甘蔗與大豆間作的根際促生菌篩選及促生效應研究

卜俊瑤 Abdullah Khan 蔣雨珂 王梓軒

[摘 要] 為探究甘蔗與大豆間作過程對甘蔗和大豆光合作用量、生物量及根際微生物的影響，選擇中蔗1號與桂春豆9號進行甘蔗大豆間作、甘蔗單作、大豆單作3種種植模式試驗。結果表明，甘蔗與大豆間作模式對甘蔗的光合作用量、株高、葉長、根長度、根深度、根寬度及根際土C、N、P含量均有顯著影響，與大豆間作的甘蔗光合作用量、株高、葉長、根長度及根際土C、N、P含量分別提高了6.2%、5.4%、7.6%、48.5%和43%、17%、33%，并在間作的甘蔗根際土中培養(yǎng)出了產(chǎn)吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）量最高的菌種，IAA產(chǎn)量達0.704 mg/L。因此，甘蔗與大豆間作是一種可以有效增加產(chǎn)量且綠色的生產(chǎn)模式。

[關鍵詞] 甘蔗;大豆;間作;產(chǎn)量

[中圖分類號] S565.1;S566.1 [文獻標識碼] B [文章編號] 1674-7909（2020）01-92-4

甘蔗是我國重要的糖料作物，甘蔗的糖產(chǎn)量占全國總糖產(chǎn)量的90%以上。我國甘蔗種植面積約為160萬hm2，我國是世界上第三大甘蔗種植大國。但是，甘蔗幼苗期長，種植之間的行距相對于其他禾本科作物來說較寬，而且葉面積系數(shù)小，致使光能利用率低，導致我國的甘蔗栽培成本相比其他作物來說偏高。在有限的空間及成本下將大豆與甘蔗間作，可以提高甘蔗生物量及空間利用率[1]。間作是指同一田地上同時種植2種或2種以上生長季節(jié)相近或具有部分相同生育期的作物，這也是中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)栽培方法之一。豆科、禾本科作物間作因種間促進及生態(tài)位互補作用而在世界范圍內(nèi)被廣泛應用[2]。本試驗在前人試驗研究的基礎上選用中蔗1號與桂春豆9號，在間作模式下探究其對甘蔗和大豆光合作用量、根際微生物及根際土C、N、P含量的影響，為甘蔗和大豆間作提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試甘蔗品種為中蔗1號，大豆品種為桂春豆9號。試驗用塑料盆，高45 cm，直徑30 cm。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗采用盆栽法。試驗于廣西大學溫室進行，種植時每株施用有機肥約500 g，其他時間不施肥。種植完成后每株灌溉約700 g水。試驗設甘蔗—大豆間作、大豆單作和甘蔗單作3個處理，每個處理5次重復，在間作處理區(qū)內(nèi)甘蔗與大豆按照1∶2的比例栽種。

1.2.2 測定內(nèi)容。①大豆種植后55 d左右，對甘蔗和大豆的株高、葉長進行測量，以了解大豆對甘蔗促生的外在表現(xiàn)情況。

②間作體系中甘蔗與大豆的光合作用，采用GFS—3000便攜式光合熒光測量系統(tǒng)測量。

③根際土C、N、P含量：N含量采用凱氏定氮法測定，P含量采用鉬銻抗比色法測定，C含量采用重鉻酸鉀—硫酸氧化法測定。

④甘蔗、大豆根分析：將新鮮采集的甘蔗、大豆根進行拍照，并采用Root Analyze軟件分析。

⑤篩選產(chǎn)吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）的菌種并計算IAA產(chǎn)量：將剛采集的新鮮根際土放于室溫下自然風干，取10 g風干土樣放入250 mL三角瓶中并加入90 mL滅菌水，放入30 ℃、150 r/min的搖床上振蕩20 min后取出靜置10 min[3]，取其上清液進行10倍遞減稀釋，稀釋度采用103～105，將稀釋液分別涂于牛肉膏蛋白胨平板上，培養(yǎng)條件為30 ℃、32 h，倒置培養(yǎng)[4]。挑取單菌落純化后接種于含有L-色氨酸（100 mg/L）的LB液體培養(yǎng)基中，32 ℃、180 r/min條件下?lián)u床培養(yǎng)20 h。將篩選出的細菌制成菌液，采用SaLkowski比色法，并測量其OD530值，繪制IAA標準曲線，計算不同菌產(chǎn)IAA的能力，篩選出產(chǎn)量最高的菌株甘油管保存[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel和GraphPad Prism 8軟件進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 間作對甘蔗與大豆株高、葉長的影響

