土壤微生物多样性研究方法及其在土传病害防治中的应用展望

摘 要 土壤质量是影响植物生长的关键因子，土壤微生物是评价土壤质量的重要指标，土壤微生物种群多样性及优势菌属的变化，可以在一定程度上反映出土壤质量随环境的变化过程。因此，系统研究土壤微生物的多样性，不仅是防控植物土传病害的关键环节，还是改良土壤质量的重要内容。本文综述了土壤微生物多样性的主要研究方法，包括传统生物化学、现代分子生物学技术以及高通量测序方法等，阐述了各种方法的应用原理、优缺点。从土壤微生态平衡的角度，对土壤微生物多样性研究在土传病害防控中的应用进行展望，提出新的研究内容与思路，以便更好地应用于土传病害微生态调控。

关键词 土壤 ；微生物多样性 ；生物化学技术 ；分子生物学技术

中图分类号 S154 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.02.016

Abstract Soil quality is a key factor affecting the growth of a plant， and soil microbes are a key index for evaluation of the soil quality. The change of microbial population diversity and dominant species can reflect to some extent the change of soil quality with the environment. So， systematic research on the diversity of soil microbes is a key step of the control of soil borne diseases and an important subject to improve the soil quality. The main research methods for soil microbial diversity were reviewed， including traditional biochemistry， modern molecular biology techniques and high throughput sequencing method， and the principles， advantages and disadvantages of each method were described. From the aspect of the ecological balance of soil microbes， a prospect was made for the application of soil microbial diversity in the control of soil-borne diseases， and some new ideas for research were put forward in order to conduct micro ecological control of soil-borne diseases.

Keywords soils ； microbial diversity ； biochemical technology ； molecular biology

土壤中生活着数量庞大的微生物种群，这些种群包括细菌、真菌、放线菌等，直接参与土壤的生物生化过程，调节土壤生态系统中碳、氮、磷、钾、钙等重要元素的物质循环[1]，同时还承担有机养分的分解转化、土壤环境污染物净化等多种生态功能[2]，在生态系统中起着举足轻重的作用。由于土壤微生物對环境变化非常敏感，已成为评价土壤养分及生态质量变化最具潜力的生物指标之一[3]。近年来，通过研究香蕉枯萎病的发生、扩展、蔓延、防控，发现对于土传真菌性病害，可通过微生物制剂及菌肥、有机肥、轮作等措施，改良土壤微生物群体结构，有效抑制土传病害病原菌的繁殖，达到控制病害的目的。然而，有关土壤微生物群落多样性的研究往往费时费力，且不能全面、准确地反映土壤微生物状况。一方面是由于用于种类测定的方法和技术体系尚不成熟，如常规的分离培养反映的只是1%可以被分离培养的微生物；另一方面是由于土壤微生物对环境变化的敏感性，微生物群落会随着土壤环境的时空变化而变化[4]，给研究带来诸多困扰。本文简要介绍了目前国内外土壤微生物多样性的研究方法，对其原理、优缺点进行阐述，并将改良土壤微生物的理念和技术带入土传真菌病害防控工作中，以期更好地应用于实践生产。

1 土壤微生物多样性概述

土壤微生物种类多，组成复杂[5]，与土壤物质循环及能量转移转化密切相关[6]，在生物地球化学循环（biogeochemical cycles，BGC）过程中起着至关重要的作用[7-8]，并对土壤中有机、无机养分的转换产生重要的影响[9]。土壤微生物的多样性主要包括遗传多样性、物种多样性、结构多样性和功能多样性等。其中遗传多样性是指在基因水平上，土壤微生物不同种群遗传信息和遗传物质的差异；物种多样性是指土壤微生态系统中物种的丰富度和均一度，其中包括可培养和不可培养2类，是反映多样性最直观的形式；结构多样性是指土壤微生物在细胞组分变化上的多样性，可直接导致土壤中微生物代谢水平的差异；功能多样性是指土壤中特定的微生物种群所执行的功能差异，如对植物生长促生作用、营养的分解、转化与传递等[10-11]。这四种多样性从不同角度分析了土壤微生物的微生态情况，可根据研究目的，选择1～2种角度并结合环境因子进行分析。土壤微生物研究范围主要有土壤真菌、细菌、古细菌等。一般指受到人为或者自然干扰下，微生物的群落结构、优势种群消长、生理代谢、遗传变异与种群演替等规律。应用在土传病害研究中，主要指受到病原菌侵染后土壤微生物系统呈现出的一系列变化。土壤微生物系统是一个动态变化的系统，是通过自身遗传维持相对稳定的结构功能， 通过种群、代谢等变异应对外界干扰，共同构成土壤微生物系统对环境变化或干扰的抵抗力（resistance）和恢复力（resilience），维护土壤微生态系统的相对稳定状态[12-13]。通常来说，一个具有多样性与活性的微生物群落土壤往往具有较为丰富的土壤养分，这种土壤微生物群落结构，即可维护土壤生态系统的稳定性，也有利于提高土壤生态系统的缓冲能力。

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