草地土壤微生物生态研究概况_杨炜迪
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YANG Wei － di，GAO Ting，WANG Chuan，WANG Jin，ZHU Jian － ning
（ 1． Research Center of Grass and Livestock，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science，Yinchuan 750002 ， China； 2． Institute of Agricultural Resources and Environment，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science， Yinchuan 750002 ， China） Key words： forage grasses； soil microbes； research overview Abstract ： The soil microbes play a very important role the exchange of nutrients and energy flow in grassland ecosystem． The article reviews the interaction of forage grasses and soil microbes，shows the research method for soil microbes in grassland，comments on the effects of different season，grazing，fertilization and different grass types of pasture on soil microbes． Also，this paper looks into the future of the research．
土壤微生物是维持土壤质量的重要组分 ， 能敏感 地反映土壤质量的变化， 是土壤质量评价的一个重要 生物学指标。与森林和农田生态系统相比， 中国草地 生态系统土壤微生物生态学研究起步较晚 ， 研究范围 较狭窄， 深度较浅， 且至今尚未见专著出版。近些年， 我国草地土壤微生物生态研究逐步被重视 ， 且进展较 快。文章对草地土壤微生物生态研究进行了综述 ， 期 。 望对今后开展相关研究有一定参考意义 1 牧草与土壤微生物的相互作用 草地土壤微生物是草地生态系统的重要组成部 ［1 ］ 分， 是土壤有机复合体的一个重要组成部分 ， 在草 ， 地生态系统中 土壤微生物具有巨大的生物化学活 性， 在物质转化和能量流动过程中起主导作用 ， 它被 认为是评价土壤肥力的重要生物学指标。 在草地生 态系统中， 微生物在土壤中的分布与活动可以反映土 壤中各种因素对微生物分布、 特性、 功能的影响， 同时 也反映了微生物对植物生长发育 、 土壤肥力和物质循
Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine
№ 9 2012
草地土壤微生物数量、 生物量的分布具有一定的 季节性变化。一般来说， 微生物总生物量在春夏季较 秋季略减少， 冬季达到最低。 微生物生物量的季 高， 节变化也会因各年度气候因素， 特别是水分动态的不 同而有差异。不同类群微生物量的季节变化总体趋 ［7 ］ 但也有各自类群的特点 。 势与上述相似， ［8 ］ 曾智科 的研究表明， 真菌数量的季节变化遵 循先减再增的变化规律， 即生长季初期土壤真菌数量 6 月中旬之后真菌数量逐渐升高， 9 月份达到最 较少， 高值。而放线菌数量随生长季的开始稳步递增， 于7 9 月份又有所回 月中下旬达到最大值而后迅速下降 ， ［9 ］ 芽孢型细菌生物量冬季相 升。赵吉 的研究表明， ； 对增加 真菌生物量在春秋季相对增加， 而放线菌的 峰值多出现在夏季。 这种季节性动态与土壤的水热 状况等密切相关。 ［10 ］ 3 月份草地土壤中的细 高雪峰等 研究表明， ， 3 — 8 8 月份达最高值， 菌数量最低 月份逐渐增加， 之 后到 10 月份降低； 放线菌数量 5 月份最少， 之后到 10 月份逐渐增加， 10 月份最高， 以后逐渐降低； 真菌 3 月份最高， 5 —8 月份逐渐增加， 数量 5 月份最低， 之 后到 10 月份降低。 可见， 三大类群微生物的季节变 化趋势并不一致， 这可能是由于它们的生长习性及营 养要求不同导致的。 王少昆等 对科尔沁沙质草甸土壤微生物数量 结果表明， 细菌和放线菌数 的季节变化进行了研究， 6 月份最少， 量 5 月份较多， 到 7 月份增加至最多， 之 后减少； 而真菌数量则表现出不同的趋势 ， 即 5 —8 月 ， 9 。 