三峽庫區(qū)栽培重樓屬藥用植物根際土壤微生物數(shù)量和酶活性的變化

張靜　肖國生　周濃

摘要：目的 研究不同產(chǎn)地、不同品種重樓屬藥用植物對其根際土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響。方法 實地調(diào)查與采集三峽庫區(qū)重樓屬藥用植物根際土壤，采用微生物稀釋平板培養(yǎng)法對重樓根際土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性及其相關(guān)性進(jìn)行研究。結(jié)果 不同產(chǎn)地重樓根際土壤微生物各生理類群數(shù)量差異顯著，土壤微生物區(qū)系中細(xì)菌為優(yōu)勢類群，放線菌次之，真菌很少。土壤微生物數(shù)量的變化趨勢與土壤微生物多樣性指數(shù)的變化趨勢不一致。不同產(chǎn)地重樓根際土壤磷酸酶、蔗糖酶和蛋白酶活性各異。相關(guān)分析顯示，根際土壤酶活性與土壤微生物數(shù)量之間存在相關(guān)關(guān)系。結(jié)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(shù)量和酶活性的提高，從而為重樓生長發(fā)育創(chuàng)造良好的微生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：重樓；三峽庫區(qū)；根際土壤；微生物數(shù)量；多樣性；酶活性；相關(guān)性

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.10.022

中圖分類號：R282.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5304（2016）10-0095-05

Abstract： 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.

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

隨著醫(yī)藥行業(yè)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(xiàn)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(qū)為重樓資源的傳統(tǒng)分布區(qū)，適宜重樓的人工馴化栽培[4]。目前各地推進(jìn)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(fā)育過程中與其土壤微生物尤其是根際土壤微生物數(shù)量有著密切的相互關(guān)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(qū)，是藥用植物-土壤-微生物相互作用的特殊微生態(tài)系統(tǒng)，維持著土壤生態(tài)功能的發(fā)揮[5-6]。土壤微生物是土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的驅(qū)動力，參與一系列土壤有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)等過程[7]。土壤酶是具有特殊生物化學(xué)催化活性的一類生理物質(zhì)，參與土壤生物化學(xué)反應(yīng)的重要過程[8]。根際土壤微生物數(shù)量和酶活性的高低可用來指示土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，是衡量土壤質(zhì)量狀況、維持土壤肥力和藥材品質(zhì)形成的一個重要指標(biāo)，對于發(fā)揮藥用植物根際微生態(tài)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(zhì)、微生物數(shù)量和酶活性與滇重樓品質(zhì)的相關(guān)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(guān)系，旨在為三峽庫區(qū)選擇合適的重樓品種，創(chuàng)造以有益微生物占優(yōu)勢的土壤微生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)重樓根際土壤生態(tài)的動態(tài)平衡，為重樓的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)提供依據(jù)。

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(xiāng)馬營村等地采集重樓根際土壤，并經(jīng)中國科學(xué)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(qū)采用S形線路采樣法和隨機(jī)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(shù)量；另1份自然風(fēng)干，去雜，過1 mm土壤篩后用于測定根際土壤酶的活性。

1.2 土壤微生物數(shù)量測定

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

1.3 土壤微生物多樣性指數(shù)

土壤微生物多樣性指數(shù)的計算公式[15]：Shannon指數(shù)H=-ΣPilnPi。式中，Pi為i類群個體數(shù)占總數(shù)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(guān)氏[16]方法并稍加改進(jìn)，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(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS18.0統(tǒng)計軟件和Microsoft Excel 2007軟件所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用Pearson相關(guān)分析法檢驗變量之間的相關(guān)性，相關(guān)性水平設(shè)為：∣r∣=1.0為絕對相關(guān)，0.8<∣r∣<1.0為高度相關(guān)，0.5<∣r∣<0.8為中度相關(guān)，0.3<∣r∣<0.5為低度相關(guān)，0<∣r∣<0.3為不相關(guān)，∣r∣=0為絕對不相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地重樓根際土壤微生物數(shù)量

土壤微生物數(shù)量可直接反映其生物化學(xué)活性和土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化水平，為衡量土壤質(zhì)量的一項重要指標(biāo)[17]。細(xì)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(shù)量變化常能反映出土壤生物活性水平，反映了土壤中物質(zhì)代謝的旺盛水平。不同產(chǎn)地重樓根際土壤微生物數(shù)量測定結(jié)果見表2。

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

同時，細(xì)菌與真菌、細(xì)菌與放線菌、真菌與放線菌的數(shù)量之比是反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)改變的重要指標(biāo)[18]。從表2可以看出，不同產(chǎn)地重樓因栽培模式、品種、生態(tài)環(huán)境等原因，導(dǎo)致根際土壤細(xì)菌、真菌和放線菌三者的比例關(guān)系改變，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

解有機(jī)與無機(jī)磷細(xì)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(chǎn)地重樓根際土壤的解有機(jī)和無機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量有明顯差異，其中S5樣品的解有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量達(dá)127.67×105 CFU/g，與其他9個樣品存在顯著差異（P<0.05）；解無機(jī)磷細(xì)菌在S7樣品數(shù)量達(dá)58.33×105 CFU/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(jī)磷細(xì)菌數(shù)量較低，但相互之間無明顯差異。微生物總數(shù)量在S5樣品最大，達(dá)124.36×106 CFU/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(shù)量較低，相互間無明顯差異。

