栽培基质中的微生物

——CANNA研究中心

微生物的种类繁多，包括细菌、原生动物、藻类和真菌。大多数微生物在适宜的环境中可以迅速繁殖，它们会对生长在基质中的植物的生长发育产生或积极或消极的重要影响。对于某一基质来说，当中存在的微生物种类取决于多种因素，例如气候、基质特性、植物种类以及存在于基质中的其他生物体等等。

微生物对植物在基质中的生长发育有显著影响，可以是正面影响的，也可以是负面影响。微生物的存在同样受多种因素影响，包括栽培基质的类型、氧气含量、基质温度和根系温度、基质的pH值、盐度以及EC值等等。农药的使用也是影响栽培基质中微生物含量的一个重要因素。

泥炭、椰糠 、岩棉以及珍珠岩

影响微生物最重要的因素之一就是其生存的栽培基质类型，主要可区分为有机基质，如椰糠、泥炭或者土壤，以及无机基质，例如粘土卵石、珍珠岩或者岩棉。具有较高腐生能力的微生物（即以死亡的有机物质为生），在含有有机物质的基质（如泥炭）或者重复利用型基质中存活良好。在掉落在基质表面的枯死叶片以及坏死的部分植株中也同样能存活。

基质中的氧气含量决定着好氧微生物或者厌氧微生物的生长。大多数植物根系周围都需要氧气，因此会有好氧微生物存在。生长在含氧量极低的基质中的植物，通常较为虚弱，但致病性厌氧微生物可以从中受益。

所有的生命都有最适宜的生长温度，基质和根系的温度会对周围的微生物群落产生影响。平均温度、温度变化范围（即夜间最低温与夏季最高温）以及温度波动的范围和频率决定着哪些微生物能够存活。

岩棉块中的真菌

与植物一样，大多数微生物喜欢生存在pH值在5.5到5.8之间的环境中。pH值高低以及pH值的波动都会对微生物群落产生影响。即便如此，某些微生物在极端条件下仍然能够生存与繁殖。基质中盐分以及EC值也会影响微生物的生长，盐的类型与成分也是影响因素之一。尤其是氯化钾或者氯化钠这样的盐，它们可以改变植物根际环境，从而改变在根区生存的微生物种类。

在无机基质中，例如岩棉、粘土卵石或者珍珠岩，大多数微生物都是水生微生物，它们经由灌溉水、空气或者由植物带入，只要有一定的湿度，即使只有细微的水珠，也能够存活。与土壤微生物一样，这些微生物可能是有益的，也可能是致病性的。

农药是影响栽培基质中微生物的另一大重要因素。农药成分可能在长期使用过程中积累在基质或土壤中。农药的种类不同，例如除草剂、杀虫剂或者杀菌剂，对基质中微生物的影响也不同。

有一点是可以确定的，那就是微生物能够适应各种各样的环境。举个很著名的例子，细菌对抗生素具有耐药性，它们的遗传物质只发生了微小的变化，但是其抗药性却对人类有着重要的影响。

微生物的益处

微生物的存在既有积极影响也有负面影响。因此，不需要也不必杀灭基质中所有微生物。作物抵御感染的能力（尽管不绝对）很大程度上都依赖于基质中存在的微生物。然而，这种益处很难量化，因为微生物的存在本身就取决于多重因素。植物的抵御能力与总微生物活性、不同功能型放线菌（杆状细菌）、放线菌的总数量以及纤维素分解型放线菌的百分比有关。

若基质中的微生物平衡良好，可能根本不需要使用农药或者其他干预措施，从而使栽培成本降低。园艺栽培等行业可用的农药种类越来越少，价格也较为昂贵。在无菌基质中，最具生存能力的微生物可以找到不含任何竞争生物的自由空间，以无限制地获取充足空间和养分。但这些"机会主义"微生物并不一定对基质中生长的作物有益。对栽培者来说，明智的做法就是从一开始就利用适当的微生物来帮助作物健康生长，并获得理想产量。微生物甚至可以用来提高重复利用型基质的质量，某些微生物可以产生酶，帮助分解积累的盐分。

