巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌混合對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)及土壤微生物含量的影響

邢嘉韻，蘭時(shí)樂(lè)，李姣，王惠群

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌混合對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)及土壤微生物含量的影響

邢嘉韻，蘭時(shí)樂(lè)，李姣，王惠群*

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

采用隨機(jī)區(qū)組盆栽試驗(yàn)，以蒸餾水處理為對(duì)照，研究 33.33%(T1)、16.67%(T2)、8.33%(T3)的巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌混合菌劑對(duì)‘費(fèi)烏瑞它’馬鈴薯生長(zhǎng)生理及其根際土壤微生物含量的影響。結(jié)果表明，T1、T2和T3都能提高‘費(fèi)烏瑞它’馬鈴薯塊莖形成期和塊莖膨大期葉片的凈光合速率和超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶活性，也能提高收獲期的塊莖產(chǎn)量和水分利用率，根際土壤的細(xì)菌、真菌和放線菌含量增加，其中，T2處理的效果最明顯，塊莖形成期和塊莖膨大期的凈光合速率分別為7.17、6.40 μmol/(m2· s)，與CK相比，T2處理的每盆塊莖干重提高18.6 g，水分利用率提高1.64 g/kg，土壤菌落總數(shù)提高6 877.17 CFU/g。

巨大芽孢桿菌；枯草芽孢桿菌； ‘費(fèi)烏瑞它’馬鈴薯；生長(zhǎng)生理；土壤微生物

混合菌劑是應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一種新型微生物材料，經(jīng)過(guò)特殊工藝制成，含有豐富的活菌[1]，能培肥土壤，提高肥料利用率[2-4]。混合菌劑不僅能改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤酶的活性，而且能有效降低農(nóng)產(chǎn)品的硝酸鹽含量[5-8]?；旌暇鷦┑氖┯糜欣谏鷳B(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展[9]。當(dāng)土壤微生物菌劑作用于作物根部時(shí)，能夠在作物根際或根內(nèi)定殖，并起到化感效應(yīng)[10]。目前，微生物菌劑在培肥地力、提高肥料利用率和抑制農(nóng)作物對(duì)硝態(tài)氮的吸收等方面應(yīng)用較多。

細(xì)胞分裂素生產(chǎn)菌菌劑是微生物混合菌劑的一種，含有較為活躍的微生物菌群、活性酶和有機(jī)物質(zhì)等，能提高土壤根際微生物生物量。細(xì)胞分裂素生產(chǎn)菌的菌劑效應(yīng)主要是其生命活動(dòng)產(chǎn)生細(xì)胞分裂素。所產(chǎn)生的細(xì)胞分裂素促進(jìn)植株的生長(zhǎng)和光合作用，從而提高作物產(chǎn)量。微生物菌劑對(duì)實(shí)現(xiàn)肥料科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化具有積極的推進(jìn)作用[11-12]。筆者研究細(xì)胞分裂素生產(chǎn)菌群中的巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌混合菌劑對(duì)馬鈴薯光合參數(shù)、抗氧化酶活性和土壤微生物數(shù)量的影響，旨在為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)生物肥料提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯品種為‘費(fèi)烏瑞它’(Favorita)。種薯由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植保系東南亞薯類(lèi)作物研究與控制中心提供?；旌暇鷦┯删薮笱挎邨U菌(Bacillus megaterium，BM)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis，BS)組成，菌種由中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心提供。

