三峽庫區栽培重樓屬藥用植物根際土壤微生物數量和酶活性的變化

張靜，肖國生，周濃，丁博，趙學巧，郭冬琴，祁俊生

重慶三峽學院生命科學與工程學院，重慶 404000

三峽庫區栽培重樓屬藥用植物根際土壤微生物數量和酶活性的變化

張靜，肖國生，周濃，丁博，趙學巧，郭冬琴，祁俊生

重慶三峽學院生命科學與工程學院，重慶 404000

目的研究不同產地、不同品種重樓屬藥用植物對其根際土壤微生物數量和酶活性的影響。方法實地調查與采集三峽庫區重樓屬藥用植物根際土壤，采用微生物稀釋平板培養法對重樓根際土壤微生物數量、土壤酶活性及其相關性進行研究。結果不同產地重樓根際土壤微生物各生理類群數量差異顯著，土壤微生物區系中細菌為優勢類群，放線菌次之，真菌很少。土壤微生物數量的變化趨勢與土壤微生物多樣性指數的變化趨勢不一致。不同產地重樓根際土壤磷酸酶、蔗糖酶和蛋白酶活性各異。相關分析顯示，根際土壤酶活性與土壤微生物數量之間存在相關關系。結論選擇合適的重樓品種和栽培基地，有利于根際土壤微生物數量和酶活性的提高，從而為重樓生長發育創造良好的微生態環境。

重樓；三峽庫區；根際土壤；微生物數量；多樣性；酶活性；相關性

隨著醫藥行業對重樓藥材需求量的日益增加，重樓野生資源蘊藏量的急劇減少，現已列為國家二級瀕危藥用植物［1］。開展人工馴化栽培，是解決重樓資源問題的重要途徑［2-3］。三峽庫區為重樓資源的傳統分布區，適宜重樓的人工馴化栽培［4］。目前各地推進引種馴化栽培時，普遍存在選擇栽培品種和基地盲目的問題。而重樓生長周期較長，在其生長發育過程中與其土壤微生物尤其是根際土壤微生物數量有著密切的相互關系。藥用植物根際是藥用植物根系與微生物交流比較活躍的土壤微區，是藥用植物-土壤-微生物相互作用的特殊微生態系統，維持著土壤生態功能的發揮［5-6］。土壤微生物是土壤中物質的轉化和養分循環的驅動力，參與一系列土壤有機質分解、腐殖質形成、土壤養分轉化和循環等過程［7］。土壤酶是具有特殊生物化學催化活性的一類生理物質，參與土壤生物化學反應的重要過程［8］。根際土壤微生物數量和酶活性的高低可用來指示土壤中物質代謝的旺盛程度，是衡量土壤質量狀況、維持土壤肥力和藥材品質形成的一個重要指標，對于發揮藥用植物根際微生態的功能起著重要的作用［9］。

目前，對重樓根際土壤的研究主要集中在滇重樓根際土壤理化性質、微生物數量和酶活性與滇重樓品質的相關性評價方面［2，10-12］，重樓屬植物根際微域土壤微生物狀況研究尚未見報道。本試驗探討不同重樓栽培品種根際土壤微生物和酶活性及其相互關系，旨在為三峽庫區選擇合適的重樓品種，創造以有益微生物占優勢的土壤微生態環境，實現重樓根際土壤生態的動態平衡，為重樓的優質豐產提供依據。

1　材料與方法

1.1根際土壤的采集與處理

本課題組于2012年8月-2013年10月期間，在重慶市開縣滿月鄉馬營村等地采集重樓根際土壤，并經中國科學院昆明植物研究所李恒研究員鑒定，樣品來源信息見表1。分別在重樓馴化栽培區采用S形線路采樣法和隨機多點混合的原則［13］，選取長勢一致的重樓10株，輕輕抖動根系并去掉根系上黏附的較大顆粒土壤，收集根系及黏附其上的土壤即為根際土，將混合均勻的根際土壤放入無菌塑料袋中，放入戶外保鮮箱后立即帶回實驗室。1份放入 4 ℃冰箱保存，用于分析根際土壤微生物的數量；另 1份自然風干，去雜，過1 mm土壤篩后用于測定根際土壤酶的活性。

