不同促生菌混配對(duì)燕麥生長及品質(zhì)的影響

張惠榮，姚拓，馬亞春，李明源

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070)

燕麥?zhǔn)呛瘫究蒲帑湆僖荒晟魑?，在我國主要分布于西北和東北等半干旱高寒地區(qū)和農(nóng)牧過渡帶，得天獨(dú)厚的地域優(yōu)勢(shì)降低了燕麥的生產(chǎn)成本[1]。研究表明，全世界種植燕麥的面積已經(jīng)達(dá)到250萬hm2[2]，而全球的消耗量將達(dá)到1 100萬噸[3]。近年來，燕麥的大量種植主要是因?yàn)樗氖秤脙r(jià)值、藥用價(jià)值和飼用價(jià)值等，燕麥中含有大量的水溶性纖維等成份，有降低膽固醇、控制血糖和改善便秘等作用[4-6]。

農(nóng)藥和化肥的超標(biāo)使用，不僅不符合國家的綠色生產(chǎn)要求，同時(shí)也會(huì)降低燕麥的利用價(jià)值。繼2017年后，2020年中央一號(hào)文件再次正式提出要落實(shí)綠色農(nóng)業(yè)和清潔生產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)在根源上治理污染的同時(shí)，還要促進(jìn)化肥和農(nóng)藥的減施和高效利用[7]。這就使得微生物菌肥的生產(chǎn)迫在眉睫，與化肥相比，微生物菌肥在改良土壤環(huán)境的同時(shí)，還會(huì)在一定程度上增加作物產(chǎn)量，有助于實(shí)現(xiàn)國家倡導(dǎo)的綠色農(nóng)業(yè)[8]。

植物根際促生菌(PGPR)是一類分布于植物根際或根系表面與其共生并對(duì)植物產(chǎn)生促生作用或者可以抑制植物病原菌的一大類細(xì)菌[9]。近年來，國內(nèi)外針對(duì)不同植物的根際促生菌研究較多，李永斌等[10]發(fā)現(xiàn)從小麥的根際土壤分離的優(yōu)良菌株再接種于小麥，會(huì)使其畝產(chǎn)量顯著增加；Roriz Mariana等[11]研究發(fā)現(xiàn)，將優(yōu)良的PGPR菌劑接種到缺鐵的大豆中，會(huì)促進(jìn)鐵在葉片中的積累。隨著植物根際促生菌劑逐漸產(chǎn)業(yè)化，很多學(xué)者也開始對(duì)植物根際促生菌的不同功能進(jìn)行研究，促生菌可以提高馬鈴薯的生物量、產(chǎn)量和蛋白質(zhì)的含量，促進(jìn)辣椒根系的生長[12-13]；還能夠?qū)⒀帑溓o干物質(zhì)的比例提高13.68%，提高燕麥的產(chǎn)量和抗逆性[14-16]。以上研究均是微生物單一菌劑的研究，而微生物混合菌種菌劑相較于單一菌劑的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)能力與促生能力均能提高，且更穩(wěn)定，也是微生物菌劑將來的發(fā)展趨勢(shì)[17]。微生物復(fù)合菌劑的制作包括微生物物種的整合和選擇[18]，而物種整合則是以菌株的功能為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建微生物復(fù)合菌劑數(shù)學(xué)模型，對(duì)微生物的配比進(jìn)行研究，但是目前國內(nèi)外對(duì)于混合微生物菌劑配比的研究較少，而針對(duì)燕麥的微生物混合菌劑的配比研究更少?；诖耍们捌诤Y選的6種PGPR菌株為材料，設(shè)計(jì)不同的菌株混合比例(體積比)，制作微生物菌劑，進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，測(cè)定其對(duì)燕麥生長和品質(zhì)的影響，為后續(xù)微生物菌肥研制提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試種子 供試燕麥品種為貝勒2代，發(fā)芽率為92%，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。

1.1.2 供試菌株 供試菌株由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院草地微生物實(shí)驗(yàn)室提供，其特性見表1。

