促生菌組合接種對芳樟苗生長的影響

黃秋良 袁宗勝 劉酉琳 楊先吉 羅佳佳 張國防

( 1. 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002；2. 閩江學(xué)院海洋研究院，福建 福州 350108)

芳樟（Cinnamomum camphoravar.Linaloolifera）是樟樹（Cinnamomum camphora）中精油富含芳樟醇（C10H18O）的一個(gè)生化變種[1]。芳樟的木材堅(jiān)實(shí)、紋理優(yōu)美、氣味芬芳、防腐、耐濕，而且芳樟中的天然芳樟精油富含左旋芳樟醇，而且樟腦、1,8-桉葉油素等含量低[2]，比天然分布的樟樹氣味更芬芳和更安全，是典型油材兩用的珍貴樹種。

微生物菌劑是對植物生長發(fā)育有益的一類生物菌劑。微生物菌劑可直接或通過產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物間接作用于宿主植物，促進(jìn)宿主植物的生長發(fā)育、提高宿主植物的抗性、產(chǎn)生新的次生代謝物質(zhì)[3]。同時(shí)，微生物菌肥既能提高化肥的有效成分，達(dá)到增產(chǎn)和提質(zhì)的目的，又能節(jié)約成本、減少環(huán)境污染、提高土壤中的生物多樣性、減輕病害，是發(fā)展新型農(nóng)業(yè)的理想肥料。陳方清[4]、林鈴等[5]研究了不同穗條、基質(zhì)對芳樟育苗的影響；黃秋良等[6]、傅海旭[7]研究了芳樟不同無性系生長性狀和精油變化；郭曉春等[8]研究芳樟醇的開發(fā)與利用。目前，尚未有關(guān)于微生物菌劑對芳樟生長的研究。因此，本研究利用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，研究固氮菌（Azotobacter chroococum）、巨大芽孢桿菌（Bacillus magaterium）、膠凍樣芽孢桿菌（B. mucilaginosus）和枯草芽孢桿菌（B. subtilis）及不同施用量的23個(gè)組合對芳樟生長的影響，并通過微生物菌劑與芳樟苗高、地徑數(shù)學(xué)模型的建立和模擬尋優(yōu)求，以確定微生物菌劑最佳方案，以期為芳樟苗木的培育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

盆栽試驗(yàn)采用的材料來源于福建省永安林業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司種苗中心苗圃長勢均勻的芳樟195#1年生扦插苗，平均苗高為21 cm，葉片含油率為1.55%，枝條含油率為0.23%，芳樟醇含量為94.07%。單一成分微生物菌劑固氮菌、巨大芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌來源于滄州旺發(fā)生物技術(shù)研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

芳樟盆栽試驗(yàn)采用四元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì) （1/2實(shí)施）（如表1）, 試驗(yàn)共23個(gè)措施組合處理（T1～T23），見表2。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10個(gè)盆栽。用于苗木培育黃心土和有機(jī)質(zhì)采用0.6%高錳酸鉀，用噴霧器均勻噴于基質(zhì)，后用塑料薄膜覆蓋密封曝曬8 d后再用于試驗(yàn)苗栽培和接種。盆缽規(guī)格為38.5 cm×30 cm×

30 cm（上緣直徑×下緣直徑×高），每盆統(tǒng)一裝消毒后的黃心土5.5 kg和10 g有機(jī)質(zhì)，每個(gè)盆栽栽植1株芳樟試驗(yàn)苗，土壤pH值為4.86，有機(jī)質(zhì)含量為20.78 mg/kg，水解性氮含量為15.1 mg/kg，有效磷含量為8.89 mg/kg，速效鉀含量為35.14 mg/kg，全氮含量為0.13 g/kg，全磷含量為0.41 g/kg，全鉀含量為47.96 g/kg。

表 1 微生物菌劑各水平施用量Table 1 Microorganism inocula in various levels of application dose 108 cfu/5.5 kg

表 2 23個(gè)試驗(yàn)處理具體組合措施表Table 2 Twenty-three test treatment specific combination measures

芳樟菌劑接種方法采用灌根接種法。將微生物菌劑固氮菌、巨大芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌菌劑用無菌水稀釋制成108cfu/mL的菌懸液，然后按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的用量分別用無菌注射器提取和接種（灌根）到對應(yīng)的芳樟盆栽基質(zhì)中。試驗(yàn)苗于10月栽植，翌年6月份結(jié)束，一共8個(gè)月。每周澆水和拔草1～2次，保證試驗(yàn)苗的正常生長條件。

1.3 測定及分析方法

每個(gè)月用鋼卷尺（精確到0.1 cm）和游標(biāo)卡尺（精確到0.01 mm）對全部試驗(yàn)苗分別測定芳樟苗高、地徑。采用Excel 2017和DPS 7.05數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，分別對芳樟苗高增長量、地徑增長量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到數(shù)學(xué)模擬方程，如公式（1）～（2）。

