張世緣

（曲阜師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東曲阜273100）

土壤微生物在促進(jìn)植物生長(zhǎng)方面的作用

張世緣

（曲阜師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東曲阜273100）

土壤微生物對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育能夠起到非常大的促進(jìn)作用，而植物根系則為土壤微生物提供了養(yǎng)分。本文基于植物在土壤中的特性，闡述土壤中微生物與植物根系系統(tǒng)機(jī)制,以及土壤微生物對(duì)土壤中植物的作用過(guò)程。

土壤微生物；植物生長(zhǎng)；植物根系；促進(jìn)作用

微生物的生長(zhǎng)，需要有一定的營(yíng)養(yǎng)、一定的空氣和水分，還需要有合適的滲透壓、適合的酸堿度和溫度等條件[1]。土壤環(huán)境適合微生物的生長(zhǎng)與發(fā)育，土壤中含有相當(dāng)多數(shù)量的微生物，不僅僅種類(lèi)非常豐富，而且數(shù)量也相當(dāng)龐大。但是，土壤因其有機(jī)質(zhì)含量、酸堿度和水分等要素存在差異，所以土壤中的微生物在數(shù)量和種類(lèi)等方面也不盡相同。另外，微生物的新陳代謝可以為土壤提供氮磷鉀等土壤所要的物質(zhì)，培肥土壤，進(jìn)而為植物生長(zhǎng)提供養(yǎng)料[2]。

本文主要從固定氮素、釋放難溶礦質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)元素、提高植物的抗逆性、降解污染物、促進(jìn)腐質(zhì)酸的形成、產(chǎn)生植物激素和提供物理屏障7個(gè)方面來(lái)討論土壤微生物對(duì)植物生長(zhǎng)的具體作用和作用方式。

1 土壤微生物促植物生長(zhǎng)的作用

1.1 固定氮素

植物生長(zhǎng)必需具備一定的養(yǎng)分，比如氮、磷、鉀等。而土壤微生物能夠?qū)⒖諝庵械亩栊缘亟?jīng)過(guò)一系列的作用變換為植物生長(zhǎng)可以直接吸收的離子態(tài)氮素，從而使得植物可以更加充分地生長(zhǎng)和發(fā)育。

從1886年開(kāi)始，共生固氮的根瘤菌被分離發(fā)現(xiàn)。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，人們研究了越來(lái)越多的固氮生物，高達(dá)50多屬100多種。具體分為自生固氮菌、共生固氮菌和聯(lián)合固氮菌3種。比如，固氮球菌屬、念珠藍(lán)菌屬、拜葉林克氏菌屬等屬于自生固氮菌；弗蘭克氏菌屬放線菌、滿江紅魚(yú)腥藍(lán)菌等屬于共生固氮菌；芽抱桿菌屬、褐球固氮菌屬等屬于聯(lián)合固氮菌[3]。

參與非共生固氮活動(dòng)中植物的根系環(huán)境對(duì)其起到了極為重要的作用,腸細(xì)菌屬、固氮螺菌屬或固氮菌等都是根際非共生固氮細(xì)菌，這些固氮菌在一般狀態(tài)下會(huì)和一些高等作物有專(zhuān)性聯(lián)合。比如，甘蔗中的拜葉林克氏菌、固氮菌中的雀椑固氮菌和小麥等禾谷類(lèi)作物比如甘蔗和玉米等，作為C4作物通常是高于C3作物比如大麥、小麥等的。已有研究表明，每克糖本身的固氮菌可以將30mg高低的氮素固定。而氮素在土壤中的固定作用會(huì)愈加清晰，1hm2土壤一年能夠積攢3.7～57.5kg氮素。

