根際芽孢桿菌對水稻根系的促生效應(yīng)

徐偉慧，劉澤平，符春敏，王志剛

(齊齊哈爾大學(xué) 生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

近年來，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)肥料的大量施用，造成有機(jī)肥使用率下降、土壤養(yǎng)分比例失調(diào)、土壤退化、農(nóng)作物品質(zhì)下降等一系列問題[1-2]。微生物肥料因其促進(jìn)作物生長、拮抗土傳病原菌、誘導(dǎo)植物抗性、綠色安全等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，逐漸成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的肥料來源[3-4]。植物根際蘊(yùn)藏著豐富的微生物資源，合理開發(fā)與利用根際微生物資源是生產(chǎn)微生物肥料的有效途徑之一。植物根際促生菌(Plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)是一種附生于植物根系或棲于根際土壤的有益菌，可促進(jìn)植物生長及營養(yǎng)元素的吸收和利用，對有害微生物有較強(qiáng)的拮抗作用，近年來逐漸成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[5]。目前研究的PGPR主要為熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)和芽孢桿菌屬(Bacillussp.)。芽孢桿菌作為一種重要的植物根際促生菌，具有菌體繁殖系數(shù)高、效果好、制劑貨架期長、成本低、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，是很好的生物肥料菌種之一[6]。目前，關(guān)于芽孢桿菌對作物的促生效應(yīng)報道較多。楊曉云等[7]證實(shí)，解淀粉芽孢桿菌B1619對番茄生長有顯著的促生效應(yīng)；萬兵兵等[8]發(fā)現(xiàn)，接種彎曲芽孢桿菌(Bacillusflexus)能顯著提高煙草根總長、根總表面積、根體積和根尖總數(shù)；底施枯草芽孢桿菌AMCC100001能促進(jìn)棉花生長、提高棉花產(chǎn)量、改善棉花品質(zhì)[9]。但目前研究多集中在某種芽孢桿菌對單一作物的促生效應(yīng)，有關(guān)不同芽孢桿菌及其復(fù)合菌劑對同一作物促生效應(yīng)的研究較少[10-11]。鑒于此，以齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室篩選的不同溶磷菌、解磷菌和解鉀菌為試材，篩選出促生效果好的菌株，并研究其單菌劑及復(fù)合菌劑對水稻根系的促生效應(yīng)，以期為微生物肥料的開發(fā)與利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自齊齊哈爾市嫩江邊，土壤養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)20.35 g/kg、堿解氮27.96 mg/kg、有效磷26.52 mg/kg、速效鉀79.00 mg/kg，土壤pH值6.49，EC值0.76 mS/cm。

供試水稻品種為龍粳31號，由佳木斯水稻研究所提供。供試菌株由齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室從水稻根際篩選獲得，菌株類型及編號見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

1.2.1 浸種試驗(yàn) 用0.1%升汞將水稻種子消毒5 min，無菌水清洗后用LB培養(yǎng)基培養(yǎng)，分別用9種供試菌株的菌懸液(OD600=0.5)浸種24 h，將水稻種子轉(zhuǎn)至事先濕熱滅菌且鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑為9 cm)中，每皿放20粒種子，以相同濃度的LB培養(yǎng)基浸種為對照(CK)，每個處理重復(fù)3次。在溫度25 ℃、相對濕度60%氣候箱中暗培養(yǎng)，種子萌發(fā)后，以18 h/6 h光暗周期進(jìn)行培養(yǎng)，試驗(yàn)期間每天向培養(yǎng)皿中加入5 mL無菌水，7 d后測量水稻種子胚根長、胚芽長、苗鮮質(zhì)量。

表1 供試菌株類型及編號

1.2.2 促生試驗(yàn) 水稻種子用0.1%升汞消毒5 min，無菌水清洗后30 ℃無菌催芽，待水稻胚根長至0.5 cm時分別播種到含滅菌土和非滅菌土的營養(yǎng)缽(10 cm×10 cm，裝有223 g土)中，每缽5株，分別澆灌3種單菌及其復(fù)合菌懸液30 mL(OD600=0.5)，處理方式見表2，非滅菌土壤以澆無菌LB培養(yǎng)液為對照，試驗(yàn)期間澆清水(CK1)；滅菌土壤以澆無菌LB培養(yǎng)液為對照，試驗(yàn)期間澆無菌水(CK2)；幼苗置于人工氣候箱中培養(yǎng)(30 ℃、光照12 h，18 ℃、黑暗12 h，相對濕度60%)，試驗(yàn)期間分別澆灌清水(非滅菌土壤)和無菌水(滅菌土壤)，每個處理重復(fù)10次。

表2 不同處理設(shè)置

注：K、R、J分別表示解鉀菌、溶磷菌、解磷菌。

1.3 指標(biāo)測定

用根系分析儀(Scan Maker i800 plus)掃描獲得根系圖像，根系分析軟件(Scan Wizard EZ)分析根系長度、根直徑、根體積、根表面積、根尖數(shù)等[12]，并采用稱質(zhì)量法測定根干質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及方差分析(ANOVA)，采用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菌懸液對水稻種子萌發(fā)的影響

