鹽堿地塔賓曲霉菌的解磷能力及其對小麥生長的影響

李學(xué)平, 謝文軍, 范延輝

(1.濱州學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 山東 濱州 256600; 2.濱州學(xué)院 生物工程學(xué)院系, 山東 濱州 256600)

鹽堿地塔賓曲霉菌的解磷能力及其對小麥生長的影響

李學(xué)平1, 謝文軍2, 范延輝2

(1.濱州學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 山東 濱州 256600; 2.濱州學(xué)院 生物工程學(xué)院系, 山東 濱州 256600)

[目的] 研發(fā)新型解磷生物菌肥，提高黃河三角洲鹽堿障礙耕地作物產(chǎn)量。[方法] 采用無機(jī)磷液體培養(yǎng)基培養(yǎng)的方法，從黃河三角洲鹽堿化菜園根際土壤篩選得到一株解磷真菌CT1，即塔濱曲霉菌(Aspergillustubingensis)，對其解磷能力進(jìn)行了深入研究。[結(jié)果] 解磷菌CT1的解磷能力隨發(fā)酵液鹽濃度升高降低，當(dāng)發(fā)酵液鹽濃度在0.03%～6%時(shí)，發(fā)酵液中有效磷濃度可維持在523.5～338.5 mg/L，且解磷菌的溶磷量與發(fā)酵液pH之間存在明顯的負(fù)相關(guān)。解磷菌CT1在葡萄糖作為碳源的培養(yǎng)基上生長狀況最好，在(NH4)2SO4作為氮源的培養(yǎng)基上生長狀況最好。接入解磷菌15 d的小麥與未接菌的小麥相比，莖長增加了16.24%，莖鮮重增加了12.35%，根長增加了21.6%。[結(jié)論] 解磷菌CT1對鹽堿地小麥幼苗生長有一定的促進(jìn)作用，可作為提高鹽堿地作物產(chǎn)量的新型解磷生物菌肥利用。

塔賓曲霉菌; 解磷能力; 耐鹽解磷菌

文獻(xiàn)參數(shù)： 李學(xué)平，謝文軍，范延輝.鹽堿地塔賓曲霉菌的解磷能力及其對小麥生長的影響[J].水土保持通報(bào)，2017,37(1)：093-096.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.017； Li Xueping, Xie Wenjun, Fan Yanhui. Phosphate-solubilizing ability ofAspergillustubingensisand its effects on growth of wheat in seedling stage[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：093-096.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.017

鹽堿地的作物產(chǎn)量普遍偏低，為了提高產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通常采用施入大量磷肥的方法，而磷肥施入土壤后，大部分與土壤中的Ca2+,Fe3+,Al3+等離子結(jié)合固化形成難溶性磷酸鹽，因此可提供給植物生長發(fā)育的有效磷一般都很低，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染[1]。土壤解磷微生物可以將土壤中的難溶性磷轉(zhuǎn)化為植物能夠吸收利用的可溶性磷，不但能夠促進(jìn)植物對各種營養(yǎng)元素的吸收，提高植物對磷的利用率，而且可以改善土壤結(jié)構(gòu)、提高有機(jī)質(zhì)含量，從而可以改良鹽堿條件[2]。中國各類鹽堿化土壤總面積多達(dá)9.91×107hm2[3]，農(nóng)業(yè)效益相對較低。因此，篩選耐鹽堿土壤微生物對提高鹽堿障礙耕地磷的利用率、培育和充分發(fā)揮土壤生態(tài)肥力、作物產(chǎn)量和保持農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的平衡等均有非常重要的意義。

但是，解磷真菌報(bào)道的相對較少，主要局限于青霉(Penicilliumsp.)、曲霉(Spergillussp.)、小絲核菌(Sclerotiumsp.)等幾個(gè)屬[4-5]。真菌的解磷能力是細(xì)菌的10倍多[6]，且可以始終保持其解磷能力，而細(xì)菌則容易失去解磷活性[7-11]。但在真菌研究方面，目前關(guān)于塔濱曲霉菌的選育及其應(yīng)用鮮見報(bào)道?；诖?，筆者對黃河三角洲鹽堿化土壤中的解磷微生物進(jìn)行了研究，篩選獲得了1株高效耐鹽解磷真菌，經(jīng)鑒定為塔賓曲霉菌，本文擬對該菌解磷能力進(jìn)行深入研究，為塔賓曲霉菌在鹽堿地農(nóng)田的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 不同鹽濃度對解磷菌解磷能力的影響