1.2 釋放難溶礦質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)元素

微生物能夠分解土壤中難溶的礦物，并且將其轉(zhuǎn)化為易溶性礦質(zhì)化合物。土壤中含有豐富的細(xì)菌，其中，鉀細(xì)菌與磷細(xì)菌可以使土壤礦物無(wú)效狀態(tài)下的鉀和磷得以釋放，從而使得植物充分地生長(zhǎng)和發(fā)育。鉀細(xì)菌和磷細(xì)菌在土壤中數(shù)量龐大到難以想象，他們受土壤中有機(jī)質(zhì)含量、土壤物理構(gòu)造、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤肥力和人工干預(yù)土壤耕作方式的影響。鉀細(xì)菌也即是硅酸鹽細(xì)菌，可以分解含有鉀的鋁硅酸鹽，比如云母長(zhǎng)石等，然后釋放出鉀磷和其他的灰石。硅酸鹽細(xì)菌有固定氮素，增強(qiáng)作物抗病菌力等作用。解磷的微生物種類(lèi)有很多種，解磷細(xì)菌有芽抱桿菌屬、歐文氏菌屬、埃希氏菌屬及多硫桿菌屬等。其中，有些細(xì)菌可以達(dá)到589μg/mL。微生物通過(guò)分泌有機(jī)酸來(lái)降低土壤的pH值，有機(jī)酸還促進(jìn)了微生物的解磷作用。這些有機(jī)酸不僅可以和土壤中的鐵離子、鋁離子相結(jié)合，溶解比較難溶的磷酸鹽，同時(shí)也促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)。

1.3 提高植物的抗逆性

土壤中微生物系統(tǒng)由很多因素構(gòu)成，如真菌。真菌作為微生物系統(tǒng)的重要部分，是通過(guò)土壤中高等植物的根系真菌自身的菌絲所聯(lián)合組成的。而真菌菌根系統(tǒng)即是由菌根真菌與植物根系部分構(gòu)建的聯(lián)合體，這是植物不斷進(jìn)化與共同生長(zhǎng)的結(jié)果。其存在不但對(duì)菌根和真菌的生存提供了幫助，兩者相互影響，提高了植物在較差的生態(tài)環(huán)境中的生存力，增加了植物生長(zhǎng)的可能性。菌根有外生和內(nèi)生菌根2種。內(nèi)生菌的根菌大多數(shù)是擔(dān)子菌，多種擔(dān)子菌還有子囊菌、半知菌均參與了外生菌的生成。其中，與農(nóng)業(yè)關(guān)系最為緊密的當(dāng)屬?gòu)闹罹?，?jiǎn)稱VA菌根。VA菌根的作用主要有改善土壤中植物根系的生長(zhǎng)環(huán)境，提高植物的抗逆性，增強(qiáng)植物的抗病侵性等。

1.4 降解污染物，減少毒性

因?yàn)楝F(xiàn)代化進(jìn)程的加快以及工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染造成的危害愈發(fā)嚴(yán)重，治理環(huán)境污染至關(guān)重要。土壤因?yàn)槿藶楦魉┘拥霓r(nóng)藥與化肥的殘留，包括工廠三廢的隨意排放等，造成了越來(lái)越嚴(yán)重的污染。土壤中的營(yíng)養(yǎng)含量降低，甚至含有很多有害的病菌，土壤肥力下降，植物無(wú)法生長(zhǎng)。土壤微生物對(duì)土壤的污染物起到了一定程度的降解作用，為植物生長(zhǎng)提供了較為優(yōu)良的環(huán)境。人們現(xiàn)在施加的農(nóng)藥主要為有機(jī)農(nóng)藥鹵代芳烴，鹵代芳烴是含有很氯化烴殺蟲(chóng)劑的主要成分，很難得到降解。污染物分為有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物，有機(jī)污染物按降解難度分為易分解類(lèi)和難分解類(lèi)。土壤微生物起到的作用就是可以將土壤中的有機(jī)污染物在生物和非生物作用下，將其轉(zhuǎn)化和降解成不同穩(wěn)定性的產(chǎn)物，直到最終成為無(wú)機(jī)物，利于植物生長(zhǎng)。無(wú)機(jī)污染物主要來(lái)源就是未經(jīng)處理的工業(yè)廢水或廢渣等直接排入土壤，比如汞、鉛、鋅、銅等的污染。而微生物能夠轉(zhuǎn)化重金屬，讓重金屬?gòu)挠卸巨D(zhuǎn)化成低毒或無(wú)毒?？傊?，微生物在土壤中同土壤相互影響作用，降解土壤中的污染物，從而提高土壤中植物的生長(zhǎng)發(fā)育能力。