表1 PGPR菌肥制作所用菌株

1.1.3 菌肥制作 將平板上的6株P(guān)GPR菌株接種于液體LB培養(yǎng)基，180 r/min，20 ℃的搖床中培養(yǎng)24 h，用平板對(duì)峙法[19]測(cè)定菌株間的拮抗作用，在確保菌株之間沒有拮抗反應(yīng)的情況下，將各菌株以體積比為1%的接種量接種于含100 mL的無菌液體LB培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)繁(兩株固氮菌以體積比1∶1、兩株溶磷菌株以體積比1∶1的比例分別混合培養(yǎng)，分泌IAA菌株和生防菌株分開培養(yǎng))，培養(yǎng)48 h后測(cè)定其D600nm值，待菌懸液中活菌數(shù)量大于108cfu/mL即可作為微生物菌肥使用.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年8月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院智能生長室進(jìn)行，模擬室外生長條件，白天，2×104lx光照16 h，濕度55%，溫度20 ℃；夜晚，黑暗8 h，濕度60%，溫度19 ℃。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)(按比例每杯共加菌液12 mL)(表2)。挑選飽滿、完好無損的燕麥種子，用5%的NaClO消毒3 min，然后無菌水浸泡2 h，置于外徑13 cm，高9.5 cm的Hoaglands營養(yǎng)液的塑料杯中培養(yǎng)，每杯5株，生長溫度20 ℃，培養(yǎng)7 d后每杯加入12 mL的菌液，定期添加Hoaglands營養(yǎng)液供植株良好生長，燕麥生長45 d拔節(jié)期時(shí)將地上部分收獲。

表2 試驗(yàn)處理

1.3 測(cè)定指標(biāo)及其方法

在燕麥拔節(jié)期，用卷尺測(cè)定不同處理下的株高(燕麥根莖部到主莖頂部的絕對(duì)高度)；莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)定；每個(gè)塑料杯中的5株燕麥全部收獲，烘箱105 ℃、30 min殺青，然后在80 ℃下烘干至恒重，稱重，計(jì)算燕麥的干草產(chǎn)量[20]；半微量凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白含量[21]；索氏提取法測(cè)定粗脂肪含量[22]；Van Soest法測(cè)定酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量[23]。

1.4 灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析

根據(jù)灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度理論[24]，將菌肥處理對(duì)燕麥生長和營養(yǎng)品質(zhì)的影響進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。以不添加菌肥的CK為參考，其他不同比例菌肥處理的各項(xiàng)指標(biāo)為比較模式。分別計(jì)算出關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度。

關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式：

ξi(k)=

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及圖表繪制，采用SPSS20.0進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

1.1 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥生產(chǎn)性能的影響

2.1.1 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥株高的影響 與CK相比，各比例的菌肥處理對(duì)燕麥的株高均有不同程度的促進(jìn)作用。T1-T4處理分別較CK增加了5.75%、5.18%、14.15%、5.53%；不同比例菌肥處理對(duì)燕麥株高的影響為：T3> T1>T4>T2>CK，其中處理T3相較于CK差異顯著(P<0.05)，處理T1、T2和T4之間差異不顯著(P>0.05)(圖1)。

圖1 不同比例菌肥處理下燕麥的株高Fig.1 Effect of different fertilization treatments on plant height of oats注：T1：體積比1∶0∶0∶0；T2：體積比0∶1∶0∶0；T3：體積比3∶5∶1∶1；T4：體積比4∶4∶1∶1；T5：對(duì)照CK，總體積12 mL。下同

2.1.2 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥莖粗的影響 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥莖粗的影響與株高極為相似，各處理均與CK差異顯著(P<0.05)，差異為27.37%～40.51%，表現(xiàn)為T2>T4>T1>T3>CK，其他各處理間差異不顯著(P>0.05)(圖2)。

圖2 不同比例菌肥處理下燕麥的莖粗Fig.2 Effect of different fertilization treatments on stem diameter of oats

2.1.3 不同比例的菌肥處理對(duì)燕麥地上生物量的影響 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥鮮重和干重影響不同。不同比例的菌肥處理對(duì)燕麥鮮重的影響分別表現(xiàn)為： T3>T2>T1>T4>CK；對(duì)干重的影響分別表現(xiàn)為：T3>T4>T2>T1>CK。鮮重、干重均為T3處理表現(xiàn)最佳，鮮重較CK相比增加28.95 g，干重較CK相比增加5.95 g，其余3個(gè)處理與CK相比差異顯著。

