木霉生物育苗基質(zhì)中功能菌數(shù)量對(duì)辣椒促生效應(yīng)的影響

李瑞敏,商美妮,李榮,劉紅軍,王其傳,吳亞勝,沈宗專(zhuān)*,沈標(biāo),沈其榮

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省有機(jī)固體廢棄物協(xié)同創(chuàng)新中心/作物免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095;2.淮安柴米河農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司,江蘇 淮安 223001)

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展,工廠化育苗已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè),尤其是設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展的重要保障措施之一[1]。工廠化育苗不僅能夠節(jié)約用種,提高復(fù)種指數(shù),縮短田間生長(zhǎng)期,還能有效防治病蟲(chóng)害,便于集中管理,培育健壯幼苗,是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合效益的關(guān)鍵措施之一[2]。育苗基質(zhì)的開(kāi)發(fā)成為工廠化育苗產(chǎn)業(yè)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一,其不僅能夠節(jié)水省肥、提高作物產(chǎn)量,還具有清潔省工的優(yōu)點(diǎn)[3]。隨著微生物技術(shù)的不斷發(fā)展,向基質(zhì)中添加生物菌劑研制相應(yīng)生物育苗基質(zhì)的研究日益增多[4]。生物育苗基質(zhì)因生物功能菌的作用可增強(qiáng)植物吸收養(yǎng)分的能力、促進(jìn)種苗的生長(zhǎng)及抗逆能力,對(duì)基質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義[4-5]。

近年來(lái)生物育苗基質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,但對(duì)于基質(zhì)中功能菌的含量尚未有相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前有關(guān)生物育苗基質(zhì)的研究多側(cè)重于基質(zhì)中功能菌種的篩選以及某一接種量下其對(duì)所育種苗生物量的影響[6-7],而對(duì)功能菌不同接種量下育苗效應(yīng)的研究相對(duì)較少。此外,功能菌的添加量還直接與企業(yè)的成本密切相關(guān),因此,統(tǒng)籌生物育苗基質(zhì)生產(chǎn)成本與實(shí)際促生應(yīng)用效果對(duì)于生物育苗基質(zhì)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。生物育苗基質(zhì)培育的種苗具有出苗整齊、病蟲(chóng)害輕、苗壯、根系發(fā)達(dá)等優(yōu)勢(shì)[8],移栽至田間后可顯著促進(jìn)辣椒產(chǎn)量的增加[9]。然而,含不同數(shù)量級(jí)功能菌的生物育苗基質(zhì)所育種苗移栽至田間后的促生效應(yīng)尚未有相關(guān)研究。

木霉是一種廣泛存在于自然界且具有重要的植物促生及抗逆潛能的真菌,其對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的提高有顯著的促生作用[10-11]。木霉菌具有一定的根際定殖能力,能夠維持根系的正常生長(zhǎng),提高土壤肥力,拮抗多種土傳病原菌[12]。因此,木霉生物育苗基質(zhì)不僅具有普通育苗基質(zhì)的功能特性,其所含的功能菌還對(duì)植物具有直接或間接的促生作用,提高作物的抗逆能力[12]。因此,本研究以本實(shí)驗(yàn)室分離篩選的具優(yōu)異作物促生及抗逆能力的貴州木霉NJAU4742(TrichodermaguizhouenseNJAU4742)制備的木霉生物育苗基質(zhì)為對(duì)象,通過(guò)室內(nèi)育苗及田間試驗(yàn)系統(tǒng)研究含不同數(shù)量級(jí)木霉菌生物育苗基質(zhì)對(duì)辣椒苗的促生效應(yīng)以及其移栽至田間后的促生及增產(chǎn)的效應(yīng),為生物育苗基質(zhì)中添加功能菌數(shù)量的限定標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支撐,為生物育苗基質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試木霉固體菌劑木霉固體菌種為貴州木霉NJAU4742(T.guizhouenseNJAU4742),由本實(shí)驗(yàn)室提供。木霉固體菌劑由江蘇省淮安市柴米河農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供,發(fā)酵原料是菇渣和麩皮按照質(zhì)量比為4∶1混合制成。固體菌種發(fā)酵產(chǎn)物pH值為5.81,電導(dǎo)率為1 601 μs·cm-1,含N 1.9 g·kg-1、P2O56.0 g·kg-1及K2O 8.4 g·kg-1,含木霉孢子數(shù)為4×109CFU·g-1(干重)。木霉選擇性培養(yǎng)基配制:稱(chēng)取孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基36.6 g,超純水定容至1 L,121 ℃、0.13 MPa條件下滅菌30 min,倒平板前添加五氯硝基苯(PCNB)0.2 g、1%氯霉素、3%鏈霉素、10%曲拉通。