從圖1可以看出，浸種試驗(yàn)中，與CK相比，LZP01、LZP02、LZP03、LZP06、LZP08、LZP09菌懸液處理的水稻胚根長分別顯著提高89.1%、161.2%、157.9%、110.5%、80.7%、99.3%；LZP01、LZP02、LZP03、LZP04、LZP06、LZP08菌懸液處理的水稻胚芽長分別顯著提高42.6%、48.4%、43.5%、22.4%、40.8%、23.3%；LZP01、LZP02、LZP03、LZP06菌懸液處理的水稻苗鮮質(zhì)量顯著提高，其他菌懸液處理無顯著差異。綜上，LZP02、LZP03、LZP06菌株處理的促生效果優(yōu)于其他菌株，故選擇此3個菌株進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。

不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)圖1 菌懸液對水稻種子萌發(fā)的影響

2.2 3種菌劑及其復(fù)合菌劑對水稻根系生長的影響

由表3可知，與CK1相比，J、K、K+R+J處理的水稻幼苗根長分別顯著提高17.8%、55.9%、30.0%；K處理的水稻根表面積和根尖數(shù)分別顯著提高 40.2%和78.3%；3種菌劑及其復(fù)合菌劑處理對水稻根體積無顯著影響，但顯著降低了水稻根平均直徑(K+R處理除外)；3種單菌及其復(fù)合菌劑處理均提高了水稻幼苗根干質(zhì)量，以K處理提高幅度最大，比對照提高65.3%。綜合分析，在未滅菌的土壤中，K處理對水稻的促生效果最佳。

表3 未滅菌土壤中3種菌劑及其復(fù)合菌劑對水稻幼苗根系的影響

注：同列不同字母代表不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

從表4可知，與CK2相比，(K+J)S、(K+R+J)S處理的水稻根長分別顯著增長188.0%、138.8%；RS、(K+J)S、(K+R+J)S處理的水稻根表面積和根體積顯著增加；(K+J)S、(K+R+J)S處理的水稻根平均直徑降低；JS、RS、(K+J)S、(K+R+J)S處理的水稻根尖數(shù)和根干質(zhì)量顯著提高，以(K+J)S、(K+R+J)S處理的水稻幼苗根干質(zhì)量提高幅度最大，分別顯著提高57.8%、69.2%。綜合分析，在滅菌土壤中，(K+J)S、(K+R+J)S處理對水稻有較好的促生效應(yīng)。

表4 滅菌土壤中3種菌劑及其復(fù)合菌劑對水稻幼苗根系的影響

3 結(jié)論與討論

PGPR具有固氮、溶鱗、解鉀、產(chǎn)ACC脫氨酶、產(chǎn)吲哚乙酸、赤霉素等功能特性，可以促進(jìn)植物生長，改善土壤生態(tài)環(huán)境[13-15]。本研究9種菌懸液的浸種萌發(fā)試驗(yàn)表明，菌株LZP02(解磷菌)、LZP03(溶磷菌)、LZP06(解鉀菌)對水稻胚芽長、胚根長和苗鮮質(zhì)量有顯著的促進(jìn)效應(yīng)，原因可能是與3種菌株分泌吲哚乙酸和赤霉素等有密切關(guān)系。根際促生菌能刺激側(cè)生根的萌動、伸長、發(fā)育，影響根系形態(tài)，促進(jìn)植物生長[16-18]，主要表現(xiàn)在根長、生物量、根表面積及根體積等形態(tài)變化上[11]。本研究中，在未滅菌土壤中，K處理顯著提高了水稻根長、根表面積、根尖數(shù)、根干質(zhì)量，降低了根系平均直徑；在滅菌土壤中，(K+J)S、(K+R+J)S處理對水稻有較好的促生效果。李想等[19]研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌LX4、地衣芽孢桿菌LX5、解淀粉芽孢桿菌LX7通過增加根長、根表面積、根體積、根直徑促進(jìn)了煙草的生長。Bacillussubtilisbeb-13bs作為根際促生菌可以提高西紅柿的產(chǎn)量和品質(zhì)[20]。本研究中，促生菌劑在滅菌土壤中對水稻根系的促生效果優(yōu)于非滅菌土壤，原因可能是在非滅菌土壤中促生菌劑與土壤中某些或某個菌種存在養(yǎng)分競爭或拮抗作用，導(dǎo)致促生菌的繁殖受到影響[21]。在滅菌土壤中，復(fù)合菌劑(K+J)和(K+R+J)對水稻表現(xiàn)出較好的促生效應(yīng)，可能與菌劑間的協(xié)同作用有關(guān)。芽孢桿菌是土壤微生態(tài)的優(yōu)勢種群之一，其容易在土壤中存活、定殖與繁殖[22]。菌劑浸種萌發(fā)試驗(yàn)表明，LZP02、LZP03、LZP06菌劑的促生效果優(yōu)于其他菌株。3種單菌懸液及其復(fù)合菌懸液處理水稻幼苗，在未滅菌的土壤中，解鉀菌(K，LZP06)菌懸液處理對水稻根系生長有較好的促生效應(yīng)；在滅菌土壤中，復(fù)合菌劑(K+J)s和(K+R+J)s處理對水稻有較好的促生效應(yīng)。本研究單菌劑和復(fù)合菌劑對水稻的促生試驗(yàn)是在相對穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行，在復(fù)雜的大田環(huán)境下的應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步研究。

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