表1　重樓根際土壤樣品來源

1.2土壤微生物數量測定

采用稀釋平板計數法測定根際土壤中微生物數量［14］。細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基、真菌采用馬丁氏培養基、放線菌采用改良高氏Ⅰ號培養基、解有機磷細菌采用有機磷細菌培養基、解無機磷細菌采用無機磷細菌培養基，分別進行各微生物類群的分離與計數，并計算每克干土中的微生物數量（CFU/g干土）。

1.3土壤微生物多樣性指數

土壤微生物多樣性指數的計算公式［15］：Shannon指數H=-ΣPilnPi。式中，Pi為i類群個體數占總數的比例。

1.4土壤酶活性的測定

各土壤酶活性的測定主要參照關氏［16］方法并稍加改進，用離心（5 000 r/min，6 min）代替過濾。蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法，蛋白酶活性采用改良茚三酮比色法。

1.5統計學方法

采用SPSS18.0統計軟件和Microsoft Excel 2007軟件所測數據進行分析。采用Pearson相關分析法檢驗變量之間的相關性，相關性水平設為：∣r∣=1.0為絕對相關，0.8＜∣r∣＜1.0為高度相關，0.5＜∣r∣＜0.8為中度相關，0.3＜∣r∣＜0.5為低度相關，0＜∣r∣＜0.3為不相關，∣r∣=0為絕對不相關。

2　結果與分析

2.1不同產地重樓根際土壤微生物數量

土壤微生物數量可直接反映其生物化學活性和土壤養分的組成與轉化水平，為衡量土壤質量的一項重要指標［17］。細菌、真菌、放線菌為土壤微生物中三大主要微生物類群，其類群組成和數量變化常能反映出土壤生物活性水平，反映了土壤中物質代謝的旺盛水平。不同產地重樓根際土壤微生物數量測定結果見表2。

表2　不同產地重樓根際土壤微生物數量

不同產地重樓根際土壤微生物數量的大小順序均依次為細菌＞放線菌＞真菌，即細菌數量最多，為優勢菌群，說明重樓根際有機物的分解和轉化主要靠土壤細菌來完成。不同產地重樓根際土壤微生物的組成及其數量存在顯著差異（P＜0.05），不同類群微生物數量的組成比例因不同品種、生境而異，與周氏等［12］研究結果一致。細菌在 S5樣品數量最多，達110.67×106CFU/g，并顯著高于其他9個樣品（P＜0.05），樣品S10的細菌量最少，但與S1、S3、S4和S9的差異并不明顯。真菌在樣品S5數量最多，其次是S2，S4的真菌量為0.633 3×104CFU/g，顯著低于其他樣品（P＜0.05）。放線菌在 S8樣品中的數量最多，達360.00×103CFU/g，并顯著高于其他9個樣品（P＜0.05）。

同時，細菌與真菌、細菌與放線菌、真菌與放線菌的數量之比是反映土壤微生物群落結構改變的重要指標［18］。從表2可以看出，不同產地重樓因栽培模式、品種、生態環境等原因，導致根際土壤細菌、真菌和放線菌三者的比例關系改變，差異有統計學意義（P＜0.05）。

解有機與無機磷細菌是土壤中具有特定生理功能的微生物類群。從表2可以看出，不同產地重樓根際土壤的解有機和無機磷細菌數量有明顯差異，其中S5樣品的解有機磷細菌數量達127.67×105CFU/g，與其他9個樣品存在顯著差異（P＜0.05）；解無機磷細菌在S7樣品數量達58.33×105CFU/g，顯著高于其他9個樣品（P＜0.05），而S5、S9和S10樣品中解無機磷細菌數量較低，但相互之間無明顯差異。微生物總數量在S5樣品最大，達124.36×106CFU/g，與其余9個樣品存在顯著差異（P＜0.05），而樣品S4、S9和S10的微生物總數量較低，相互間無明顯差異。

2.2不同產地重樓根際土壤微生物多樣性分析

Shannon指數是對微生物群落中物種類型數目多寡、組成與分布量的綜合度量指標［17］。從圖1可見，不同產地重樓Shannon指數存在顯著差異（P＜0.05），說明不同產地重樓Shannon指數的豐富度不同，且不同微生物類型的個體數量分布不均勻。不同產地、品種重樓Shannon指數與根際土壤微生物總數量的變化趨勢不一致，即重樓根際土壤微生物數量總數高的產地，其Shannon指數不一定高，如S5、S6的根際土壤微生物總數量最多，而土壤微生物多樣性指數是最低的，這與王氏等［19］的研究結果一致?？赡懿煌a地與品種重樓根際微域環境對各微生物類群的作用結果不同，因而可能使根際土壤中微生物總數量很高，但Shannon指數不一定也高［17］。