椰糠栽培中感染腐霉菌的番茄根

植物根系分泌出的物质，例如糖、氨基酸或者苯酚等，既能吸引微生物，也有可能驱赶微生物。在微生物之间不断进行的竞争中，每种微生物的地位都会受到这些根分泌物的影响。植物能够利用这一特点，通过释放吸引有益微生物的物质，与特定的微生物建立共生关系。典型的例子就是豆科植物，豌豆等豆类的根瘤中存在共生细菌，能将大气中的氮转化为植物可吸收利用的形式。

另一种方法是添加良性生物来抑制病原体。其机制原理如下：某些微生物竞争能力较弱，很难在已经被其他强大微生物占领的基质中生存。利用这一原理，可以帮助植物摆脱致病性微生物。将有益的微生物，例如菌根或者木霉真菌引入洁净的基质中，从而使得致病性微生物的生存能力下降，从而保护植物免受感染。

有益微生物会与病原体争夺养分以及葡萄糖。此外，一些拮抗微生物有着自己的一套赢得竞争优势的方法。例如，荧光假单胞菌能够产生蛋白质，将微溶性铁（Fe）转化为铁螯合物，更易于吸收。通过这一途径，掠夺了镰刀菌赖以生存的铁元素，从而阻碍其生长。对葡萄糖的竞争也同样会造成微生物活滞现象，即致病性真菌的孢子出芽速度大大降低。

拮抗微生物可以阻断病原体繁殖周期中的某个或者多个阶段。例如，施氏假单胞菌（Pseudomonas Stutzeri）可阻断分生孢子（几种真菌的无性孢子）的形成以及衣原体孢子（几种真菌的厚壁休眠孢子）的形成与萌发，但对菌丝的生长不会产生影响（菌丝可以长距离输送营养物质）。假单胞菌还能产生抗生素，这可能是其杀灭病原体的另一种途径。其他的微生物可以产生酶，攻击竞争对手的细胞壁。一些拮抗微生物能够产生几丁质分解酶，对致病性真菌起到抑制作用。研究还发现，拮抗微生物以及与其密切相关的微生物可以协同对抗病原体。还有部分拮抗微生物，仅仅通过快速增殖，便可制衡致病性微生物，从而限制资源竞争，剥夺致病性微生物的生存机会。

在岩棉上生长的海藻

致病性或有害微生物

基质中的微生物也可能是以土壤或水传播的病原体。其中有些病原体可以攻击多达80多种不同的植物，这些病原体具备对其生存极为重要的抗逆性。有害微生物会导致植物出现一系列的感染症状，例如果实腐烂、褪色、坏死等等。

一些病原体产生的微毒素可以攻击植物或基质中的微生物。病原体出芽速度更快，并且在生存条件不理想的情况下能保持长时间的休眠状态，因而与其他微生物相比更有生存优势。致病性微生物和非致病性微生物之间可能存在密切的关系，因而很难使用拮抗微生物或采取其他措施。致病性微生物在受到拮抗微生物攻击时也会进行反击。例如荷兰瓦赫宁根大学研究发现，镰刀菌会产生镰刀菌酸，对植物细胞造成影响，同时抑制假单胞菌产生抗菌物质。

微生物平衡

事实上，大多数病原体感染都是由于植物处于虚弱状态而导致的。健康的植物具有抵御能力，能够对微生物感染作出反应。如果植物的反应足够迅速且强大，便能克服病原体感染。因此，为植物提供最佳气候和土壤条件，比为有益微生物提供理想生存环境更加重要。

保持基质中微生物的长期平衡至关重要，但有时植物的生长周期过短，无法达到平衡。可以在基质中添加拮抗微生物，尽管不能保证一定起到理想效果，但在大多数情况下，可以对植物的生长与健康起到积极的影响，有时甚至能达到杀菌剂等化学制剂的效果，但无法持续整个生长季。

基质中的微生物在抑制植物病害方面起着重要的作用，人们对此也在开展大量研究。尽管这项生物技术还未成为主流，但荷兰路易斯波尔克研究所的研究表明，适当引入有益微生物或添加堆肥来增加微生物数量，对作物的收成有着重要影响。