含PGPR菌株LZ-8生物育苗基質(zhì)的研制與促生效應(yīng)研究①

文春燕，高　琦，張　楊，李　榮*，沈其榮

（1 國(guó)家有機(jī)類肥料工程技術(shù)研究中心，江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京　210095；2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)淮安研究院，江蘇淮安　223005）

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含PGPR菌株LZ-8生物育苗基質(zhì)的研制與促生效應(yīng)研究①

文春燕1，2，高琦1，張楊1，李榮1，2*，沈其榮1

（1 國(guó)家有機(jī)類肥料工程技術(shù)研究中心，江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京210095；2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)淮安研究院，江蘇淮安223005）

摘要：根際促生細(xì)菌（PGPR）與普通育苗基質(zhì)聯(lián)合形成生物育苗基質(zhì)，能夠有效促進(jìn)PGPR菌株的根際定殖，從而增強(qiáng)菌株促生效果的發(fā)揮。本研究以辣椒和番茄兩種經(jīng)濟(jì)作物為供試材料，采用拌土的方式向基質(zhì)中添加PGPR菌株 LZ-8發(fā)酵液形成生物育苗基質(zhì)，研究了該生物基質(zhì)對(duì)這兩種作物苗期的促生效果及種苗移栽后大田產(chǎn)量的增加情況。結(jié)果表明：含PGPR菌株的生物育苗基質(zhì)對(duì)辣椒和番茄苗期均具有顯著的促生效果，其中苗期辣椒和番茄的株高、莖粗、葉面積、鮮重和干重分別比對(duì)照高出22%、15.9%、33.6%、21.84%、31.25% 和26.8%、29.4%、62%、72.7%、83.3%；生物基質(zhì)所育種苗移栽至大田后顯著增加了辣椒和番茄的產(chǎn)量，分別比對(duì)照增產(chǎn)22% 和11%。

關(guān)鍵詞：PGPR菌株；生物基質(zhì)；促生作用；辣椒；番茄

植物根際促生菌（plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）是一類能夠高密度定殖在植物根際的微生物，兼有抑制根際病原微生物和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用［1］。PGPR不僅可以分泌植物促生物質(zhì)（如植物激素、維生素、氨基酸及其他活性有機(jī)小分子衍生物等）［2］，還可以改善植物根際的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境。此外，PGPR還具有控制植物病害，降解土壤污染物的作用［3］。作為一類重要的土壤有益微生物，越來(lái)越受到土壤微生物、植物病理、微生物生態(tài)等領(lǐng)域?qū)＜业闹匾?，也是現(xiàn)今生態(tài)農(nóng)業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)，已有多種 PGPR菌株被用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境修復(fù)中［4］。

隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，工廠化育苗越來(lái)越受到重視，加速了固體栽培基質(zhì)的開(kāi)發(fā)研究［5］。基質(zhì)是幼苗生存的場(chǎng)所，也是幼苗所需水分、養(yǎng)分、溫度等的介質(zhì)［6］。育苗過(guò)程中，植物同時(shí)通過(guò)根系分泌能被土壤微生物識(shí)別的信號(hào)分子啟動(dòng)微生物與植物根系的對(duì)話，誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生一些信號(hào)來(lái)啟動(dòng)微生物在根部的定殖［7］。如果能夠?qū)⑻囟ǖ母H促生功能微生物在育苗時(shí)?；钐砑拥交|(zhì)中，研制成活性生物育苗基質(zhì)，預(yù)計(jì)能夠育出根際帶有大量活性功能微生物的優(yōu)質(zhì)種苗，從而最大限度發(fā)揮該類微生物的促生作用，從而提高該類作物在大田種植中的產(chǎn)量。本研究以辣椒和番茄為供試作物，通過(guò)比較具促生能力辣椒根際促生細(xì)菌所研制育苗生物基質(zhì)的育苗效果及種苗移植后的田間產(chǎn)量，以期為利用根際有益細(xì)菌研發(fā)育苗生物基質(zhì)提供技術(shù)和理論支撐。

1　材料與方法

1.1供試作物品種、普通育苗基質(zhì)及PGPR菌株

供試?yán)苯菲贩N為紅巨椒，由安徽省宿州市金泰種苗研究所提供；番茄品種為紅粉佳人，由壽光南澳綠亨農(nóng)業(yè)有限公司提供。無(wú)土栽培基質(zhì)由江蘇淮安柴米河基質(zhì)肥料有限公司提供，其基本性質(zhì)：總氮13.4 g/kg，有機(jī)質(zhì)227.8 g/kg，水分≤500 g/kg，pH 6.96，EC 1.94 mS/cm。供試 PGPR菌株：短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）LZ-8，為本實(shí)驗(yàn)室分離保存的具有防控辣椒疫病和促進(jìn)辣椒生長(zhǎng)的根際促生菌［8］。