甘蔗與大豆間作模式下甘蔗的株高、葉長明顯高于甘蔗單作，分別高出5.4%（見圖1）、7.6%（見圖2），可見甘蔗具有明顯的間作優(yōu)勢[6]。甘蔗與大豆間作模式下大豆的株高、葉長分別低于大豆單作12.8%（見圖3）和7.0%（見圖4），可見間作模式下大豆表現(xiàn)出間作弱勢。

2.2 間作對甘蔗、大豆光合作用的影響

植物光合作用強度影響著植物生長繁殖速度，光合作用速率和光合產(chǎn)物形成最終影響作物產(chǎn)量和品質[7]。由圖5和圖6可知，在甘蔗、大豆生長期，間作模式下甘蔗光合作用高于甘蔗單作6.2%，間作模式下大豆光合作用高于大豆單作22.9%，表明甘蔗與大豆間作促進了雙方的光合作用，從而加速了甘蔗生長。

2.3 間作對甘蔗、大豆根際土C、N、P含量的影響

C、N、P含量會通過影響甘蔗大豆根際土中聯(lián)合固氮菌群落結構和固氮活性而影響甘蔗生物固氮效率[8]。因此，了解根際土C、N、P含量有利于探究甘蔗與大豆間作時的生長代謝情況。如圖7～9所示，間作甘蔗根際土的N、P、C含量分別高于單作甘蔗17%、33%、43%。如圖10～12所示，間作大豆根際土的N、P、C含量分別高于單作大豆22%、33%、27%。這結果表明甘蔗與大豆間作可以提高土壤C、N、P含量，從而提高土壤基礎肥力。

2.4 甘蔗大豆間作對甘蔗、大豆根系的影響

如圖13顯示，間作的甘蔗根長約長于單作甘蔗48.5%，根深約大于單作甘蔗51.7%，根寬約小于單作甘蔗22.9%;間作的大豆根長約短于單作大豆70.0%，根深約小于單作大豆88.0%，根寬約大于單作大豆20.8%。這表示間作模式下甘蔗根系比單作甘蔗更加壯碩，根系可吸收營養(yǎng)的面積更大，更有助于實現(xiàn)甘蔗高產(chǎn)。

3 討論與結論

前人對甘蔗與大豆間作已有許多研究，如李志賢指出甘蔗間作豆科作物和綠肥均能有效提高甘蔗的產(chǎn)量（11.3%～33.8%）和品質（錘度1.1%～18.5%），而甘蔗間作同時能實現(xiàn)對農(nóng)田空間的有效使用和肥料的高效利用（“綠色農(nóng)業(yè)”和“化肥零增長”）[9]。本試驗表明，間作處理下甘蔗的株高、葉長等均高于單作，但間作的大豆卻呈現(xiàn)弱勢，但總體來說間作還是表現(xiàn)出絕對優(yōu)勢的體系[10]。

本試驗研究表明，間作的甘蔗、大豆光合作用均高于單作，從而使間作的甘蔗、大豆生長更加旺盛，而且間作的甘蔗、大豆的根際土中C、N、P含量也都大于單作，有效提高了土壤肥力，從而促進作物生長[11]。

IAA是植物生長素的一種[12]，IAA能促進植物細胞快速增長，還具有促進細胞分裂、分化和調(diào)節(jié)生根等生理功能[13]。在甘蔗、大豆的間作根際土中培養(yǎng)出了IAA產(chǎn)量最高的菌株，可說明間作模式為一部分有益微生物提供了更有利的生長環(huán)境，從而更好地促進植物生長繁殖[14]。

此外，間作的甘蔗根長、根深均大于單作，雖然根寬略小于單作，但總體來看，間作的甘蔗根系明顯強壯于單作甘蔗根系。這可能是因為大豆根部的根瘤菌等微生物的加入，促進了甘蔗對養(yǎng)分的吸收，使甘蔗長得更加強壯，但大豆反之，但總體來說，間作依然是優(yōu)勢體系。

參考文獻

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