份一直逐渐升高 到 月份回落至最少 4 放牧对草地土壤微生物的影响 放牧对土壤微生物数量的影响因草地类型 、 管理 措施等而异， 因为各类草原的土壤水热条件、 肥力状 。 况及生产力不同 不同放牧强度不仅对微生物各类 群的数量产生影响， 而且也影响各类群的种类组成。 适度放牧有助于草地土壤微生物总数和三大类群数量 的增加； 但过度放牧时由于牲畜的践踏作用， 使土壤变 ， ， 得紧实 孔隙度减小 同时还造成土壤肥力和微生物活 性降低， 导致土壤中细菌大量减少、 放线菌相对增加， 真菌减少， 此时土壤菌化能力比较低， 有机质含量少， pH 值升高， 土壤已转向盐渍化。退化草地中土壤微生 物区系随着退化程度增高， 微生物种类减少。 赵吉等 对自然放牧梯度下草地土壤中芽孢杆 菌和丝状真菌的种类组成进行了分析， 结果表明， 羊 草地土壤中芽孢杆菌和丝状真菌的多样性指数都是 中牧区最大， 符合 Connell 1977 年提出的“中度干扰 。重度放牧会导致多样性降低。 放牧条件下 假说” 土壤微生物的多样性变化与其他生物类群的变化相 协同， 是草地生态系统功能变化的基础 。 ［13 ］ 1994 年， 刘世贵等 对川西北退化草地土壤微
环与能量转化的影响和作用。 对于土壤微生物生态 学研究来说， 有必要查明土壤中微生物的数量及其组 成情况。 2 草地土壤微生物研究方法 2． 1 微生物平板培养方法 微生物平板培养方法是一种传统的试验方法。 这种方法主要是利用培养基分离和筛选出土壤微生 再根据微生物的菌落形态及菌落数量来判定微生 物， 物的类型及其数量。 但由于土壤微生物种群和生活 实际上只有很少一部分微生物能够在 习性的多样性， 因此， 此方法不可避免地会低估土壤 培养基上生长， ［2 ］ 微生物的种类和数量 ； 但该方法在一定程度上能 而且 够准确地反映出土壤微生物的结构和数量特征 ， 许多微生物资源的开发与利用还是要依赖这种传统 这是目前利用率较高的一种分析方法 。 技术， 2． 2 磷脂酸（ PLFA） 法 磷脂酸 （ PLFA ） 法 是 一 种 较 新 的 生 物 化 学 方 法 ， 是应用磷脂类化合物的脂肪酸组成来研究微 生物群落结构。采用该方法分析微生物群落的多样 性是基于不同微生物具有不同 PLFA 种类， 而且微生 物的 PLFA 含量与微生物生物量具有一定的比例关 系。但 PLFA 模式并不能给出一个实际的微生物种 类组成， 仅是群落结构的概况。 PLFA 分析结果有时 才能获得准确的信 要结合生态因子进行综合评价，
［3 ］
80 息。在对微生物的研究中， 有时怀疑总生物量没发生 变化时微生物群落结构是否发生变化 ， 而传统分析方 但 PLFA 方法能用于 法很难证实或观察到这种变化， PLFA 方 这种情况下微生物群落结构的检测 ， 因此， 法是一种较好的评价广谱群落差异的分析方法 。 2． 3 Biolog 方法 Biolog 系统是 Garland 和 Mills 于 1991 年建立起 来的一套用于研究土壤微生物群落结构功能多样性 的方法。Biolog 的原理是微生物在利用碳源过程中 产生自由电子， 其与四唑盐染料发生还原显色反应， 颜色的深浅可以反映微生物对碳源的利用程度 。 由 于微生物对不同碳源的利用能力很大程度上取决于 微生物的种类和固有性质， 因此， 在一块微平板上同 时测定微生物对不同单一碳源的利用能力就可以鉴 定纯种微生物或比较分析不同样点的微生物区系的 ［4 ］ 差异 。Biolog 方 法 具 有 快 速 而 可 再 现 的 特 点； 然 Biolog 方法也存在一定的缺点。 研究表明， 而， 底物 的氧化取决于所用接种物的组成和密度。 接种微生 物的 生 理 状 态 可 能 影 响 底 物 利 用 的 动 力 学 和 模 ［5 ］ 式 ， 在测定过程中， 微生物只在含有适合其利用碳 源的孔中生长， 所观察到的底物利用模式可能只反映 了那些在 Biolog 微孔板中能够生长的微生物的功能 且很可能不是所有的微生物都对 Biolog 反应特 特性， 征有贡献。另外， 目前的数据库中菌种资料不完善， 有些只能得到相似的类群。因此， 对于微生物的分类 鉴定仅靠 Biolog 方法是远远不够的， 需结合其他方法 （ 如微生物生理生化和表型分析等 ） 进行。 2． 4 分子生物学方法 自从 1980 年 Torsvik 第 1 次从土壤中提取细菌 DNA 以来， 分子生物学方法在土壤微生物群落功能 评价和方法的研究上取得了很大进展。 因为土壤微 生物在基因水平上的多样性可以通过微生物中 DNA 组成的复杂性表现出来， 因此这种方法首先要从土壤 微生物体中有效提取 DNA 或 RNA， 经过纯化后结合 PCR 扩增、 分子克隆等分子生物技术进行分析。 