1.1.2 供試普通育苗基質(zhì)供試普通育苗基質(zhì)由江蘇省淮安市柴米河農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供。其基本性質(zhì):含水量38.4%,容重0.32 g·cm3,總孔隙度66.2%,通氣孔隙17.9%,持水孔隙48.3%,氣水比 1∶4(體積比),有機(jī)質(zhì)26.18 g·kg-1,含N 4.03 g·kg-1、P2O53.23 g·kg-1和K2O 4.89 g·kg-1。

1.1.3 供試木霉生物育苗基質(zhì)將NJAU4742木霉固體菌種按1∶9(質(zhì)量比)與普通育苗基質(zhì)拌勻后,制成含108CFU·g-1孢子的木霉生物育苗基質(zhì),再將該木霉生物育苗基質(zhì)按1∶9(質(zhì)量比)與普通育苗基質(zhì)拌勻后,制成含107CFU·g-1孢子的木霉生物育苗基質(zhì),依次10倍稀釋制成含107、106、105和104CFU·g-1木霉菌的生物育苗基質(zhì)。

1.1.4 供試作物與土壤辣椒品種為‘蘇椒5號(hào)博士王’,購(gòu)自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院明天種業(yè)有限公司。田間試驗(yàn)供試土壤的基本理化性質(zhì):pH7.96,電導(dǎo)率111 μS·cm-1,速效鉀610 mg·kg-1,速效磷93 mg·kg-1,銨態(tài)氮2.2 mg·kg-1,硝態(tài)氮24.3 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 木霉生物育苗基質(zhì)的辣椒育苗試驗(yàn)于2019年4—5月及5—6月分別于江蘇省柴米河農(nóng)業(yè)科技股份有限公司育苗大棚內(nèi)進(jìn)行兩季辣椒育苗試驗(yàn)。每季試驗(yàn)均共設(shè)5個(gè)處理:普通育苗基質(zhì)育苗對(duì)照(SCK)和分別含104、105、106和107CFU·g-1木霉菌NJAU4742的生物育苗基質(zhì)育苗的4個(gè)處理(S1、S2、S3和S4)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)含24株種苗。育苗所用育苗盤(pán)為72孔,上孔徑為39 mm,下孔徑為18 mm,深度為42 mm。育苗前將辣椒種子浸種消毒催芽:辣椒種子經(jīng)去離子水浸泡10 min后用3% NaClO消毒5 min,再用70%乙醇處理1 min,最后用去離子水沖洗3～4次,放置于濕潤(rùn)的紗布中,自封袋封口,于30 ℃培養(yǎng)箱中催芽3～4 d,待75%以上的種子露白后,選取露白均一的種子埋入基質(zhì)中,各處理間水分管理一致。

1.2.2 生物育苗基質(zhì)所育辣椒種苗的田間試驗(yàn)于2019年5—7月及6—8月在江蘇省淮安市柴米河農(nóng)業(yè)科技股份有限公司種植基地(32°43′00″ N,118°12′00″ E)分別開(kāi)展兩季田間試驗(yàn)。兩季田間試驗(yàn)均設(shè)5個(gè)處理:普通育苗基質(zhì)所育辣椒種苗移栽后對(duì)照(CK)和分別含104、105、106和107CFU·g-1木霉菌NJAU4742的生物育苗基質(zhì)所育種苗移栽后處理(T1、T2、T3和T4)。每個(gè)處理共設(shè)置3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)10株,各處理選取相應(yīng)育苗基質(zhì)中長(zhǎng)勢(shì)一致的種苗移栽,每個(gè)重復(fù)移栽至同1排,株、行距分別為40、55 cm。處理間水肥管理一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 基質(zhì)中木霉數(shù)量采用平板涂布計(jì)數(shù)法,稱(chēng)取5 g基質(zhì)于45 mL無(wú)菌水中,28 ℃、170 r·min-1振蕩30 min。梯度稀釋后,渦旋混勻后吸取0.1 mL稀釋液于木霉選擇性培養(yǎng)基上,將均勻涂布好的平板倒置于28 ℃的真菌培養(yǎng)箱中培養(yǎng),72 h后計(jì)數(shù)?；|(zhì)中木霉的數(shù)量以每克干重基質(zhì)形成的菌落數(shù)計(jì)算。