1.5 促進(jìn)腐質(zhì)酸的形成

植物的生長(zhǎng)發(fā)育離不開(kāi)土壤微生物對(duì)其根部有機(jī)物的分解。正是分解的殘留物、分解殘?jiān)镛D(zhuǎn)化成的副產(chǎn)品、微生物及土壤腐殖酸共同組成了有機(jī)質(zhì)部分，也是有機(jī)物分解的重要因素。例如，針葉林下大量的微生物群產(chǎn)生的屬于母本植物的無(wú)色腐殖質(zhì)酸，對(duì)于植物生長(zhǎng)都有著重要的意義，當(dāng)然真菌也不例外。生物界的各種化學(xué)反應(yīng)在人們周?chē)鸁o(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生著，比如植物殘木渣可以降解出來(lái)的一種物質(zhì)兒茶酚和氨基酸，在微生物酶的作用下就會(huì)生成氨基醌的中間產(chǎn)物，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N棕色的含氮腐殖酸鹽。而腐殖質(zhì)化合物中的氮素和碳水化合物部分會(huì)形成微生物原生質(zhì)，也是微生物原生質(zhì)的重要組成部分。植物之所以能夠生長(zhǎng)發(fā)育，離不開(kāi)腐殖酸鹽中的功能團(tuán)，這種功能團(tuán)在改變土壤結(jié)構(gòu)的同時(shí)也有效促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)發(fā)育。土壤中腐殖酸鹽的多少?zèng)Q定了植物的生長(zhǎng)周期。

1.6 產(chǎn)生植物激素

土壤中微生物的次生新陳代謝可以刺激植物自身的生長(zhǎng)發(fā)育。土壤微生物的生命活動(dòng)過(guò)程中會(huì)分泌一些植物激素，這些植物激素能夠刺激植物根系生長(zhǎng)發(fā)育，也可以提高植物根系對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收能力。所以，相較于完全無(wú)菌的環(huán)境，植物在土壤中會(huì)發(fā)育得更好。因此，應(yīng)將植物置于土壤環(huán)境中，形成根系微生物生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)植物更好的生長(zhǎng)。

1.7 提供物理屏障，減少病原菌侵害

根際的土壤微生物為了保護(hù)土壤中植物的根系生長(zhǎng)不受病原菌和蟲(chóng)害的危害，會(huì)在土壤中植物的根系周?chē)酆闲纬梢粋€(gè)物理保護(hù)圈層。在根系伸出后的幾小時(shí)內(nèi)細(xì)菌菌落會(huì)開(kāi)始在根的延長(zhǎng)部范圍內(nèi)發(fā)育。起初時(shí)先分離開(kāi)來(lái)形成小群的細(xì)胞，隨著根系的生長(zhǎng)，細(xì)菌菌落也隨之增大，直到菌落在植物根系周?chē)纬砂鼑?，形成一個(gè)粘質(zhì)層或者粘膠。粘膠中含有大量的微生物，但是粘膠先驅(qū)種的作用阻止了以后微生物的繁殖增加。所以，物根系周?chē)奈锢肀Ｗo(hù)層可以將植物根系圈進(jìn)一個(gè)較為平衡穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)中，從而大大減少病原菌和蟲(chóng)害的影響[4]。

2 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)作物生存的土壤中存在很多有利于植物生長(zhǎng)的微生物，通常生物數(shù)量愈多，種類(lèi)愈豐富，對(duì)于促進(jìn)植物的生長(zhǎng)越有幫助[5]。微生物愈豐富，生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)愈穩(wěn)定，這是生物多樣性必需的。因?yàn)槲⑸锟梢园延袡C(jī)物分解轉(zhuǎn)化變?yōu)闊o(wú)機(jī)物，促進(jìn)新陳代謝，進(jìn)而提高土壤肥力。但是，有些微生物還沒(méi)有得到充分的利用，導(dǎo)致植物沒(méi)有很好地吸收養(yǎng)分。所以，將新型高科技生產(chǎn)技術(shù)引入生活中，利用基因重組技術(shù)對(duì)土壤中的微生物進(jìn)行改造，使微生物發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，同時(shí)以不同的方式給植物傳輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

[1]許光輝,李振高.微生物生態(tài)學(xué)[M].南京:東南大學(xué)出版社,1991:104-11l.

[2]EA波爾,FE克拉克,顧宗濂,等.土壤微生物學(xué)與生物化學(xué)[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1993:102-273.

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The Role of Soil Microbes in Promoting Plant Growth

Zhang Shi-yuan
（College of Life Science, Qufu Normal University, Shandong Qufu 273100）

Soil microbes can play a very important role in promoting the growth of plant, the plant root system provides nutrients for soil microbes. In this paper, based on the characteristics of plants in the soil, the mechanism of microorganism and plant root system in soil, and the action of soil microorganism to the plant in the soil were discussed.

Soil microorganism; Plant growth; Plant root system; Promoting effect

S154

A

2096-0387（2017）01-0054-03

張世緣（1997-），男，山東濰坊人，本科，研究方向：生物工程。