圖1　不同產地重樓根際土壤Shannon指數比較

2.3不同產地重樓根際土壤酶活性

土壤酶活性反映了土壤中進行的各種生化反應的方向和強度，是土壤生物活性強度的重要標志［20］。由表3可知，不同產地重樓根際土壤蔗糖酶、磷酸酶和蛋白酶活性存在顯著差異（P＜0.05）。蔗糖酶為轉化酶，參與土壤碳素轉化的作用，可以反映土壤肥力、土壤呼吸強度及熟化程度。結果顯示，除S9、S10外，土壤肥力均較好。磷酸酶為水解酶類，可將有機磷轉化為無機磷，可以反映出土壤有效磷的狀況。結果顯示，S6的根際土壤磷酸酶活性最高，說明其土壤有效磷的含量最高；而S10根際土壤磷酸酶活性最低，說明土壤有效磷的含量明顯下降。蛋白酶可將土壤有機氮水解為氨基酸，促進土壤氮循環的重要過程［21］。結果顯示，土壤蛋白酶活性在S4樣品最高，但與S1、S7、S8和S9之間的差異無統計學意義（P＜0.05）。樣品S6和S10的蛋白酶活性較低，但兩者間無明顯差異。

表3　不同產地重樓根際土壤酶活性［mg/（g·d）］

2.4土壤微生物數量與土壤酶活性的相關性分析

土壤酶活性參與土壤中各種生化代謝過程和能量轉化，與土壤微生物數量有較好的相關性［17］。對土壤酶活性與土壤微生物數量進行Pearson相關分析表明，兩者具有一定的相關性（見表4）。蔗糖酶活性與放線菌呈正相關；磷酸酶與細菌呈顯著正相關，與解有機磷細菌呈正相關，與解無機磷細菌呈負相關；蛋白酶與放線菌呈正相關，細菌、解無機磷細菌呈負相關。不同微生物類群與其他酶活性之間相關性不顯著。不同土壤酶活性之間也存在一定的相關性。蛋白酶與蔗糖酶呈正相關，與磷酸酶呈負相關。不同微生物類群之間也存在顯著相關或極顯著相關。細菌與真菌呈顯著正相關；細菌、真菌與解有機磷細菌呈顯著正相關，相關系數分別為0.908、0.779，說明隨著根際土壤細菌或真菌數量的增加，解有機磷細菌的數量也會增加。

表4　土壤微生物數量與土壤酶活性的相關性分析（r）

3　討論

藥用植物根際土壤微生物的類群組成、數量大小和分布狀況對土壤肥力水平及植株對養分的吸收、利用具有重要的影響。周氏等［12］研究發現，不同產地滇重樓根際土壤可培養微生物的數量和種群結構具有顯著差異，與本研究結果相一致，表現出根際土壤微生物數量隨產地而改變。本研究結果表明，同樣為滇重樓（S1、S4、S7、S10）樣品，栽培于不同基地的根際土壤可培養微生物數量具有一定差異，微生物總數量表現為S7＞S1＞S4＞S10，因S7樣品栽培過程中使用采取了人工施肥措施，從而提高了其根際土壤微生物的數量和土壤肥力，與王氏等［22］對桔梗的研究結果一致。

張氏等［23］研究結果表明，自然條件下，不同品種百合之間“白狐”品種在不同時期的根際土壤微生物數量最多，形成明顯的根際效應。本研究中，即使栽培于同一生態條件（石柱縣馬武鎮）的卵葉重樓（S5）、狹葉重樓（S6）、滇重樓（S7）的微生物數量和多樣性均具有顯著差異，土壤微生物總數量為 S5＞S6＞S7，而S7的Shannon指數明顯好于S5、S6，說明不同品種重樓可形成自身獨特的根際微生物區系，從而影響其品質的形成，進一步表明栽培品種和栽培基地的選擇對重樓根際土壤微生物群落產生重要影響。