式中: a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p均為常數(shù)；Y為芳樟苗高增長量，Y′為芳樟地徑增長量，X1和為固氮菌施用量，X2和為巨大芽孢桿菌施用量，X3和X3′為膠凍樣芽孢桿菌施用量，X4和X4′為枯草芽孢桿菌施用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 芳樟苗木的增長量

由表3可知，芳樟苗木第3～5月的苗高、地徑平均生長量為7.74 cm和0.97 mm，分別是芳樟苗木第1～2月的苗高、地徑平均生長量的8.53倍和6.81倍；芳樟苗木第6～8月的苗高、地徑平均生長量為16.28 cm和2.34 mm，分別是芳樟苗木第1～5月的苗高、地徑平均生長量的1.88倍和2.11倍，表明芳樟苗木處于緩苗期（栽植前2個(gè)月），根系吸收養(yǎng)分能力較差從而生長較緩慢，第3個(gè)月芳樟起苗木回復(fù)正常生長，苗高、地徑的生長量不斷增加。

表 3 芳樟的苗高、地徑增長量Table 3 The increments in height and ground diameter of C. camphora var. linaloolifera seedlings

芳樟苗木苗高的第1～2月、3～5月、6～8月和總生長量前3組分別是T12＞T11＞T8、T20＞T15＞T23、T6＞T9＞T12和T9＞T6＞T12；芳樟苗木地徑的第1～2月、3～5月、6～8月和總生長量前3組分別 是T7＞T3＞T1、T19＞T12＞T20、T12＞T6＞T16和T12＞T6＞T20；第6～8月的芳樟苗高、地徑增長量最大，分別占苗高總生長量和地徑總生長量65.31%和67.98%，表明隨著時(shí)間的推移不同菌劑組合對芳樟苗木的苗高、地徑呈現(xiàn)不同的促生效果。

2.2 芳樟苗木增長量數(shù)學(xué)模型的建立及顯著性檢驗(yàn)

在α=0.05顯著水平剔除不顯著項(xiàng)后，分別得到苗高增長量、地徑增長量的四元二次正交旋轉(zhuǎn)回歸方程，如公式（3）～（4）。

由表4、5可得知，微生物菌劑對芳樟的苗高、地徑增長量的影響存在著顯著的回歸關(guān)系（P＜0.05），模型成立。其中，固氮菌、巨大芽孢桿菌、固氮菌和膠凍樣芽孢桿菌相互作用對芳樟的苗高增長量存在顯著影響（P＜0.05）；固氮菌和枯草芽孢桿菌相互作用處理對芳樟的地徑增長量的影響顯著（P＜0.05）。

表 4 芳樟樹植株苗高增長量回歸顯著性檢驗(yàn)Table 4 Regression significance examination on height growth of C. camphor var. linaloolifera seedlings

表 5 芳樟植株地徑增長量回歸顯著性檢驗(yàn)Table 5 Regression significance examination on ground diameter growth of C. camphor var. linaloolifera seedlings

2.3 單因子效應(yīng)分析

由圖1可知，固氮菌與芳樟苗高增長量近似呈反向直線相關(guān)、巨大芽孢桿菌與芳樟苗高增長量近似呈直線相關(guān)、膠凍樣芽孢桿菌與芳樟苗高增長量的關(guān)系呈開口向下的拋物線形式、枯草芽孢桿菌與芳樟苗高增長量的關(guān)系呈開口向上的拋物線形式。

圖 1 微生物菌劑與芳樟植株苗高增長量單因子效應(yīng)分析Fig. 1 Analysis of single factor effect of microbial inoculant and height growth of C. camphora var. linaloolifera seedlings

由圖2可知，固定菌與芳樟地徑增長量的關(guān)系呈開口向上的拋物線形式、巨大芽孢桿菌與芳樟地徑增長量的關(guān)系呈開口向上的拋物線形式、膠凍樣芽孢桿菌與芳樟地徑增長量近似呈直線相關(guān)、枯草芽孢桿菌與芳樟地徑增長量近似呈反向直線相關(guān)，表明不同微生物菌種及劑量對對芳樟的苗高、地徑增長量有不同程度的影響。

圖 2 微生物菌劑與芳樟植株地徑增長量單因子效應(yīng)分析Fig. 2 Analysis of single factor effect of microbial inoculant and ground diameter growth of C. camphora var. linaloolifera seedlings

2.4 互作效應(yīng)分析

由圖3可知，固氮菌和膠凍樣芽孢桿菌的水平編碼值都在?1.682～?1.100時(shí)，芳樟的苗高增長量取得較大值，最大值為41.08 cm，比單因素固氮菌作用下的最大值高出37.98%，比單因素膠凍樣芽孢桿菌作用下的最大值高出64.04%。

圖 3 固氮菌和膠凍樣芽孢桿菌與芳樟植株苗高增長量互作效應(yīng)Fig. 3 Interaction effect between A. chroococum or B. mucilaginosus and height growth of C. camphora var. linaloolifera seedlings