1.3.2 辣椒苗生物量指標(biāo)待辣椒種苗長(zhǎng)到4葉2心(約30 d)后,每個(gè)處理選取10株長(zhǎng)勢(shì)均一的種苗,測(cè)定莖粗、株高、整株鮮重、地下部鮮重、地上部鮮重及干重。測(cè)定時(shí)將種苗連同基質(zhì)小心取出,輕輕抖落基質(zhì)后,用清水沖洗根部3遍,以去除根系附著的基質(zhì),用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗和株高。用吸水紙吸干植株后稱(chēng)重,即為種苗整株鮮重,用剪刀將植株地上部和地下部剪開(kāi),稱(chēng)取種苗地上部和地下部鮮重;種苗地上部于烘箱中105 ℃殺青15 min后,75 ℃烘干至恒重,稱(chēng)重并記為地上部干重。壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+根干重/地上部干重)× 總干重。

1.3.3 辣椒田間生物量及單株果實(shí)重辣椒種苗移栽至田間生長(zhǎng)40 d后,辣椒進(jìn)入花期,分別采用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定株高和莖粗。生長(zhǎng)60 d后,辣椒果實(shí)開(kāi)始成熟,分批次采收。單株辣椒全部商品果平均累計(jì)質(zhì)量即為單株果實(shí)重(kg)。

1.3.4 辣椒根際土壤樣品的采集于每季收獲期最后1次采收果實(shí)時(shí),采集根際土壤樣品,每個(gè)重復(fù)隨機(jī)采集5棵辣椒植株,連根帶土取出,輕輕抖落附著在辣椒根系上的土壤,將根系用無(wú)菌手術(shù)刀切成3 cm小段,放入預(yù)先載有150 mL無(wú)菌水的三角燒瓶中,170 r·min-1振蕩30 min后取出根系,5 000 r·min-1離心10 min,收集離心管中沉淀物即為根際土壤,于4 ℃保存,用于土壤微生物分析。

1.3.5 根際土壤中木霉數(shù)量采用平板稀釋涂布法,稱(chēng)取5 g根際土壤樣品于45 mL無(wú)菌水中,28 ℃、170 r·min-1振蕩30 min。梯度稀釋后,渦旋混勻后吸取0.1 mL稀釋液于木霉選擇性培養(yǎng)基上,涂布均勻后將其倒置于28 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng),72 h后計(jì)數(shù)。根際土壤中木霉數(shù)量以每克干重土壤形成的菌落數(shù)計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2013和SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,使用單因素方差分析(ANOVA)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較,采用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理生物育苗基質(zhì)木霉功能菌的數(shù)量

由圖1可知:通過(guò)10倍梯度稀釋制備而成的含不同數(shù)量級(jí)NJAU4742木霉菌的生物育苗基質(zhì)中,木霉功能菌數(shù)量隨稀釋梯度的增加而顯著降低,S4、S3、S2及S1處理實(shí)際檢測(cè)出的功能菌數(shù)量均低于理論估算值,其木霉菌數(shù)量分別為1.4×107、5.1×105、7.8×104和4.6×103CFU·g-1。

2.2 不同處理對(duì)辣椒種苗地上部干重及壯苗指數(shù)的影響

從圖2可知:與不含木霉的普通育苗基質(zhì)對(duì)照(SCK)相比,兩季育苗試驗(yàn)中S4處理培育的辣椒種苗地上部干重均顯著增加;相比于SCK,第1季S4處理辣椒種苗地上部干重顯著增加42.9%;第2季S4、S3和S2處理辣椒種苗地上部干重分別顯著增加75.0%、50.0%和50.0%。與SCK相比,第1季含木霉功能菌生物育苗基質(zhì)各處理(S4、S3、S2及S1)種苗的壯苗指數(shù)均顯著增加,分別增加61.4%、40.4%、15.8%和12.3%;第2季S4、S3及S2處理壯苗指數(shù)均顯著增加,分別增加66.7%、50.0%和18.8%。與SCK相比,S4處理兩季育苗試驗(yàn)中地上部干重均顯著增加,S4、S3和S2處理壯苗指數(shù)均顯著增加,表明木霉生育基質(zhì)在種苗培育過(guò)程中對(duì)辣椒的促生效應(yīng)明顯。

圖2 不同處理對(duì)辣椒種苗地上部干重及壯苗指數(shù)的影響Fig.2 Effect of different treatments on dry weight of pepper seedlings shoot and strong seedling index