1.2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)與水分控制

土壤盆栽試驗(yàn)用圓柱形塑料花盆(直徑、高度分別為40、35 cm，花盆質(zhì)量0.65 kg)完成。每盆裝13 kg風(fēng)干的稻田土，施入3 kg底肥(2.95 kg有機(jī)肥和0.05 kg三元復(fù)合肥混勻)。供試土壤pH為 6.52，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量分別為48.2、1.95、1.34 g/kg，堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為189.5、68.2、485.4 mg/kg，含水量9.59%，飽和含水量64.59%(飽和含水量=土壤持水量/土壤干重)。2015年1月20日在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)網(wǎng)室遮雨棚中進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。每盆植入3顆已萌芽且僅留1個(gè)頂芽的馬鈴薯種薯。每盆均勻緩慢地噴入6.15 kg蒸餾水，使土壤含水量達(dá)到土壤飽和含水量的80%。馬鈴薯出苗后僅留1個(gè)頂芽。3月2日每盆定量噴入2 kg蒸餾水。3月 20日，選取生長(zhǎng)一致的馬鈴薯，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。巨大芽孢桿菌菌劑原液濃度為 1.92×108CFU/mL，枯草芽孢桿菌菌劑原液濃度為 1.51×109CFU/mL，按照表1設(shè)置處理，每處理6盆，共24盆。平均每盆的植株和土壤質(zhì)量共為19.62 kg。先每盆定量噴入2 kg蒸餾水。每盆的混合菌液用量為200 mL。菌液均勻地施在3株馬鈴薯植株的根基部。從3月20日至4月17日每天16：00觀察每盆馬鈴薯的生長(zhǎng)情況、稱重和測(cè)定其土壤含水量。在3月31日和4月17日取樣測(cè)定生理指標(biāo)。4月20日發(fā)現(xiàn)對(duì)照植株有輕微的暫時(shí)萎蔫現(xiàn)象，每盆再噴蒸餾水3 kg。在生育期內(nèi)每盆總施入用水量為13.15 kg。5月22日收獲塊莖和根際土壤，測(cè)定塊莖的鮮物質(zhì)質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量。

表1 各處理混合菌劑的濃度Table 1 Concentration of mixed bacteria agent at different treatments

1.3 考查項(xiàng)目與方法

1.3.1 微生物的培養(yǎng)和測(cè)定

將混合菌劑中的巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基分別培養(yǎng)為菌劑，培養(yǎng)基pH為7.4～7.6，培養(yǎng)溫度為37 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為1 d。用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基(pH 為 7.4～7.6)培養(yǎng)土壤中細(xì)菌，培養(yǎng)溫度為37 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為1 d。用高氏一號(hào)培養(yǎng)基(pH為7.2～7.4)培養(yǎng)土壤中的放線菌，培養(yǎng)溫度為25～30 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為7 d。用查氏培養(yǎng)基(自然pH)培養(yǎng)土壤中的真菌，培養(yǎng)溫度為25～30℃，培養(yǎng)時(shí)間為 3 d。細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量采用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定。

1.3.2 凈光合速率的測(cè)定

[13]中的方法測(cè)定凈光合速率。選用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合作用系統(tǒng)測(cè)定馬鈴薯塊莖形成期及膨大期的凈光合速率。測(cè)定條件：開(kāi)放式氣路；內(nèi)置紅藍(lán) LED光源的光合有效輻射(PAR)為 1 000 μmol/(m2·s)。3 月 31日和 4月 17日10：00—12：00，選取每個(gè)處理長(zhǎng)勢(shì)一致的植株的主莖頂端第一完全展開(kāi)葉進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 抗氧化物酶活性的測(cè)定

采用試劑盒測(cè)定法測(cè)定塊莖形成期及塊莖膨大期主莖頂端第一完全展開(kāi)葉的超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性。

1.3.4 水分利用率的測(cè)定

依照文獻(xiàn)[14]的方法測(cè)定產(chǎn)量水平上的水分利用率。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

用 Microsoft Excel 2007和SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯主要生長(zhǎng)期土壤的含水量

由圖1可知，在馬鈴薯主要生長(zhǎng)期內(nèi)(塊莖形成期和塊莖膨大期)，各處理土壤含水量均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，4種土壤含水量變化均呈現(xiàn)相似規(guī)律；T1、T2和T3處理的土壤含水量均高于CK的，其中T3處理的土壤含水量最高。

圖1 各處理不同處理時(shí)間的土壤含水量Fig.1 Change of soil water content with time at different treatments

2.2 葉片凈光合速率

由表2可知，塊莖形成期T2處理的葉片凈光合速率最大，為 25.77 μmol/(m2·s)，CK 處理的為18.60 μmol/(m2·s)。T1、T2、T3 的凈光合速率均顯著高于CK的(P＜0.05)。在塊莖膨大期，T2處理的葉片凈光合速率最大，為 24.77 μmol/(m2·s)，CK 處理為 18.37 μmol/(m2·s)，T1、T2、T3 處理的葉片凈光合速率均顯著高于CK的。

