棘孢木霉對青蒿生長量及土壤水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

唐 磊 趙 敏 張榮沭 韓 頌 呂曼曼 王 慧 朱國棟

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

木霉(Trichoderma sp.)作為一種新型的生防因子［1－2］，在改善土壤生態(tài)環(huán)境方面，具有提高肥料利用率、平衡土壤結(jié)構(gòu)，對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行生物修復(fù)的積極作用。據(jù)文獻(xiàn)［3］記載，棘孢木霉(T.asperellum)能有效提高植物種子的發(fā)芽成活率，且在生長量、花期以及提高作物產(chǎn)量方面有顯著作用。然而，以往有關(guān)木霉菌促進(jìn)植物生長的相關(guān)研究中，對草本植物的誘導(dǎo)及其種類較為單一，木本占據(jù)多數(shù)。而兩者無論從生理生化、結(jié)構(gòu)形態(tài)，還是發(fā)育過程等方面，都有顯著差異。黃花蒿(Artemisia annua)又名青蒿，菊科艾屬，1年生草本;性寒味苦，作為民間傳統(tǒng)中藥，具有退熱止汗、消暑截瘧的功效［4］，然而，有關(guān)棘孢木霉ACCC30536 根施青蒿并促進(jìn)其生長的研究少有報(bào)道。土壤中的氮、磷、鉀是供給植物營養(yǎng)的三大元素，其中氮素營養(yǎng)在土壤中主要以礦質(zhì)態(tài)和易水解態(tài)存在。土壤中水解氮的量，既可對土壤肥力作出有效測評，又可為農(nóng)業(yè)施肥標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)［5］。本文以黃花蒿為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)材料，通過根施棘孢木霉進(jìn)行誘導(dǎo)，對土壤中水解氮的量以及青蒿生長量進(jìn)行分析討論，旨在為今后的農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)及生物菌肥的應(yīng)用與改進(jìn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選擇專業(yè)育苗紙筒5 塊，每塊60 ～70 個(gè)小紙筒，內(nèi)外相連;將篩選好的青蒿種子均勻撒在上面，期間保證溫度適宜、采光充足、水量供應(yīng)及時(shí)。待青蒿幼苗溫室內(nèi)培育45 d 后，轉(zhuǎn)移至東北林業(yè)大學(xué)苗圃實(shí)驗(yàn)基地;早晚澆水2 次，定期除草、間苗、松土。7月10日對根部進(jìn)行懸浮液的誘導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)用棘孢木霉ACCC30536(T.asperellum ACCC30536)菌株，來自中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏中心;供試土壤為哈爾濱市郊外的農(nóng)田栽培用土。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

懸浮液的配制:將棘孢木霉的分生孢子在無菌操作臺上接種至培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)基為馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)固體培養(yǎng)基，溫度控制在25 ℃連續(xù)培養(yǎng)10 d，即可分離出大量分生孢子。將分生孢子懸浮液進(jìn)行不同棘孢木霉菌量濃度梯度的稀釋后，顯微鏡下觀察棘孢木霉菌的數(shù)量，最后用純凈水配制成實(shí)驗(yàn)所需棘孢木霉菌量濃度，即土壤樣品中5×102(T1)、5×103(T2)、5×104菌落/cm3(T3)3 個(gè)梯度。

青蒿育苗:將青蒿種子與細(xì)沙混合均勻，再均勻地撒在澆過水的裝滿土的紙筒上;撒種后的前3 d用透明的塑料薄膜把上方封閉好，待發(fā)出青蒿幼芽后，將薄膜撤去，期間保證棚內(nèi)的溫度適宜、陽光充足、適時(shí)供給充足的水量。間苗——生長過程中，定時(shí)拔除雜草，防止其阻礙青蒿苗生長，當(dāng)青蒿苗長的足夠茁壯以后，選擇粗壯的苗留下，保證一孔一苗，拔除其他的苗。移植——將粗壯的苗移栽到地里生長30 d 左右，期間定時(shí)除草、松土、保障充足的水量，以確保苗的成活率。澆菌——7月10日開始用T1、T2、T3懸浮液進(jìn)行澆菌誘導(dǎo)，具體分組及方案設(shè)計(jì):實(shí)驗(yàn)樣地分為不種植青蒿和種植青蒿2 大組，其中第1 大組(不種植青蒿)包括4 個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，第1實(shí)驗(yàn)小組為不種植青蒿且不施用棘孢木霉菌，記作A;第2、3、4 實(shí)驗(yàn)小組均不種植青蒿苗，但對應(yīng)施用T1、T2、T3的木霉菌，分別記作A1、A2、A3。第2 大組(種植青蒿)包括4 個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，即第5 實(shí)驗(yàn)小組種植青蒿苗，但不施用木霉菌，記作B，讓其在自然條件下生長，以形成對照;第6、7、8 實(shí)驗(yàn)小組均種植青蒿，并對應(yīng)施用T1、T2、T3的木霉菌，分別記作B1、B2、B3。在每組中分別抽取10 株青蒿植物做編號標(biāo)記處理，用于7 個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)監(jiān)測其生物量、生長量以及進(jìn)行土壤樣品的采集。