試驗(yàn)菌株為從黃河三角洲鹽堿地菜園根際(0—20 cm耕層)篩選的解磷菌塔賓曲霉菌(Aspergillustubingensis)，命名為CT1，采用無機(jī)磷液體培養(yǎng)基，NaCl的加入量分別為0.03，2，4，6，8，10 g/L，其他成分和用量保持不變，將解磷菌活化后制成孢子懸濁液，按照1%的接種量接入無機(jī)磷液體培養(yǎng)基中，每個(gè)鹽濃度做3個(gè)平行，空白組不接菌，于振蕩器28℃培養(yǎng)5 d。

1.2 生物學(xué)測定

試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)法，以査氏培養(yǎng)基為基礎(chǔ)培養(yǎng)基。

(1) 不同碳源對解磷菌的影響。分別以葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖作為碳源，其他藥品及用量保持不變，采用接種針接種于每個(gè)培養(yǎng)皿中心，直徑約為0.5 mm，置于30 ℃光照恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d，每種碳源做3個(gè)平行試驗(yàn)。每天觀察不同平板上真菌菌落生長情況，并用十字交叉法測量菌落直徑大小。

(2) 不同氮源對解磷菌的影響。分別以NaNO3，KNO3，尿素〔CO(NH2)2〕、(NH4)2SO4作為氮源，其他藥品及用量保持不變，其它方法同(1)。

1.3 解磷菌對小麥生長的影響

取濱城區(qū)菜地土壤為盆栽用土，以土壤中接入解磷菌和未接入解磷菌(該處理作為對照)作為對比進(jìn)行試驗(yàn)。將活化好的菌株配制成孢子懸濁液，并保證菌懸液濃度達(dá)106cfu/ml。將小麥種子預(yù)先用水浸泡8 h，使種子充分吸水，然后用潮紗布包好靜置一晚。每個(gè)花盆(規(guī)格500×210×150 mm)中裝入100顆預(yù)處理后的小麥種子，澆1 000 ml(接種菌的花盆澆水800 ml和菌懸液200 ml)；之后整個(gè)試驗(yàn)過程中，不再施加任何肥料。兩種處理方式各做3組平行，分別在培養(yǎng)的第5，10，15，20 d進(jìn)行各指標(biāo)的測定。

1.3.1 植株生物量的測定 按預(yù)定時(shí)間，從兩種處理方法的土壤中隨機(jī)取5株小麥，將整株植株從土壤中取出，先泥沙沖洗干凈，再濾紙吸干水分，用直尺測量其根長、莖長；將根和莖分離，用電子天平稱量分別其重量，最后取5株小麥的平均值。

1.3.2 土壤總磷、有效磷的測定 土壤總磷采用HClO4-H2SO4法測定，土壤有效磷采用NaHCO3浸提法[13]，分別測量原土壤、種植小麥未接種菌的土壤、種植小麥接種菌的土壤的總磷的有效磷含量，比較其變化，土壤類型為鹽化潮土。

表1 土壤基本化學(xué)性質(zhì)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽濃度對解磷菌解磷能力的影響

鹽濃度對解磷菌解磷能力的影響主要表現(xiàn)為滲透壓對菌株生長代謝的影響[1]。解磷菌CT1在鹽濃度在0.03%時(shí)解磷能力最強(qiáng)(圖1)，可達(dá)523.5 mg/L。在0.03%～6%解磷菌CT1的解磷能力隨發(fā)酵液鹽濃度升高降低，但下降不太大，發(fā)酵液中有效磷濃度可以維持在523.5～338.5 mg/L。

當(dāng)發(fā)酵液中鹽濃度為8%時(shí)，解磷菌CT1的解磷能力大幅下降。當(dāng)發(fā)酵液中鹽濃度為10%時(shí)，溶液中有效磷含量僅為16.5 mg/L。隨發(fā)酵液鹽濃度的升高，解磷菌CT1的解磷能力下降，發(fā)酵液可溶性磷含量下降，溶液pH值下降幅度也減??；當(dāng)發(fā)酵液鹽濃度在0.03%～6%時(shí)發(fā)酵液pH值維持在4左右，當(dāng)鹽濃度為8%～10%時(shí)，發(fā)酵液pH值在5左右，這和解磷量有明顯的相關(guān)性，但沒有呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。

目前對解磷菌解無機(jī)磷機(jī)理的研究側(cè)重于“酸解機(jī)理”，即隨著解磷菌產(chǎn)酸的增加，溶磷能力逐漸增強(qiáng)，本研究的結(jié)論與“酸解機(jī)理”相一致。