1.2生物育苗基質(zhì)的制備

將拮抗菌LZ-8接種到PDA液體培養(yǎng)基中，30℃、170 r/min培養(yǎng)36 h，獲得功能菌數(shù)量大于109CFU/ml的發(fā)酵液。菌液離心去除上清，菌體重懸于無(wú)菌水后，以3% 比例（體積質(zhì)量比，干重，下同）與所提供的普通蔬菜育苗基質(zhì)直接混合均勻。

1.3含功能菌生物基質(zhì)苗盤育苗效果研究

辣椒和番茄苗盤育苗試驗(yàn)分別設(shè)兩個(gè)處理：對(duì)照處理（CK），育苗基質(zhì)中不添加外源功能菌；LZ-8處理，育苗基質(zhì)中添加3% 功能菌LZ-8發(fā)酵液，每個(gè)處理50個(gè)重復(fù)。育苗步驟如下：基質(zhì)置于孔徑大小相同的育苗盤中，不同處理調(diào)至相同含水量。辣椒和番茄種子分別用60℃溫水浸泡攪拌至室溫，取沉淀種子，5% 次氯酸鈉消毒處理3 min，無(wú)菌水清洗3 ～ 4次后于30℃培養(yǎng)箱中遮光催芽至露白后埋入基質(zhì)中，各處理每天同等澆水量保持濕度。20 天后取樣測(cè)定兩種種苗的株高、莖粗、葉面積、鮮重和干重。

1.4田間試驗(yàn)

田間試驗(yàn)于2014年8月28日—10月15日在江蘇淮安柴米河基質(zhì)肥料有限公司連棟大棚內(nèi)進(jìn)行。選取長(zhǎng)勢(shì)均一的本研究所育種苗移栽，試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)處理：對(duì)照處理（CK），基質(zhì)中不添加功能菌L-28；LZ-8處理，基質(zhì)中添加3% 功能菌發(fā)酵液。化肥用量按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量施用，試驗(yàn)每個(gè)處理設(shè)4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。每個(gè)小區(qū)面積為3 m × 1 m，小區(qū)生物有機(jī)肥施用量為13.0 kg，小區(qū)復(fù)合肥N︰P︰K=15︰15︰15施用量為375 g。生物有機(jī)肥及化肥于耕層混合均勻。每個(gè)小區(qū)移栽作物株數(shù)為20株，移栽后常規(guī)水肥管理。在作物移栽30天時(shí)測(cè)定作物生長(zhǎng)量，60天時(shí)開(kāi)始計(jì)算作物產(chǎn)量。

1.5測(cè)定方法

采用葉面積測(cè)定儀測(cè)量葉面積；取樣后，取植株地上部，稱取植株鮮重；將稱完鮮重后的植株于105℃下殺青15 min后，70℃下烘至恒重，稱重即得植株干重。植株移栽60 天時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)各處理辣椒和番茄的產(chǎn)量。

2　結(jié)果與分析

2.1含功能菌生物基質(zhì)對(duì)辣椒和番茄苗盤期生長(zhǎng)的影響

育苗20 天后，辣椒藝性狀如表1所示，添加了功能菌的生物育苗基質(zhì)（LZ-8處理）所育辣椒種苗的株高、莖粗、葉面積、鮮重和干重均顯著高于CK，分別增加了22%、15.9%、33.6%、21.84% 和31.25%。表明育苗過(guò)程中，生物育苗基質(zhì)中的功能菌Bacillus pumilus LZ-8發(fā)揮了促生作用。

表1　含功能菌生物基質(zhì)對(duì)辣椒和番茄苗盤期生長(zhǎng)的影響

由表1可知，育苗20 天后，相比于CK，LZ-8處理顯著促進(jìn)了番茄苗期的生長(zhǎng)，在株高、莖粗、葉面積、鮮重和干重方面，分別顯著增加了26.8%、29.4%、62%、72.7% 和83.3%。研究結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)功能菌在基質(zhì)中有效發(fā)揮了促進(jìn)所育作物苗期的生長(zhǎng)。

2.2生物基質(zhì)所育辣椒苗的田間促生效果

進(jìn)一步利用田間試驗(yàn)，比較生物基質(zhì)和普通育苗基質(zhì)所育辣椒種苗移栽后的田間生長(zhǎng)效應(yīng)，結(jié)果如表2所示。生物基質(zhì)（LZ-8處理）所育辣椒苗移栽后，田間植株株高顯著高于普通育苗基質(zhì)（CK）所育辣椒種苗，增加了8%；莖粗方面二者無(wú)顯著性差異，但LZ-8處理辣椒苗移栽后的莖粗值要高于CK處理。待作物成熟時(shí)，摘取果實(shí)記產(chǎn)量，LZ-8處理產(chǎn)量相比 CK顯著增產(chǎn)了22%，表明生物基質(zhì)在苗期形成的優(yōu)質(zhì)種苗移栽后，能夠有效提高作物產(chǎn)量。