分 子生物学方法可以克服传统培养法造成的信息大量 丢失的缺点， 能够更全面、 更客观地对样品进行分析， 更精确地揭示土壤微生物种类和遗传多样性 。 目前， 应用较多的方法包括扩增 rDNA 限制性分 析（ ARDRA） 、 变性梯度凝胶电泳 （ DGGE ） 、 随机扩增 多态性 DNA 标 记 （ RAPD ） 、 限制性片段长度多态 （ RFLP ） 、 单 链 构 象 多 态 （ SSCP ） 、 光原位杂交技术 （ FlSH） 和末端限制性片段长度多态 （ T － RFLP ） ［6］ 等。这些技术和方法的采用使得在土壤微生物多样 性、 微生物种群的结构和功能、 土壤微生物的系统发 生和分类等多领域的研究得以突破 ， 发挥了传统方法 。 不能替代的作用 3 不同季节对草地土壤微生物的影响
关键词： 牧草； 土壤微生物； 研究概况 摘 要： 土壤微生物在草原生态系统物质转化和能量流动中起着非常重要的作用 ， 文章从牧草与土壤 、 、 微生物相互作用 草地土壤微生物研究方法及不同季节放牧 施肥和不同草地类型对土壤微生物的影 响等方面进行了综述和浅评， 并对未来研究进行了展望。
Overview of ecological research for soil microbes in grassland
DOI:10.13881/j.cnki.hljxmsy.2012.17.045
《黑龙江畜牧兽医》 科技版
2012 年 9 月（ 上） 79
草地土壤微生物生态研究概况
1 杨炜迪 ， 高 1 婷， 王 1 川， 王 1 2 锦， 朱建宁
（ 1． 宁夏农林科学院 草畜工程技术研究中心 ， 银川 750002 ； 2． 宁夏农林科学院 资源与环境研究所， 银川 750002 ） 中图分类号： S812． 2 文献标识码： B 7034 （ 2012 ） 09 － 0079 － 04 文章编号： 1004-
1018 ； 修回日期： 20111121 收稿日期： 20112010DFA31940 ） ；宁夏自然 基金项目： 国家国际科技合作项目（ 科学基金项目（ NZ1073 ） 12345ywd 作者简介： 杨炜迪 （ 1983 － ） ， 女， 研究实习员， 硕士， @ 163． com． 通信作者： 高 com． ecogt9@ 163． 婷（ 1968 － ） ， 女， 副研Leabharlann Baidu员， 硕士，
（ 1． Research Center of Grass and Livestock，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science，Yinchuan 750002 ， China； 2． Institute of Agricultural Resources and Environment，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science， Yinchuan 750002 ， China） Key words： forage grasses； soil microbes； research overview Abstract ： The soil microbes play a very important role the exchange of nutrients and energy flow in grassland ecosystem． The article reviews the interaction of forage grasses and soil microbes，shows the research method for soil microbes in grassland，comments on the effects of different season，grazing，fertilization and different grass types of pasture on soil microbes． Also，this paper looks into the future of the research．
