浅谈土壤微生物与植物的关系

浅谈土壤微生物与植物的关系

内蒙古师范大学生命科学与技术学院刘宇宁

摘要：土壤中生活着丰富的微生物类群，是一个重要的生物地下宝库。土壤微生物是土壤中的主要分解者，对环境起着天然的“过滤”和“净化”作用，在自然生态系统的功能发挥和维持能力方面极其重要。植物、土壤和微生物相互作用，构成了一个植物-土壤-微生物的有机整体。本文从植物根际有益微生物、根系分泌物、植物种植模式等方面，探讨土壤微生物与植物的关系，以期为今后农业生产、森林植物保护、植被恢复、污染土壤修复等环境治理提供参考。

关键词：土壤微生物；植物；关系

在陆地生态系统中，植物是生产者，土壤微生物是分解者，植物将光合产物以根系分泌物和植物残体形式释放到土壤，供给土壤微生物碳源和能源，微生物则将有机养分转化成无机养分，以利于植物吸收利用。根际微生物被认为是土壤微生物的子系统，影响着植物定植、生长和群落演替。植物通过其根系产生的分泌物影响根际微生物的群落结构。土壤微生物和植物共同作用在污染土壤的生物修复方面发挥着巨大作用。

1 植物根际有益微生物

植物根际有益微生物主要指对植物生长和健康具有促进作用的土壤微生物。这些微生物可以通过各种途径，促进植物定植、生长和发育。根据根际有益微生物主要作用可以将其分为植物根际促生微生物PGPM（Plant growth promoting micribiology）和生防微生物BCA（Biological control agents）两大类。

1.1 植物根际促生微生物 PGPM

植物根际促生微生物可界定为在一定条件下自由生活在土壤、根际、根表对植物具有直接促进作用的土壤微生物，主要包括细菌中的根际促生菌和菌根真菌。根际促生菌指根际对作物有益的细菌，主要包括固氮微生物、根瘤菌、沙雷氏菌属等20种属。

1.2 植物根际生防微生物 BCA

根际生防微生物指通过产生一些抗菌物质抑制病原菌在植物根际定殖和发展，同时也能够诱导植物系统对病原菌和外界不良条件产生一定抗性，从而间接促进植物生长的一类根际微生物。只有生防微生物定殖菌数达到有效水平，才能在植物根际同病原菌竞争，防止病原菌对植物的侵害。继续从土壤和植物根际筛选生防微生物，并通过生物工程、细胞工程等手段进行改良从而获得高效生防微生物，并将其商品化是我国学者在该领域仍需深入研究的关键问题。

2 植物根系与土壤微生物

2.1 根系分泌物

根系对根际微生物的作用主要是通过其根系分泌物来进行的。根系分泌物指在一定生

长条件下，活的且未被扰动的植物根释放到根际环境中的有机物的总称。其成分相当复杂，从化学组成来看，主要是糖类、有机酸类和基酸类物质以及少量的脂肪酸类、固醇类、激素类、核苷酸类、黄酮类和酶类等。

2.2 根系分泌物对土壤微生物的影响

根系分泌物为微生物提供重要的能量物质，其成分和数量影响着微生物的种类和数量。不同种类植物根系分泌物对根际微生物的影响不同。由于不同种植物或同种植物不同发育时期根系分泌物不同，从而导致不同种类植物或同种类植物不同时期根际微生物具有一定差异。通过基因工程改造，可能是使作物高产的有效手段。根系分泌物对根际微生物具有直接影响和间接影响之分，有些根系分泌物直接作用根际微生物抑制或增强其活性。另一些根际分泌物则可能通过影响一种微生物活性进而影响另一种微生物。

2.3 土壤微生物对根系的影响

根际微生物也会影响根系的生长和发育。根系分泌物直接或间接影响了根际微生物，包括其在根际的种类、分布和代谢活性。同样，根际微生物也影响着根分泌物。因此，通过调节根系分泌物来提高根际有益菌微生物种类和多样性进而抑制病原菌在根际定殖、繁殖和发展是今后植物土传病防治的一个新策略；而通过根际微生物影响根系的形态结构和生理活性，提高土壤中有效植物营养元素，对于提高粮食产量和降低由于化肥使用而造成的土壤污染不失为一种好的措施。

3 土壤微生物与作物种植模式

传统农业种植模式包括免耕、连作、轮作等，不同耕作方式会对土壤微生物的多样性造成不同影响。而连作、轮作方式是国内学者研究的重点。

3.1 土壤微生物与作物连作

连作对土壤微生物群落结构具有显著的影响，其障碍主要表现为作物病害增加和产量降低。植物连作导致了根区土壤微生物总数降低，土壤中细菌数减少，真菌增加。土壤中三大类微生物区系比例是土壤肥力的一个衡量指标，土壤真菌化是地力衰竭的标志之一，连作导致了植物根际微生物群落结构失衡，土壤肥力下降，土壤病原菌增多进而导致农作物产量和品质下降。

3.2 土壤微生物与作物轮作

与连作相比，轮作可以提高植物根际微生物群落结构多样性，抑制病原菌，提高土壤生态系统的稳定性与和谐性，同时也提高了植物对土壤微生态环境恶化的缓冲能力。因此，在实际农业生产中找到合适进行轮作的作物对于提高农作物抗病能力和产量至关重要。

4 微生物多样性与植物多样性

土壤微生物是植物－土壤系统中比较活跃的组成成分，土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性，对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。植物又可以通过其凋落物和根际分泌物影响土壤微生物多样性。

4.1 植物对土壤微生物多样性的影响

土壤微生物多样性受多种植物因素的影响。

4.1.1 外来物种通过影响土壤微生物多样性，可能增加其成功入侵机会。

几乎每种植物都有其特定的根际微生物，外来物种成功入侵的首要条件是必须适应入侵地土壤环境条件，而入侵种通过其自身特有根际微生物和根系分泌物共同作用，进而改造入侵地土壤微生物群落结构成功入侵。

4.1.2 植物群落演替与土壤微生物群落结构变化基本一致。

随着植物群落演替，土壤微生物多样性增加，而伴随着植被退化微生物多样性降低。

4.1.3 植物多样性影响微生物多样性。

植物群落的结构和组成会影响微生物多样性。由于植物群落结构组成差异导致了其凋落叶、根际分泌物差异，将导致土壤微生物群落结构发生变化。

4.2 土壤微生物对植物多样性的影响

土壤微生物对植物多样性的影响主要是通过植物有益微生物和病原微生物作用改变土壤环境条件或影响植物健康最终导致地上部分多样性发生变化。

5 土壤微生物与植物联合修复污染土壤

土壤污染修复的方法以生物方法最为有效。生物修复主要指植物修复、微生物修复和微生物－植物联合修复。植物－微生物修复技术利用了植物与微生物修复的优点，在土壤污染修复方面具有很大的潜力和应用价值。

5.1 微生物－植物修复污染土壤的概念与原理

微生物－植物修复指利用土壤微生物与植物相结合的方法，对污染土壤进行联合修复。其修复机制可归纳为：1）菌根真菌与植物形成共生作用，并有着独特的酶途径，用以降解不能被细菌单独转化的污染物；2）植物释放促进化学反应的根际分泌物和酶，刺激根际微生物的活性和生物转化作用，从而增加对污染物的分解能力；3）土壤微生物促进土壤中重金属溶解，有助于重金属超积累时植物对其吸收。

5.2 土壤微生物-植物修复污染土壤

植物根际微环境的研究表明，植物与微生物合作能明显提高修复的效果，特别是菌根