
herbal: Artemisia argyi) seleseted as research target in order to assess (1) the effects of leguminous plant species on metabolic
amount in rhizospheral soils revealed by dilution plate method with spread plates, and (2) the effects of leguminous plant species on
the metabolic activities of microorganisms in rhizospheral soils through determine soil enzyme activities (i.e., cellulase, invertase,
urease, nitrate reductase, and acid phosphatase) to insights into the effects of leguminous plant species on soil microorganism
community. The results of this study suggested that the amount of bacterial and fungal in rhizospheral soils of the two leguminous
plant species were significantly lower than those of non-leguminous plant species. The actinomycetic amount in rhizospheral soils of
two woody species were equivalent basically, while the actinomycetic amount in rhizospheral soils of herbal leguminous plant
species were significantly higher than those of herbal non-leguminous plant species. Meanwhile, the activities of cellulase, invertase,
nitrate reductase, and acid phosphatase in rhizospheral soils of leguminous plant species were significantly higher than those of
non-leguminous plant species. But, an interesting phenomenon was that urease activities in rhizospheral soils of non-leguminous
plant species were higher than those of leguminous plant species significantly. The activities of invertase and urease were
significantly correlated with fungal amount in rhizospheral soils of the four plant species.
Key words: legume plants; rhizosphere; soil microorganism; soil enzymes