表2　含功能菌生物基質(zhì)所育辣椒和番茄苗移栽大田后的生長(zhǎng)情況

由表2可知，20天后，生物基質(zhì)（LZ-8處理）所育番茄植株株高和莖粗顯著高于普通育苗基質(zhì)（CK），分別顯著增加了31.5% 和14.4%。生物基質(zhì)所育種苗的產(chǎn)量高于普通育苗基質(zhì)所育種苗，增產(chǎn) 11%。綜合辣椒和番茄結(jié)果表明，生物基質(zhì)有效促進(jìn)了辣椒和番茄植株苗期和大田移植后的植株長(zhǎng)勢(shì)，促進(jìn)了植株田間的產(chǎn)量。

3　結(jié)論與討論

本研究以實(shí)驗(yàn)室分離保存具有促生和拮抗功能的菌株LZ-8，直接?；钐砑又疗胀ㄓ缁|(zhì)中，研制活性生物基質(zhì)。結(jié)果表明，生物基質(zhì)能夠顯著促進(jìn)辣椒和番茄植株苗盤期的生長(zhǎng)，主要表現(xiàn)在株高、莖粗、葉面積、地上部鮮重和干重的增加。推斷是由于生物育苗基質(zhì)中含有大量的根際促生菌 Bacillus pumilus LZ-8。現(xiàn)有的文獻(xiàn)在植物根際促生菌的促生效果方面已有大量報(bào)道，如段秀梅等［9］、高君君等［10］、Zemrany 等［11］、Cassán 等［12］和EI-Tarabily等［13］的研究。同時(shí)已有大量文獻(xiàn)進(jìn)一步研究PGPR類微生物的促生機(jī)理［14-20］。但目前大量PGPR促生效果的研究均致力于移栽后的植株，本研究開(kāi)拓性的在普通育苗基質(zhì)中添加PGPR，預(yù)計(jì)能夠進(jìn)一步發(fā)揮PGPR的促生效果。

田間試驗(yàn)結(jié)果表明，生物基質(zhì)所育辣椒和番茄種苗移栽后，無(wú)論是生長(zhǎng)指標(biāo)還是果實(shí)產(chǎn)量，均顯著高于對(duì)照，推測(cè)主要由于苗期根際促生菌的促生作用及其有效的根際定殖。有研究表明，移栽后作物產(chǎn)量的提高與苗期相應(yīng)作物生長(zhǎng)量有一定的關(guān)系，一般而言苗期作物生長(zhǎng)量與移栽后作物產(chǎn)量成正比［21-23］。另外，不同植物能夠通過(guò)根系分泌大量物質(zhì)吸引功能微生物的定殖及發(fā)揮促生作用［24］，因此，推測(cè)苗期功能菌的定殖，同樣是促進(jìn)田間作物產(chǎn)量的重要原因之一。

綜上所述，本研究對(duì)根際促生菌在穴盤育苗中的促生作用進(jìn)行了初步探討，預(yù)計(jì)研究結(jié)果能夠?yàn)楹琍GPR蔬菜育苗基質(zhì)的開(kāi)發(fā)提供理論支撐，同時(shí)為PGPR產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供新思路。

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Development of Biological Matrix Produced by PGPR Strain LZ-8 and Analysis for Its Growth Promoting Effect

WEN Chunyan1，2， GAO Qi1， ZHANG Yang1， LI Rong1，2*， SHEN Qirong1
（1 National Engineering Research Center for Organic-based Fertilizers， Ministry of Agriculture， Jiangsu Key Laboratory of Solid Organic Waste Utilization， Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization， Nanjing Agricultural University， Nanjing210095， China； 2 Huaian Academy of Nanjing Agricultural University， Huaian， Jiangsu223005）

Abstract：Combining plant growth promoting rhizobacteria （PGPR） with common seedling substrate to create biological matrix could enhance the root colonization ability of the strain and subsequently improve the promoting ability of the PGPR strain for plant growth. In this study， effects of novel biological matrix produced by PGPR strain Bacillus pumilus LZ-8 on the nursery growth and field yield of two economic crops， pepper and tomato， were investigated. Results showed that application of novel biological matrix significantly increased the plant height， stem diameter， leaf area， and the fresh and dry weights by 22%， 15.9%，33.6%， 21.84% and 31.25%， respectively， for pepper， and by 226.8%， 29.4%， 62%， 72.7% and 83.3%， respectively， for tomato，compared to the control with common seedling substrate. After being transported to the field， the treatment with seedlings grown in the biological matrix showed significant increases in the yields of pepper and tomato by 23% and 11%， compared to the control with seedlings grown in the common seedling substrate.

Key words：PGPR strain； Biological matrix； Growth promoting effect； Pepper； Tomato

中圖分類號(hào)：S144

DOI：10.13758/j.cnki.tr.2016.02.031

基金項(xiàng)目：①國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2013AA102802）、淮安市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（SN201301）、國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201410307089）、南京市科技計(jì)劃項(xiàng)目（201505041）、蘇北專項(xiàng)（BN2015082）、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)SRT項(xiàng)目（1413C10）和江蘇省“青藍(lán)工程”項(xiàng)目資助。

* 通訊作者（lirong@njau.edu.cn）

作者簡(jiǎn)介：文春燕（1995—），女，江西贛州人，本科，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)（類）肥料研發(fā)。E-mail： 1078158827@qq.com