圖1 不同鹽濃度下解磷菌的解磷能力及發(fā)酵液pH值

2.2 解磷微生物的生物學(xué)特性研究

2.2.1 不同碳源對解磷菌的影響 解磷真菌CT1在4種碳源(葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖)下均能正常生長(圖2)，但在不同碳源培養(yǎng)基上的生長狀況不同。從整個(gè)生長過程來看，在葡萄糖、蔗糖、麥芽糖作為碳源的培養(yǎng)基上的生長狀況良好且差距很小，其中在葡萄糖作為碳源的培養(yǎng)基上生長狀況最好，在乳糖作為碳源的培養(yǎng)基上的生長狀況最差。不同碳源對菌絲體及菌落形態(tài)也有影響。在葡萄糖、蔗糖、麥芽糖作為碳源的培養(yǎng)基上，菌絲體較為粗壯，菌落濃密；麥芽糖作為碳源的培養(yǎng)基上外圍白色菌絲區(qū)所占比例較大；在乳糖作為碳源的培養(yǎng)基上的菌絲比較稀疏，且外圍白色菌絲區(qū)較大。

圖2 不同碳源對解磷菌的影響

2.2.2 不同氮源對解磷菌的影響 解磷真菌CT1在4種氮源(NaNO3，KNO3，尿素、(NH4)2SO4)下均能正常生長(圖3)，但在不同氮源培養(yǎng)基上的生長狀況不同。從整個(gè)生長過程來看，在NaNO3，KNO3，(NH4)2SO4作為氮源的培養(yǎng)基上的生長狀況良好且差距很小，其中在(NH4)2SO4作為氮源的培養(yǎng)基上生長狀況最好，在尿素作為氮源的培養(yǎng)基上的生長狀況最差。不同氮源對菌絲體及菌落形態(tài)也有影響。在NaNO3，KNO3，(NH4)2SO4為氮源的培養(yǎng)基上，菌絲體較為粗壯，菌落濃密；在尿素作為氮源的培養(yǎng)基上的菌絲比較稀疏。

圖3 不同氮源對解磷菌的影響

2.3 解磷微生物對小麥苗期生長的影響

2.3.1 土壤的磷含量特點(diǎn) 接種解磷菌提高了鹽堿土壤中有效磷的含量(表2)。土壤中的磷大多以不溶性的無機(jī)或有機(jī)磷的形式存在，所取土壤中有效磷源僅占土壤全磷含量的4.08%，但是20 d后處理小麥+CT1有效磷含量占土壤全磷含量的5.15%，說明該解磷菌溶解了土壤中固化的磷。試驗(yàn)組接種解磷菌的土壤和未接種解磷菌的土壤中的有效磷含量都有所增加，其中接種解磷菌的土壤的有效磷含量比未接種解磷菌的土壤中的有效磷含量高0.37%，雖然小麥生長時(shí)間較短，但是解磷菌仍表現(xiàn)出一定的解磷效果。

表2 土壤磷含量變化

2.3.2 解磷菌CT1對小麥苗期生長的影響 接種解磷菌后促進(jìn)了小麥苗期的生長(圖4)。在小麥生長的第5，10，15和20 d分別測定了小麥的根長、莖長和生物量。由圖4可以看出，在小麥生長的前5 d，接菌CT1的小麥莖長、莖重與未接菌的小麥相比沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，可能是一方面由于小麥根系剛開始生長，并沒有和土壤大量接觸，另一方面解磷菌處于適應(yīng)期。但是，之后解磷菌逐漸表現(xiàn)出明顯的解磷效果，在小麥生長到20 d時(shí)，與未接菌的小麥相比，接種解磷菌的小麥莖長增加了5.45%，莖鮮重增加了5.5%；尤其在小麥生長到15 d時(shí)差距最大，分別為莖長增加了16.24%，莖鮮重增加了12.35%。接菌CT1的小麥根長與未接菌的小麥相比一開始就表現(xiàn)出了優(yōu)勢，在小麥生長到20 d時(shí)，與未接菌的小麥相比，根長增加了15.65%；且這種優(yōu)勢在第15 d時(shí)最大為21.6%。說明該解磷菌有較好的增產(chǎn)效果。

圖4 CT1對小麥生長的促進(jìn)作用

3 結(jié) 論

鹽濃度在0.03%～6%時(shí)，解磷菌CT1的解磷能力隨發(fā)酵液鹽濃度升高降低，發(fā)酵液中有效磷濃度可維持在523.5～338.5 mg/L。當(dāng)發(fā)酵液中鹽濃度為8%～10%時(shí)，發(fā)酵液pH值下降至5%左右，本研究的結(jié)論與“酸解機(jī)理”相一致。

CT1在葡萄糖作為碳源的培養(yǎng)基上生長狀況最好，在乳糖作為碳源的培養(yǎng)基上的生長狀況最差。其中在(NH4)2SO4作為氮源的培養(yǎng)基上生長狀況最好；在尿素作為氮源的培養(yǎng)基上的生長狀況最差。

在介入解磷菌20 d后，與未接菌的小麥相比，莖長增加了5.45%，莖鮮重增加了5.5%，根長增加了15.65%。尤其在小麥生長到15 d時(shí)接種菌與為接菌的小麥差距最大，分別為莖長增加了16.24%，莖鮮重增加了12.35%，根長增加了21.6%。

[1] 劉文干.三株紅壤高效溶磷菌的分離、鑒定、溶磷特性及其對花生促生效應(yīng)的研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[2] 王莉晶.高效解磷菌的篩選及其對小麥生長的影響[D].遼寧大連:大連理工大學(xué),2008.