2.3 不同處理對(duì)辣椒種苗移栽至田間后株高和莖粗的影響

如圖3所示,相比于CK,兩季田間試驗(yàn)中T4、T3和T2處理的辣椒株高顯著增加;T1處理第2季辣椒株高顯著增加,第1季則無(wú)顯著性差異。田間試驗(yàn)結(jié)果表明:與CK相比,第1季T4、T3和T2處理辣椒株高分別顯著增加61.4%、29.4%和4.9%,第2季T4、T3和T2處理辣椒株高分別顯著增加64.3%、24.8%和14.7%。相比于CK,兩季田間試驗(yàn)中T4、T3處理的辣椒莖粗顯著增加;相比于CK,第2季T2、T1處理株高顯著增加,第1季則無(wú)顯著性差異。與CK相比,第1季T4、T3處理辣椒莖粗分別顯著增加41.2%和28.8%,第2季T4、T3處理辣椒莖粗分別顯著增加30.2%和15.1%。

圖3 不同處理對(duì)辣椒種苗移栽至田間后株高及莖粗的影響Fig.3 Effects of pepper seedlings cultivated in different nursery substrates on pepper height and stem diameter after transplanted into filed

2.4 不同處理對(duì)辣椒種苗移栽至田間后單株果實(shí)重的影響

從圖4可知:相比于CK,兩季田間試驗(yàn)中T4、T3和T2處理的單株果實(shí)重均顯著增加。與CK相比,第1季T4、T3及T2處理辣椒單株果實(shí)重分別顯著增加58.3%、36.1%和19.4%,第2季T4、T3及T2處理辣椒單株果實(shí)重則分別顯著增加65.7%、42.9%和25.7%。

2.5 不同處理對(duì)辣椒種苗移栽至田間后土壤中木霉菌數(shù)量的影響

從圖5可知:相比于CK,兩季田間試驗(yàn)中T4、T3處理的辣椒根際土中木霉菌數(shù)量顯著增加;相比于CK,T2處理第2季辣椒根際土中木霉菌數(shù)量顯著增加,第1季的則無(wú)顯著性差異。與CK相比,第1季T4、T3處理辣椒根際土中木霉菌數(shù)量分別顯著增加10.7%和6.0%,第2季T4、T3處理辣椒根際土中木霉菌數(shù)量分別顯著增加5.4%和4.7%。

圖4 不同處理對(duì)辣椒種苗移栽至田間后 單株果實(shí)重的影響Fig.4 Effects of pepper seedlings cultivated in different nursery substrates on fruit weight per plant of pepper after transplanted into filed

圖5 不同處理對(duì)辣椒種苗移栽至田間后 根際土中木霉菌數(shù)量的影響Fig.5 Effects of pepper seedlings cultivated in different nursery substrate on the number of Trichoderma in rhizosphere soil of pepper after transplanted into filed

2.6 基質(zhì)中木霉菌數(shù)量與辣椒生物量、單株果實(shí)重和根際土木霉菌數(shù)量的相關(guān)性分析

從表1可知:基質(zhì)中的木霉菌數(shù)量與第1季及第2季辣椒種苗的整株鮮重以及地下部鮮重、地上部鮮重及地上部干重均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系,與移栽后辣椒的株高、莖粗、單株果實(shí)重和收獲期根際土壤中木霉菌數(shù)量也呈顯著正相關(guān)關(guān)系,表明木霉菌數(shù)量與辣椒基質(zhì)育苗及田間生產(chǎn)密切相關(guān)。

表1 基質(zhì)中木霉菌數(shù)量與辣椒生物量的相關(guān)性Table 1 Correlation of the number of Trichoderma in soil and the biomass of pepper

3 討論

生物育苗基質(zhì)具有解磷、解鉀、提高作物免疫能力等功能,為植物提供營(yíng)養(yǎng)及適應(yīng)逆境脅迫等作用[13]。將功能菌優(yōu)化組合后添加到基質(zhì)中,生物育苗基質(zhì)在提高番茄幼苗生理指標(biāo)上具有顯著的效果[14];生物育苗基質(zhì)所育種苗能夠有效促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)和提高黃瓜產(chǎn)量[15];生物育苗基質(zhì)中的功能菌數(shù)量達(dá)107CFU·g-1的多功能菌群在育苗基質(zhì)中具有明顯的促生作用[16]。本研究將發(fā)酵好的NJAU4742木霉菌種固體發(fā)酵物添加到普通育苗基質(zhì)制成生物育苗基質(zhì),并以辣椒為供試作物進(jìn)行兩季育苗試驗(yàn),探究含不同數(shù)量級(jí)功能菌的生物育苗基質(zhì)對(duì)種苗的促生效應(yīng)。兩季辣椒育苗試驗(yàn)結(jié)果表明,含木霉菌的生物育苗基質(zhì)促生效果顯著,且含105CFU·g-1的木霉菌生物育苗基質(zhì)對(duì)辣椒能夠表現(xiàn)出穩(wěn)定的促生效果。微生物菌劑的加入能夠改善基質(zhì)的結(jié)構(gòu),提高基質(zhì)中的養(yǎng)分供應(yīng)能力,加強(qiáng)植物吸收營(yíng)養(yǎng)元素的能力[17]。