表2 各處理馬鈴薯葉片的凈光合速率Table 2 Leaf net photosynthetic rate at different treatments

2.3 葉片抗氧化酶活性

由表3可見(jiàn)，3個(gè)處理塊莖形成期和塊莖膨大期的超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性變化具有相似規(guī)律，均高于CK。SOD、POD和CAT活性的最大值均出現(xiàn)在T2。T1、T2和T3 的SOD、POD和CAT活性都與CK具有顯著性差異，各處理的SOD、POD和CAT活性從大到小依次均為T(mén)2、T3和T1。

表3 各處理葉片的抗氧化酶活性Table 3 Activities of leaf antioxidase at different treatments μmol/g

2.4 塊莖產(chǎn)量和水分利用率

由表 4可見(jiàn)，T2處理的塊莖干質(zhì)量最大，為95.00 g，比CK高21.60 g；T1、T2和T3的塊莖質(zhì)量均高于 CK的，其中，T1、T2、T3的塊莖干質(zhì)量和水分利用率均顯著高于CK的；T2和T3的均顯著高于T1的，水分利用率由大到小依次為T(mén)2、T3和T1。這是因?yàn)榛旌暇鷦┩ㄟ^(guò)促進(jìn)馬鈴薯根系的生長(zhǎng)發(fā)育和增強(qiáng)其根系合成細(xì)胞分裂素的能力，從而增強(qiáng)其根系吸收水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)等的活力。

表4 各處理每1盆的塊莖產(chǎn)量和水分利用率Table 4 Tuber yie ld an d water use e fficiency of per pot a t different treatments

2.5 土壤微生物含量

由表5可見(jiàn)，T2處理的土壤細(xì)菌菌落數(shù)最大，為6 370.00 CFU/g，比CK高5743.02 CFU/g；T1、T2、T3的細(xì)菌菌落數(shù)均顯著高于CK的。T2土壤細(xì)菌菌落數(shù)顯著小于T1的，T3顯著大于CK的。

表5 每1 g干土的微生物含量Table 5 Microbial content in one gram of dry soil

T2的真菌菌落數(shù)最大，為 603.03 CFU/g，比CK多311.65 CFU/g。真菌菌落數(shù)由多到少依次為T(mén)2、T3 和 T1。

T1的放線菌菌落數(shù)最大，為988.40 CFU/g，比CK多900.90 CFU/g。放線菌菌落數(shù)由多到少依次為T(mén)1、T2和T3。

3 結(jié)論與討論

土壤礦物與微生物及生物分子間的相互作用，是當(dāng)今土壤學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。土壤微生物通過(guò)分泌各種蛋白質(zhì)，與黏土礦物形成黏土-蛋白質(zhì)復(fù)合體?；旌暇鷦┑闹饕煞譃榫薮笱挎邨U菌和枯草芽孢桿菌。巨大芽孢桿菌具有很好的降解土壤中有機(jī)磷的功效，是生產(chǎn)生物菌劑的常用菌種[15]?？莶菅挎邨U菌的胞外披膜或細(xì)胞壁使土壤金屬陽(yáng)離子吸附于枯草芽孢桿菌表面基團(tuán)的可能性增加，吸附量隨細(xì)菌濃度的增大而增加[16]。土壤微生物是土壤中最具活力的組分, 主要由土壤細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類(lèi)和各種微小的原生動(dòng)物組成, 其中以細(xì)菌的數(shù)量最多。本研究結(jié)果顯示，施用混合菌劑可顯著改變土壤細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量，并且對(duì)不同微生物種群的影響不同，與對(duì)照相比較，施用混合菌劑后細(xì)菌數(shù)目增加的幅度較大，放線菌和真菌的數(shù)目也有增加。這說(shuō)明施用混合菌劑增加了土壤微生物的數(shù)量，從而改善了土壤的微環(huán)境。