土壤微生物是维持土壤质量的重要组分 ， 能敏感 地反映土壤质量的变化， 是土壤质量评价的一个重要 生物学指标。与森林和农田生态系统相比， 中国草地 生态系统土壤微生物生态学研究起步较晚 ， 研究范围 较狭窄， 深度较浅， 且至今尚未见专著出版。近些年， 我国草地土壤微生物生态研究逐步被重视 ， 且进展较 快。文章对草地土壤微生物生态研究进行了综述 ， 期 。 望对今后开展相关研究有一定参考意义 1 牧草与土壤微生物的相互作用 草地土壤微生物是草地生态系统的重要组成部 ［1 ］ 分， 是土壤有机复合体的一个重要组成部分 ， 在草 ， 地生态系统中 土壤微生物具有巨大的生物化学活 性， 在物质转化和能量流动过程中起主导作用 ， 它被 认为是评价土壤肥力的重要生物学指标。 在草地生 态系统中， 微生物在土壤中的分布与活动可以反映土 壤中各种因素对微生物分布、 特性、 功能的影响， 同时 也反映了微生物对植物生长发育 、 土壤肥力和物质循
Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine
№ 9 2012
草地土壤微生物数量、 生物量的分布具有一定的 季节性变化。一般来说， 微生物总生物量在春夏季较 秋季略减少， 冬季达到最低。 微生物生物量的季 高， 节变化也会因各年度气候因素， 特别是水分动态的不 同而有差异。不同类群微生物量的季节变化总体趋 ［7 ］ 但也有各自类群的特点 。 势与上述相似， ［8 ］ 曾智科 的研究表明， 真菌数量的季节变化遵 循先减再增的变化规律， 即生长季初期土壤真菌数量 6 月中旬之后真菌数量逐渐升高， 9 月份达到最 较少， 高值。而放线菌数量随生长季的开始稳步递增， 于7 9 月份又有所回 月中下旬达到最大值而后迅速下降 ， ［9 ］ 芽孢型细菌生物量冬季相 升。赵吉 的研究表明， ； 对增加 真菌生物量在春秋季相对增加， 而放线菌的 峰值多出现在夏季。 这种季节性动态与土壤的水热 状况等密切相关。 ［10 ］ 3 月份草地土壤中的细 高雪峰等 研究表明， ， 3 — 8 8 月份达最高值， 菌数量最低 月份逐渐增加， 之 后到 10 月份降低； 放线菌数量 5 月份最少， 之后到 10 月份逐渐增加， 10 月份最高， 以后逐渐降低； 真菌 3 月份最高， 5 —8 月份逐渐增加， 数量 5 月份最低， 之 后到 10 月份降低。 可见， 三大类群微生物的季节变 化趋势并不一致， 这可能是由于它们的生长习性及营 养要求不同导致的。 王少昆等 对科尔沁沙质草甸土壤微生物数量 结果表明， 细菌和放线菌数 的季节变化进行了研究， 6 月份最少， 量 5 月份较多， 到 7 月份增加至最多， 之 后减少； 而真菌数量则表现出不同的趋势 ， 即 5 —8 月 ， 9 。 份一直逐渐升高 到 月份回落至最少 4 放牧对草地土壤微生物的影响 放牧对土壤微生物数量的影响因草地类型 、 管理 措施等而异， 因为各类草原的土壤水热条件、 肥力状 。 况及生产力不同 不同放牧强度不仅对微生物各类 群的数量产生影响， 而且也影响各类群的种类组成。 适度放牧有助于草地土壤微生物总数和三大类群数量 的增加； 但过度放牧时由于牲畜的践踏作用， 使土壤变 ， ， 得紧实 孔隙度减小 同时还造成土壤肥力和微生物活 性降低， 导致土壤中细菌大量减少、 放线菌相对增加， 真菌减少， 此时土壤菌化能力比较低， 有机质含量少， pH 值升高， 土壤已转向盐渍化。退化草地中土壤微生 物区系随着退化程度增高， 微生物种类减少。 赵吉等 对自然放牧梯度下草地土壤中芽孢杆 菌和丝状真菌的种类组成进行了分析， 结果表明， 羊 草地土壤中芽孢杆菌和丝状真菌的多样性指数都是 中牧区最大， 符合 Connell 1977 年提出的“中度干扰 。重度放牧会导致多样性降低。 放牧条件下 假说” 土壤微生物的多样性变化与其他生物类群的变化相 协同， 是草地生态系统功能变化的基础 。 ［13 ］ 1994 年， 刘世贵等 对川西北退化草地土壤微
环与能量转化的影响和作用。 对于土壤微生物生态 学研究来说， 有必要查明土壤中微生物的数量及其组 成情况。 2 草地土壤微生物研究方法 2． 1 微生物平板培养方法 微生物平板培养方法是一种传统的试验方法。 这种方法主要是利用培养基分离和筛选出土壤微生 再根据微生物的菌落形态及菌落数量来判定微生 物， 物的类型及其数量。 但由于土壤微生物种群和生活 实际上只有很少一部分微生物能够在 习性的多样性， 因此， 此方法不可避免地会低估土壤 培养基上生长， ［2 ］ 微生物的种类和数量 ； 但该方法在一定程度上能 而且 够准确地反映出土壤微生物的结构和数量特征 ， 许多微生物资源的开发与利用还是要依赖这种传统 这是目前利用率较高的一种分析方法 。 技术， 2． 2 磷脂酸（ PLFA） 法 磷脂酸 （ PLFA ） 法 是 一 种 较 新 的 生 物 化 学 方 法 ， 是应用磷脂类化合物的脂肪酸组成来研究微 生物群落结构。采用该方法分析微生物群落的多样 性是基于不同微生物具有不同 PLFA 种类， 而且微生 物的 PLFA 含量与微生物生物量具有一定的比例关 系。但 PLFA 模式并不能给出一个实际的微生物种 类组成， 仅是群落结构的概况。 PLFA 分析结果有时 才能获得准确的信 要结合生态因子进行综合评价，