苗期作物在移栽后的生物學(xué)指標(biāo)的提高與苗期作物的生長(zhǎng)量有著緊密的聯(lián)系。通常來(lái)說(shuō),幼苗期的生長(zhǎng)指標(biāo)和移栽后作物的生長(zhǎng)指標(biāo)呈正相關(guān)的關(guān)系[18-19]。任季平等[20]研究發(fā)現(xiàn),種苗生物量顯著增加的小麥和白菜移栽后,其生物量仍增加。文春燕等[8]研究結(jié)果也表明,生物基質(zhì)顯著促進(jìn)辣椒和番茄在苗盤(pán)期的生長(zhǎng),并且種苗移栽后,無(wú)論是生長(zhǎng)指標(biāo)還是果實(shí)產(chǎn)量,均顯著高于對(duì)照。牛聰聰?shù)萚21]研究尿素配施木霉菌劑能夠在苗期顯著增加甜瓜的生物量,且能延續(xù)其優(yōu)勢(shì)到成熟期,提高甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)。本研究?jī)杉咎镩g試驗(yàn)結(jié)果均表明,含木霉的生物育苗基質(zhì)所育的辣椒種苗移栽到至田間后對(duì)辣椒促生及增產(chǎn)效果顯著。種苗移栽至田間后仍表現(xiàn)出顯著的促生效果,一方面可能是因?yàn)橛邕^(guò)程中,木霉功能菌即能夠在苗期定殖于作物根際,預(yù)計(jì)到田間后能夠進(jìn)一步發(fā)揮促生功能;另一方面可能是因?yàn)椤跋劝l(fā)優(yōu)勢(shì)”,苗期的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)直接作用于后期的作物生長(zhǎng)。因此,生物育苗基質(zhì)能夠提高種苗的質(zhì)量,促進(jìn)功能菌在苗期的定殖,進(jìn)而兩者協(xié)同作用,對(duì)種苗移植田間后具有促生作用。

功能菌的有效活菌數(shù)與基質(zhì)育苗及其移栽后田間生長(zhǎng)效應(yīng)密切相關(guān)[22]。施用添加木霉生物有機(jī)肥的番茄生物量顯著增加,且與其根際可培養(yǎng)木霉數(shù)量具有顯著正相關(guān)[23];利用辣椒根際枯草芽胞桿菌研制的生物育苗基質(zhì)促生效果類(lèi)似[7]。本試驗(yàn)中,土壤木霉菌數(shù)量與辣椒種苗生物量、移栽后田間辣椒單株果實(shí)重等指標(biāo)間顯著正相關(guān),因此推測(cè)不同處理的促生作用由木霉功能菌決定。兩季試驗(yàn)的生物量以及產(chǎn)量之間有較小差異,可能與開(kāi)展兩季田間試驗(yàn)時(shí)溫度的變化有關(guān);實(shí)測(cè)木霉菌數(shù)量與理論值有較小差異,可能由于基質(zhì)未混勻或者涂布檢測(cè)的局限性。木霉菌生物育苗基質(zhì)促生增產(chǎn)效果均達(dá)到顯著,進(jìn)一步說(shuō)明其具有穩(wěn)健的促生抗逆作用。本研究中實(shí)測(cè)木霉菌數(shù)量超過(guò)105CFU·g-1的生物基質(zhì)所育的辣椒種苗生物量顯著增加,移栽后仍具有顯著的增產(chǎn)效果,且有效活菌數(shù)數(shù)量越多,促生增產(chǎn)效果越好。今后,我們將進(jìn)行含不同木霉菌數(shù)量的生物育苗處理對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性等方面的研究,而且木霉菌生物育苗基質(zhì)提升辣椒種苗生物量及移栽田間后產(chǎn)量的作用機(jī)制仍需研究。

總之,含不同數(shù)量級(jí)木霉菌的生物育苗基質(zhì)對(duì)設(shè)施辣椒的育苗以及其移栽至田間后增產(chǎn)效果不同,含105CFU·g-1木霉菌基質(zhì)能夠顯著促進(jìn)辣椒種苗生長(zhǎng)并增加其移栽至田間后的生物量及果實(shí)重,且木霉菌數(shù)量越高,其育苗促生及移栽后增產(chǎn)效應(yīng)越明顯。