1.3 土壤采樣方法

每組誘導(dǎo)各取10 株青蒿的土樣，每株約100 g，深度為5～8 cm，取樣的時(shí)間點(diǎn)分別是8、15、30、45、60 d，同時(shí)每組設(shè)置3 次平行實(shí)驗(yàn)取平均值。進(jìn)行土壤水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測之前，需將土樣做風(fēng)干處理，按不同時(shí)間點(diǎn)裝入密封袋中，待測。

1.4 青蒿生物量檢測及生長量的測量

生物量檢測:誘導(dǎo)60 d 后，對青蒿的根、莖、葉等不同組織部位進(jìn)行分離處理，先稱量不同組織部位的鮮質(zhì)量，干燥后再測出干質(zhì)量，最后進(jìn)行計(jì)算分析。生長量測定:7月10日誘導(dǎo)后，每間隔10 d 分別測量青蒿的主莖高和莖基粗，并計(jì)算出相鄰時(shí)間點(diǎn)各自的差值，記錄青蒿誘導(dǎo)后的生長變化過程。分析棘孢木霉菌對青蒿生物量和生長量產(chǎn)生的影響。

1.5 土壤水解氮的檢測

本實(shí)驗(yàn)選用“堿解—擴(kuò)散法”［6］測定土壤中水解氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并將不種植青蒿的土壤(A、A1、A2、A3)與種植青蒿的土壤(B、B1、B2、B3)進(jìn)行比較，從中得出不同處理間水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異。

1.6 數(shù)據(jù)處理

用SPSS19.0 和Microsoft office excel 2003 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;在青蒿生長量與土壤水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的動態(tài)變化之間進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析;在P=0.05、P=0.01 條件下比較差異性，對不同懸浮液量濃度誘導(dǎo)所產(chǎn)生的差異顯著性進(jìn)行方差分析和討論。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)對青蒿生長量的影響

表1中結(jié)果顯示:7月10日開始對青蒿根施不同量濃度的棘孢木霉分生孢子懸浮液后，青蒿苗的長勢明顯。從表2可見:在7月20日—8月20日之間，增高的幅度明顯高于其他月份，特別是至8月20日達(dá)到最大，B2組的青蒿主莖高生長量為21.41 cm，是對照組(B)的1.38 倍;而在誘導(dǎo)后的10 d(7月10—20日)和生長過程的后10 d(8月30日—9月10日)，長勢明顯低于中間月份，主莖高生長量分別為16.92、17.58 cm。在誘導(dǎo)40 d 后，B1、B2、B3組的青蒿主莖高增長最為明顯，其生長量分別為對照組(B)的1.24、1.38、1.28 倍;在木霉菌誘導(dǎo)50 d后，B2組的株高生長量依然保持在20.55 cm，而B1、B3兩組生長速度則比較緩慢，B2組株高生長量的差值分別為B、B1、B3組的1.31、1.34、1.18 倍(見表2)。說明B2組在誘導(dǎo)之后，生長周期長且株高生長量差值大于其他3 個(gè)組;B2組在誘導(dǎo)后60 d 內(nèi)的株高生長量，是對照組(B)株高生長量的1.34 倍，差異更為顯著。

表1 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)后青蒿的主莖高的比較cm

從表3可以看出:7月10日開始，對青蒿根施不同量濃度的棘孢木霉分生孢子懸浮液后，莖基隨著不同時(shí)間點(diǎn)的推移逐漸增粗。誘導(dǎo)組B2在7月10日至8月10日，莖基粗增長最為明顯;特別在誘導(dǎo)20 d 后，B2組莖基粗生長量為0.84 cm，是B 組莖基的1.47 倍;8月10日至9月10日，莖基粗的增長幅度逐漸減小，平均差值維持在0.59 cm。從表4可見:B2組的規(guī)律為，莖基粗生長差值，先緩慢增高，而后逐漸減小并趨于平緩穩(wěn)定;對照組(B)，在自然狀態(tài)下生長，波動不明顯，莖基粗生長量在0.4 ～0.5 cm。誘導(dǎo)組B1、B3，在7月30日之后增粗的速度相近，之前時(shí)間點(diǎn)B1組的大于B3組的。誘導(dǎo)40 d 后，對B2組進(jìn)行測量，計(jì)算得出其莖基粗的平均值為6.95 cm，是對照組(B)的1.05 倍(P＜0.01);誘導(dǎo)6 0 d 后，B2組的平均莖基粗是B、B1、B3的1.06、1.07、1.04 倍(P＜0.01)，7月30日之后，B1、B3組差異不明顯。

表2 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)后青蒿的主莖高每10 d內(nèi)的生長量 cm