[3] 賀夢醒,高毅,胡正雪,等.解磷菌株B25的篩選、鑒定及其解磷能力[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(1):235-239.

[4] 龔明波.溶磷微生物分離、應(yīng)用及其相關(guān)基因的克隆與功能鑒定[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2011.

[5] Kucey R. Phosphate solubilizing bacteria and fungi in various cultivated and virgin Alberta soils[J]. Canadian Journal of Soil Science, 1983,63(4):671-678.

[6] 劉文干,曹慧,樊建波,等.一株紅壤花生根際溶磷真菌的分離、鑒定及溶磷能力的研究[J].土壤學(xué)報(bào),2012,49(5):988-995.

[7] 艾力·吐熱克.草酸青霉菌(P-O-41)的解磷與誘導(dǎo)抗性的研究[D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

[8] 段秀梅,高曉蓉,呂軍,等.兩株土壤分離菌的解磷能力及對玉米的促生作用[J].中國土壤與肥料,2010,6(2):79-85.

[9] 朱培淼,楊興明,徐陽春,等.高效解磷細(xì)菌的篩選及其對玉米苗期生長的促進(jìn)作用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18(1):107-112.

[10] Babana A H, Antoun H. Biological system for improving the availability of Tilemsi phosphate rock for wheat(TriticumaestivumL.) cultivated in Mali[J]. Nutrient Cycling in Agroeco-systems, 2005,72(2):147-157.

[11] Hameeda B, Srijana M, Rupela O P. Effect of bacteria isolated from composts and macrofauna on sorghum growth and mycorrhizal colonization[J]. World Journal of Microbiology Biotechnology, 2007,23:883-887.

[12] 劉長霞,譚天偉,翟洪杰.鹽堿條件對真菌解磷能力的影響[J].微生物學(xué)通報(bào)，2002,30(5):69-72.

[13] 鮑士旦,土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1999.

Phosphate-solubilizing Ability ofAspergillusTubingensisand Its Effects on Growth of Wheat in Seedling Stage

LI Xueping1, XIE Wenjun2, FAN Yanhui2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,BinzhouUniversity,Binzhou,Shandong256600,China; 2.CollegeofBioengineering,BinzhouUniversity,Binzhou,Shandong256600,China)

[Objective] The objective of the study is to research a new biological phosphorus fertilizer in order to improve crop yield in alkaline soil in the Yellow River Delta. [Methods] The cultivating method used in this study was inorganic phosphorus liquid culture medium. FungiAspergillustubingensis(CT1) was screened from the rhizosphere soil in the garden of Yellow River delta. We researched the phosphate-solubilizing ability of fungi. [Results] The phosphate-solubilizing ability of fungi CT1was reduced with the increasing of fermented liquid salt concentration. When the concentration of NaCl was between 0.03% and 6%, the concentration of available phosphorus was maintained between 523.5 and 338.5 mg/L. There was an obvious correlation between the available phosphorus concentration and fermented liquid pH vale. CT1could grow normally under four different kinds of carbon sources, and the glucose was the best culture medium. CT1could grow normally under four different kinds of nitrogen source, and (NH4)2SO4was the best medium. Compared with uninoculated wheat, fungi CT1inoculated wheat, after 15 days of wheat cultivation, the length of the stem increased by 16.24%, the fresh weight of the stem increased by 12.35%, and the root length increased by 21.6%. [Conclusion] Phosphate solubilizing bacteria CT1could promote crop yield of saline-alkali soil, and can be used as a new phosphate-solubilizing fertilizer.

Aspergillustubingensis; phosphate-solubilizing ability; saline-alkali fungus strain

2016-05-27

2016-09-01

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“一種新型鹽堿地解磷生物菌肥的研發(fā)與應(yīng)用研究” (2015GNC111018); 山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015GNC111006); 濱州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013ZC1002)

李學(xué)平(1978—),女(漢族),山東省臨沂市人,博士,副教授,主要從事陸地環(huán)境微生物研究。E-mail:lixueping2008@163.com。

A

1000-288X(2017)01-0093-04

S182