由圖4可知，固氮菌的水平編碼值在1.3410～1.682與枯草芽孢桿菌的水平編碼值在?1.682～?1.3410時(shí)相交的區(qū)域內(nèi)，芳樟的地徑增長量取得較大值，最大值為4.83 mm，比單因素固氮菌作用下地徑增長量的最大值高37.05%、比單因素枯草芽孢桿菌作用下地徑增長量的最大值高出26.84%。

圖 4 固氮菌和枯草芽孢桿菌與芳樟植株地徑增長量互作效應(yīng)分析Fig. 4 Interaction effect between A. chroococum or B. subtilis and ground diameter growth of C. camphora var. linaloolifera seedlings

3 結(jié)論與討論

在自然生態(tài)系統(tǒng)中，80%以上的高等植物和微生物菌種處于共生關(guān)系[9]。微生物菌種促進(jìn)植物生長主要有2個(gè)方面作用：一方面、微生物龐大的菌絲網(wǎng)絡(luò)增加了植物根系的吸收面積[9]，微生物分泌代謝活化提高土壤中難溶不易被作物吸收礦物元素[10]等，促進(jìn)根系對營養(yǎng)元素的吸收進(jìn)而促進(jìn)植物生長；另一方面、微生物菌種可產(chǎn)生各種有利于植物生長的代謝產(chǎn)物，如植物激素、維生素、氨基酸等[11-12]，同時(shí)部分功能菌可作為誘導(dǎo)因子，激活并增強(qiáng)植株體內(nèi)抗氧化物酶以及與抗病相關(guān)蛋白的活性來提高植物的抗性[13]。丁莉萍等[14]研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合菌劑促進(jìn)樟樹苗對養(yǎng)分的吸收和利用；趙永豐等[15]研究發(fā)現(xiàn)Pt菌劑促進(jìn)了黃樟（C. parthenoxylum）的苗高和地徑的協(xié)調(diào)生長；吳長榜等[16]研究發(fā)現(xiàn)AM菌劑促進(jìn)了樟樹幼苗的生長。

不同菌劑組合對芳樟苗木的苗高、地徑呈現(xiàn)不同的促生效果，與鄒智瀅等[17]、曾進(jìn)等[18]和張棟等[19]研究表明通過施用不同肥料和用量對芳樟具有不同的促生效果研究相同?？赡苁且?yàn)楣痰?、膠凍樣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌分別具有固氮、解鉀、解磷、抑制植物病原菌、提高植物產(chǎn)量和品質(zhì)等作用[20-23]，4個(gè)菌株和5個(gè)水平的不同組合，其固氮、解鉀、解磷水平也不同，導(dǎo)致芳樟對氮、鉀、磷的吸收不同，芳樟的生長也不同。

通過單因子效應(yīng)分析和互作效應(yīng)分析可知，4個(gè)菌劑在5個(gè)水平中，芳樟的苗高、地徑取得最大值是巨大芽孢桿菌在1.682水平上，分別為29.77 cm和4.48 mm，比固氮菌和膠凍樣芽孢桿菌互作效應(yīng)取得苗高最大值和固氮菌與枯草芽孢桿菌互作效應(yīng)取得地徑最大值低37.99%和7.81%。表明芳樟的苗高、地徑增長量的變化是多因素的共同作用的結(jié)果，不同的微生物菌劑處理方案對芳樟的苗高、地徑增長量存在著協(xié)同促進(jìn)和拮抗作用，這種互作作用比單一微生物菌劑的作用更明顯，這與欒慶書等[24]研究表明施用復(fù)合菌劑比單一菌劑促進(jìn)日本落葉松生長更高效相同。

根據(jù)上述所得的芳樟苗高增長量回歸方程，求得的芳樟苗高增長量最大值達(dá)到45.42 cm，與之對應(yīng)的固氮菌、巨大芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的施量分別為：20.0×108cfu/5.5 kg，60.0×108cfu/5.5 kg，20.0×108cfu/5.5 kg和20.0×108cfu/5.5 kg?？梢?，T9的芳樟苗高增長量最接近求得最優(yōu)微生物菌劑施用量。

芳樟地徑增長量最大值達(dá)到6.59 mm，與之對應(yīng)的固氮菌20.0×108cfu/5.5 kg、巨大芽孢桿菌60.0×108cfu/5.5 kg、膠凍樣芽孢桿菌60.0×108cfu/5.5 kg、枯草芽孢桿菌60.0×108cfu/5.5 kg。T12芳樟地徑增長量最接近求的最優(yōu)微生物菌劑施用量。表明針對芳樟的不同生長指標(biāo)，需要針對性的微生物菌劑方案，才能促進(jìn)芳樟的不同生長指標(biāo)達(dá)到最大值。值得注意的是微生物菌劑與芳樟苗高、地徑增長量回歸方程的顯著性檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)苗高的失擬性F1=4.04085*在0.05水平顯著，地徑的失擬性F1′=0.38494 在0.05水平檢驗(yàn)不顯著，地徑所求得的最優(yōu)微生物菌劑施用量能更好的指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。