表3 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)后青蒿的莖基粗的比較 cm

表4 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)后青蒿的莖基粗每10 d內(nèi)的生長量 cm

2.2 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)對青蒿生物量的影響

對黃花蒿根部施用不同量濃度的棘孢木霉分生孢子懸浮液誘導(dǎo)60 d 后，分別對不同組織部位進(jìn)行樣品的處理和收集，并稱量根、莖、葉樣品的鮮質(zhì)量;參照Cornelissen 等［7］方法對樣品進(jìn)行干燥處理，稱量干質(zhì)量;對數(shù)據(jù)進(jìn)行SPSS 分析(見表5)。由表5可見:B2組單株樣品根、莖、葉鮮質(zhì)量均為最高，平均值分別為130.776、414.049、223.122 g，是對照組(B)的1.26、1.45、1.42 倍，其中，單株根的質(zhì)量較B1、B3增加了88.74%、58.45%;B2組的根、莖、葉干質(zhì)量平均值也均為最高，分別為55.029、157.771、69.399 g，是對照組(B)的1.19、1.56、1.38 倍。在不同時(shí)間點(diǎn)，B 和B1組的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量相近，B3組相比略高;總體生物量比較，從大到小順序依次為B2、B3、B、B1。

表5 青蒿誘導(dǎo)后不同組織部位的生物量比較 g

2.3 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)對土壤水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表6可見:對照組的水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值出現(xiàn)在A3組中，為216.24 mg/kg。同組內(nèi)施用木霉45 d 后，相對A、A1、A2組分別提高16.64%、13.41%、9.74%(P＜0.01);在誘導(dǎo)60 d 后，水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)依然維持在186.55 mg/kg，是A 組的1.24 倍?？梢姡S著施用木霉菌量濃度的增加，與土壤相互作用，水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯升高。

由表6可見:B2組在誘導(dǎo)30 d 后，水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高，是同組中B、B1、B3組的1.65、1.53、1.26 倍;與A、A1、A2組相比較，分別提高19.62%、21.03%、10.4%(P＜0.01)。可見，植物在生長發(fā)育過程，要吸收土壤中的氮元素;適量濃度的木霉菌與青蒿相互作用后，對土壤中水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)產(chǎn)生影響，故從T1到T2再至T3的試驗(yàn)過程中，水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)從總體上呈現(xiàn)先升高后降低的變化規(guī)律。

表6 不同量濃度棘孢木霉誘導(dǎo)后各時(shí)間點(diǎn)的土壤水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù) mg·kg－1

2.4 青蒿生長量與土壤水解氮的相關(guān)性

不同量濃度木霉菌誘導(dǎo)青蒿后，主莖高與莖基粗呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為RB=0.985、RB1=0.971、RB2=0.986、RB3=0.989，P＜0.01。在主莖高與種植青蒿的土壤水解氮分析中，相關(guān)性不顯著(P＞0.05);主莖高與B2、B3組處理呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為RB2=0.003、RB3=0.218;主莖高與B1、B 組處理呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為RB1=－0.072、RB=－0.214。在莖基粗與種植青蒿的土壤水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析中，相關(guān)性不顯著(P＞0.05);莖基粗與B3組處理呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為RB3=0.311;莖基粗與B1、B2、B 組處理呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為RB=－0.014、RB1=－289、RB2=－0.029。

3 結(jié)論與討論

以T1、T2、T3不同量濃度棘孢木霉分生孢子懸浮液根施誘導(dǎo)青蒿60 d，試驗(yàn)結(jié)果表明:棘孢木霉具有促進(jìn)青蒿生長和改善土壤水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的作用，且最佳誘導(dǎo)為T2(土壤中5×103菌落/cm3)。主莖高生長量，在7月20日至8月20日之間達(dá)到生長高峰，平均值為21.41 cm，是對照組(B)的1.38倍。莖基周長在誘導(dǎo)20 d 后生長量達(dá)到0.84 cm，為同組最高。根、莖、葉生物量鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，由高到低組別依次是B2、B3、B、B1。對照組的水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)B3組最高，最大值為216.24 mg/kg，可以看出，棘孢木霉與土壤相互作用，能有效提高水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但要控制好施用劑量。實(shí)驗(yàn)組中，水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值出現(xiàn)在T2誘導(dǎo)30 d 后，總體呈現(xiàn)先升高后下降的特點(diǎn)，但最大值和平均值均高于對照組。分析認(rèn)為，植物的氮素營養(yǎng)主要依靠土壤供給，而適量的木霉量濃度與青蒿相互作用，改變了土壤中的水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使青蒿在生長過程中獲得充足可靠的氮源;株高與莖基周長呈正相關(guān)性，而生長量受多種土壤營養(yǎng)元素的影響，與土壤水解氮的動態(tài)相關(guān)性不顯著，其他土壤營養(yǎng)元素如磷、鉀等受棘孢木霉誘導(dǎo)而引起的相關(guān)性變化，有待于進(jìn)一步討論和分析。

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