［3 ］
80 息。在对微生物的研究中， 有时怀疑总生物量没发生 变化时微生物群落结构是否发生变化 ， 而传统分析方 但 PLFA 方法能用于 法很难证实或观察到这种变化， PLFA 方 这种情况下微生物群落结构的检测 ， 因此， 法是一种较好的评价广谱群落差异的分析方法 。 2． 3 Biolog 方法 Biolog 系统是 Garland 和 Mills 于 1991 年建立起 来的一套用于研究土壤微生物群落结构功能多样性 的方法。Biolog 的原理是微生物在利用碳源过程中 产生自由电子， 其与四唑盐染料发生还原显色反应， 颜色的深浅可以反映微生物对碳源的利用程度 。 由 于微生物对不同碳源的利用能力很大程度上取决于 微生物的种类和固有性质， 因此， 在一块微平板上同 时测定微生物对不同单一碳源的利用能力就可以鉴 定纯种微生物或比较分析不同样点的微生物区系的 ［4 ］ 差异 。Biolog 方 法 具 有 快 速 而 可 再 现 的 特 点； 然 Biolog 方法也存在一定的缺点。 研究表明， 而， 底物 的氧化取决于所用接种物的组成和密度。 接种微生 物的 生 理 状 态 可 能 影 响 底 物 利 用 的 动 力 学 和 模 ［5 ］ 式 ， 在测定过程中， 微生物只在含有适合其利用碳 源的孔中生长， 所观察到的底物利用模式可能只反映 了那些在 Biolog 微孔板中能够生长的微生物的功能 且很可能不是所有的微生物都对 Biolog 反应特 特性， 征有贡献。另外， 目前的数据库中菌种资料不完善， 有些只能得到相似的类群。因此， 对于微生物的分类 鉴定仅靠 Biolog 方法是远远不够的， 需结合其他方法 （ 如微生物生理生化和表型分析等 ） 进行。 2． 4 分子生物学方法 自从 1980 年 Torsvik 第 1 次从土壤中提取细菌 DNA 以来， 分子生物学方法在土壤微生物群落功能 评价和方法的研究上取得了很大进展。 因为土壤微 生物在基因水平上的多样性可以通过微生物中 DNA 组成的复杂性表现出来， 因此这种方法首先要从土壤 微生物体中有效提取 DNA 或 RNA， 经过纯化后结合 PCR 扩增、 分子克隆等分子生物技术进行分析。 分 子生物学方法可以克服传统培养法造成的信息大量 丢失的缺点， 能够更全面、 更客观地对样品进行分析， 更精确地揭示土壤微生物种类和遗传多样性 。 目前， 应用较多的方法包括扩增 rDNA 限制性分 析（ ARDRA） 、 变性梯度凝胶电泳 （ DGGE ） 、 随机扩增 多态性 DNA 标 记 （ RAPD ） 、 限制性片段长度多态 （ RFLP ） 、 单 链 构 象 多 态 （ SSCP ） 、 光原位杂交技术 （ FlSH） 和末端限制性片段长度多态 （ T － RFLP ） ［6］ 等。这些技术和方法的采用使得在土壤微生物多样 性、 微生物种群的结构和功能、 土壤微生物的系统发 生和分类等多领域的研究得以突破 ， 发挥了传统方法 。 不能替代的作用 3 不同季节对草地土壤微生物的影响
关键词： 牧草； 土壤微生物； 研究概况 摘 要： 土壤微生物在草原生态系统物质转化和能量流动中起着非常重要的作用 ， 文章从牧草与土壤 、 、 微生物相互作用 草地土壤微生物研究方法及不同季节放牧 施肥和不同草地类型对土壤微生物的影 响等方面进行了综述和浅评， 并对未来研究进行了展望。
Overview of ecological research for soil microbes in grassland
DOI:10.13881/j.cnki.hljxmsy.2012.17.045
《黑龙江畜牧兽医》 科技版
2012 年 9 月（ 上） 79
草地土壤微生物生态研究概况
1 杨炜迪 ， 高 1 婷， 王 1 川， 王 1 2 锦， 朱建宁
（ 1． 宁夏农林科学院 草畜工程技术研究中心 ， 银川 750002 ； 2． 宁夏农林科学院 资源与环境研究所， 银川 750002 ） 中图分类号： S812． 2 文献标识码： B 7034 （ 2012 ） 09 － 0079 － 04 文章编号： 1004-
1018 ； 修回日期： 20111121 收稿日期： 20112010DFA31940 ） ；宁夏自然 基金项目： 国家国际科技合作项目（ 科学基金项目（ NZ1073 ） 12345ywd 作者简介： 杨炜迪 （ 1983 － ） ， 女， 研究实习员， 硕士， @ 163． com． 通信作者： 高 com． ecogt9@ 163． 婷（ 1968 － ） ， 女， 副研Leabharlann Baidu员， 硕士，