土壤酶活性是土壤生態系統的核心，可反映農業管理措施的改變而引起的土壤性質的變化［24］。本研究發現，不同產地重樓根際土壤蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶活性存在差異，各種酶活性變化也不盡相同，這與陳氏等［17］研究結果基本一致?？赡苁怯捎谥貥瞧贩N、生長環境、栽培模式不同等多種因素共同作用的結果［10，24］。對于導致土壤酶活性的上述變化的主導因素還有待于采集更多重樓樣本進一步深入探討。相關性分析表明，土壤微生物數量與土壤酶活性之間存在不同程度的相關性。細菌數量與磷酸酶活性呈顯著正相關，放線菌數量與蔗糖酶、蛋白酶活性呈正相關，解有機磷細菌數量與磷酸酶活性呈正相關。細菌數量與蛋白酶活性呈負相關，解無機磷細菌數量與磷酸酶、蛋白酶活性呈負相關。根際土壤微生物類群與土壤酶活性還存在相關性較小甚至是負相關，其原因可能為土壤酶活性是生物與非生物活性的綜合作用，不僅與土壤微生物數量和構成比例密切相關，還與生態環境、植物品種等非生物因素有關［17，25］。

本研究結果表明，滇重樓、毛重樓、狹葉重樓、卵葉重樓、長藥隔重樓、五指蓮重樓根際土壤可培養微生物的各生理類群數量差異顯著，并且均以細菌數量為土壤微生物的主要類群，其次為放線菌數量，真菌數量最少。土壤微生物數量的變化趨勢與根際土壤微生物多樣性指數的變化趨勢不一致。不同產地、不同品種重樓根際土壤蔗糖酶、磷酸酶和蛋白酶活性存在差異。細菌與磷酸酶活性呈顯著正相關，放線菌與蔗糖酶、蛋白酶活性呈正相關，解有機磷細菌與磷酸酶活性呈正相關。表明不同藥材有效成分累積所需的土壤條件是不同的。因此，在人工馴化栽培中選擇合適的重樓品種和栽培基地，有利于土壤微生物數量和酶活性的提高，從而為重樓生長發育創造良好的微生態環境。

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Variation of Rhizospheric Microorganisms and Soil Enzyme Activity of Paridis Rhizoma Cultivated in Three Gorges Reservoir Region

ZHANG Jing， XIAO Guo-sheng， ZHOU Nong， DING Bo，ZHAO Xue-qiao， GUO Dong-qin， QI Jun-sheng
（College of Life Science & Engineering， Chongqing Three Gorges University， Chongqing 404000， China）

Objective To study the amount of rhizospheric microorganisms and soil enzyme activity influenced by Paridis Rhizoma in different locations and of different strains. Methods The amount of rhizospheric microorganisms，soil enzyme activity and their correlation were researched through field survey and collection of rhizospheric soil in Paridis Rhizoma cultivated in Three Gorges Reservoir Region and by microbial dilution plate culture method. Results The amount of rhizospheric microorganisms in Paridis Rhizoma from different habitats showed significant differences. The dominant species in soil microflora was bacteria； the second one was actinomycetes； the fewest one was fungus. The variation trend of the amount of rhizospheric microorganisms was not consistent with the variation trend of rhizospheric microorganisms diversity index. The activity of soil phosphatase， invertase and pepsin in Paridis Rhizoma from different habitats varied. The correlation analysis showed that the correlation between the soil enzyme activity and the amount of rhizospheric microorganisms existed. Conclusion Choosing the suitable strains and habitats of Paridis Rhizoma is beneficial to enhancing the amount of rhizospheric microorganisms and soil enzyme activity， which can create good micro-ecological environment for growth and cultivation of Paridis Rhizoma.

Paridis Rhizoma； Three Gorges Reservoir Region； rhizospheric microorganisms； the amount of rhizospheric microorganisms； diversity； enzymatic activity； correlation

R282.2

A

1005-5304（2016）10-0095-05

2015-12-11）

（

2016-02-16；編輯：陳靜）

國家自然科學基金（81260622）；重慶市教委科學技術研究項目（KJ131109）；萬州區科技計劃項目（201301024）

祁俊生，E-mail：1208986565@qq.com

DOl：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.10.022