2.2 不同產(chǎn)地重樓根際土壤微生物多樣性分析

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

2.3 不同產(chǎn)地重樓根際土壤酶活性

土壤酶活性反映了土壤中進(jìn)行的各種生化反應(yīng)的方向和強度，是土壤生物活性強度的重要標(biāo)志[20]。由表3可知，不同產(chǎn)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(zhuǎn)化酶，參與土壤碳素轉(zhuǎn)化的作用，可以反映土壤肥力、土壤呼吸強度及熟化程度。結(jié)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(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷，可以反映出土壤有效磷的狀況。結(jié)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(jī)氮水解為氨基酸，促進(jìn)土壤氮循環(huán)的重要過程[21]。結(jié)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(tǒng)計學(xué)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。

2.4 土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性的相關(guān)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(zhuǎn)化，與土壤微生物數(shù)量有較好的相關(guān)性[17]。對土壤酶活性與土壤微生物數(shù)量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析表明，兩者具有一定的相關(guān)性（見表4）。蔗糖酶活性與放線菌呈正相關(guān)；磷酸酶與細(xì)菌呈顯著正相關(guān)，與解有機(jī)磷細(xì)菌呈正相關(guān)，與解無機(jī)磷細(xì)菌呈負(fù)相關(guān)；蛋白酶與放線菌呈正相關(guān)，細(xì)菌、解無機(jī)磷細(xì)菌呈負(fù)相關(guān)。不同微生物類群與其他酶活性之間相關(guān)性不顯著。不同土壤酶活性之間也存在一定的相關(guān)性。蛋白酶與蔗糖酶呈正相關(guān)，與磷酸酶呈負(fù)相關(guān)。不同微生物類群之間也存在顯著相關(guān)或極顯著相關(guān)。細(xì)菌與真菌呈顯著正相關(guān)；細(xì)菌、真菌與解有機(jī)磷細(xì)菌呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.908、0.779，說明隨著根際土壤細(xì)菌或真菌數(shù)量的增加，解有機(jī)磷細(xì)菌的數(shù)量也會增加。

3 討論

藥用植物根際土壤微生物的類群組成、數(shù)量大小和分布狀況對土壤肥力水平及植株對養(yǎng)分的吸收、利用具有重要的影響。周氏等[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤可培養(yǎng)微生物的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)具有顯著差異，與本研究結(jié)果相一致，表現(xiàn)出根際土壤微生物數(shù)量隨產(chǎn)地而改變。本研究結(jié)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(yǎng)微生物數(shù)量具有一定差異，微生物總數(shù)量表現(xiàn)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(shù)量和土壤肥力，與王氏等[22]對桔梗的研究結(jié)果一致。

張氏等[23]研究結(jié)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(shù)量最多，形成明顯的根際效應(yīng)。本研究中，即使栽培于同一生態(tài)條件（石柱縣馬武鎮(zhèn)）的卵葉重樓（S5）、狹葉重樓（S6）、滇重樓（S7）的微生物數(shù)量和多樣性均具有顯著差異，土壤微生物總數(shù)量為S5>S6>S7，而S7的Shannon指數(shù)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(qū)系，從而影響其品質(zhì)的形成，進(jìn)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(chǎn)生重要影響。

土壤酶活性是土壤生態(tài)系統(tǒng)的核心，可反映農(nóng)業(yè)管理措施的改變而引起的土壤性質(zhì)的變化[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)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(jié)果基本一致?？赡苁怯捎谥貥瞧贩N、生長環(huán)境、栽培模式不同等多種因素共同作用的結(jié)果[10，24]。對于導(dǎo)致土壤酶活性的上述變化的主導(dǎo)因素還有待于采集更多重樓樣本進(jìn)一步深入探討。相關(guān)性分析表明，土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性之間存在不同程度的相關(guān)性。細(xì)菌數(shù)量與磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)，放線菌數(shù)量與蔗糖酶、蛋白酶活性呈正相關(guān)，解有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量與磷酸酶活性呈正相關(guān)。細(xì)菌數(shù)量與蛋白酶活性呈負(fù)相關(guān)，解無機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量與磷酸酶、蛋白酶活性呈負(fù)相關(guān)。根際土壤微生物類群與土壤酶活性還存在相關(guān)性較小甚至是負(fù)相關(guān)，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(shù)量和構(gòu)成比例密切相關(guān)，還與生態(tài)環(huán)境、植物品種等非生物因素有關(guān)[17，25]。

本研究結(jié)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(yǎng)微生物的各生理類群數(shù)量差異顯著，并且均以細(xì)菌數(shù)量為土壤微生物的主要類群，其次為放線菌數(shù)量，真菌數(shù)量最少。土壤微生物數(shù)量的變化趨勢與根際土壤微生物多樣性指數(shù)的變化趨勢不一致。不同產(chǎn)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(xì)菌與磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)，放線菌與蔗糖酶、蛋白酶活性呈正相關(guān)，解有機(jī)磷細(xì)菌與磷酸酶活性呈正相關(guān)。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(shù)量和酶活性的提高，從而為重樓生長發(fā)育創(chuàng)造良好的微生態(tài)環(huán)境。

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（收稿日期：2015-12-11）

（修回日期：2016-02-16；編輯：陳靜）