細(xì)胞分裂素類(lèi)物質(zhì)是一類(lèi)廣泛應(yīng)用于果樹(shù)和蔬菜的植物生長(zhǎng)物質(zhì)，其主要作用是促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)大，提高坐果率，延緩葉片衰老[17]。本試驗(yàn)中在馬鈴薯根際土壤施入混合菌劑后，巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌在馬鈴薯根際產(chǎn)生的細(xì)胞分裂素促進(jìn)根系細(xì)胞生長(zhǎng)，增強(qiáng)根系的呼吸作用，進(jìn)而增強(qiáng)根系吸收水分、礦質(zhì)元素和生物合成細(xì)胞分裂素的能力，同時(shí)通過(guò)提高馬鈴薯葉片生殖生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的凈光合速率來(lái)提高馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量。在馬鈴薯塊莖形成期和膨大期，塊莖的凈光合速率隨混合菌劑施用量的增加而增加。

在自然衰老和水分脅迫等逆境條件下，植物體內(nèi)抗氧化酶活性下降，從而導(dǎo)致其抗氧化能力降低[18]。馬鈴薯屬于淺根系旱生作物，因而水分脅迫對(duì)塊莖產(chǎn)量的影響較大。在適度水分虧缺條件下，混合菌劑可以提高馬鈴薯葉片抗氧化酶的活性。在塊莖形成期和膨大期，馬鈴薯葉片超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶的活性均隨著混合菌劑的施用而提高。

本研究結(jié)果表明：混合菌劑增加土壤微生物含量，各處理微生物含量從大到小依次為T(mén)2、T3和T1。T2的土壤微生物總量最大，是CK的7倍。土壤微生物含量的增加能有效改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有利于干旱條件下土壤水分保持?；旌暇鷦┠芴岣唏R鈴薯凈光合速率和塊莖產(chǎn)量。各處理凈光合速率和塊莖產(chǎn)量的最大值均出現(xiàn)在T2，塊莖形成期和塊莖膨大期T2的凈光合速率分別比CK的高38.5%和34.8%，每盆塊莖的干質(zhì)量比CK的高29.4%。混合菌劑能提高馬鈴薯葉片的抗氧化酶活性和水分利用率。各處理的3種抗氧化酶活性均顯著高于對(duì)照的。T2的水分利用率最大，比CK的高29.4%。

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責(zé)任編輯：王賽群

英文編輯：王 庫(kù)

Effects of Bacillus megaterium and Bacillus subtilis on growth physiology of Solanum tuberosum L. and microbial biomass in rhizosphere soil

XING Jiayun, LAN Shile, LI Jiao, WANG Huiqun*
(College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

In order to research the effects of different concentration of Bacillus megaterium and Bacillus subtilis on physiological characteristics and microbial biomass in rhizosphere soil of potato, random blocks designed pot experiments were conducted by adopted favorita, a kind of potato, as testing material. Experiments respectively treated with 33.33% (T1), 16.67% (T2) and 8.33% (T3) of bacteria agent, and control group (CK, distilled water) were designed.The results showed that treatment of T1, T2 and T3 could improve leaf net photosynthetic rate, activity of superoxide dismutase, peroxidase and catalase in tuber formation stage and tuber expansion stage, as well as in improving tuber yield,water use efficiency, bacteria biomass, fungi and actinomycetes in rhizosphere at harvest stage. The net photosynthesis rate in treatment of T2 were 7.17 μmol/(m2·s) and 6.40 μmol/(m2·s) in tuber formation stage and tuber expansion stage,respectively, higher than that of CK. The tuber dry weight, the water use efficiency and the microbial biomass in rhizosphere soil of T2 was 18.6 g/pot, 1.64 g/kg and 6 877.17 CFU/g, respectively, all higher than that of CK.

Bacillus megaterium; Bacillus subtilis; ‘favorita’ Solanum tuberosum L.; growth physiology; soil microbe

Q946.84+1

A

1007-1032(2017)04-0377-05

2016-05-17

2017-06-06

湖南省教育廳項(xiàng)目(14K044)

邢嘉韻(1991—)，女，湖南長(zhǎng)沙人，碩士研究生，主要從事植物生理生化研究，serfui@126.com；*通信作者，王惠群，博士，教授，主要從事植物生理生化研究，wanghuiqun751@163.com