圖3 不同比例菌肥處理下燕麥的鮮、干重Fig.3 Effects of different bacterial fertilizer on dry and fresh weight of oat

2.2 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥營養(yǎng)指標(biāo)的影響

2.2.1 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥粗蛋白含量的影響 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥粗蛋白含量的影響不同。各處理粗蛋白含量在7.00%～9.07%，較CK增加了6.42%～29.57%。處理T3表現(xiàn)最佳，較CK增加了29.57%；處理T1、T2和T4間差異不顯著(P>0.05)；T1、T2較CK差異顯著(P<0.05)，T4與CK間差異不顯著(P>0.05)(圖4)。

圖4 不同比例菌肥處理下燕麥的粗蛋白含量Fig.4 Effect of different fertilization treatments on crude protein of oat

2.2.2 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥粗脂肪的影響 4種比例的菌肥處理均能提高燕麥的粗脂肪含量。各處理較CK增加了0.65%～2.06%，其中處理T2效果最為顯著，粗脂肪含量達(dá)到7.80%，較CK表現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)；而處理T4與CK相比只增加了0.65%，差異不顯著。T1、T3和T4處理間差異不顯著(P>0.05)(圖5)。

圖5 不同比例菌肥處理下燕麥的粗脂肪含量Fig.5 Effects of different fertilization treatments on ether extract of oats

2.2.3 不同比例菌肥處理對(duì)燕麥ADF、NDF和RFV的影響 不同處理間ADF、NDF和RFV含量差異顯著。T1的ADF含量最低，為39.51%，顯著低于CK，較CK低1.83%，各處理間差異不顯著(P>0.05)。NDF含量變化與ADF含量變化極為相似，其中處理T4的NDF含量最低，為55.35%，與CK相比減少2.25%，各處理間差異均不顯著(P<0.05)。處理T4的RFV最大，為97.29%，較CK相比增加了5.65%，處理T1、T2和T3之間無顯著差異(P<0.05)，但均高于CK(表5)。

表3 不同比例菌肥處理燕麥的ADF、NDF和RFV

2.2.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析 不同比例菌肥的加權(quán)關(guān)聯(lián)度為T3(0.171)>T2(0.168)>T4(0.143)>T1(0.137)>CK(0.081)。綜合上述結(jié)果得出：T3處理對(duì)于燕麥的生長和品質(zhì)的提高效果最為顯著(表4)。

表4 不同比例菌肥處理關(guān)聯(lián)度排序

3 討論

3.1 不同比例的菌肥處理對(duì)燕麥生長的影響

本研究結(jié)果表明，不同比例的菌肥處理對(duì)燕麥的株高、莖粗以及地上生物量均有不同程度的增加，其中處理T3的增產(chǎn)效果最為明顯。株高和莖粗分別增加了7.96%～21.73和27.37%～45.26%，這是由于菌株在生長和繁殖過程中，可以提供植物生長直接利用的營養(yǎng)元素，也會(huì)產(chǎn)生對(duì)植物有益的代謝產(chǎn)物，以此促進(jìn)植物的生長；產(chǎn)生的赤霉素和脫落酸等，不僅會(huì)促進(jìn)植物株高增加，也會(huì)使植物橫向生長，使植物莖粗有不同程度的增加[25]；彭佳俊等[26]研究表明：增施菌肥與常規(guī)化肥相比，能有效增加油茶果的橫莖；楊鋒等[27]研究表明：微生物菌肥與化肥配施與單施化肥相比青菜的株高增加了0.33 cm，也使得產(chǎn)量顯著增加，均與本試驗(yàn)結(jié)果一致。菌株mJ-2產(chǎn)生的吲哚乙酸含有的根瘤菌會(huì)增加植物生長過程中所必須的氮素，同時(shí)固氮菌會(huì)分泌多種維生素，為植物提供氮素，也會(huì)改變燕麥根系IAA的內(nèi)源層，菌株在其代謝過程中，會(huì)增加營養(yǎng)液中的酸根離子，進(jìn)而促進(jìn)植物吸收和生長[28]；李云玲等[29]研究表明：溶磷特性良好的草木樨中華根瘤菌CHW10B顯著提高南方紅豆杉的苗高和地上生物量；邢芳芳等[30]利用1株高產(chǎn)IAA菌株HB-1顯著提高了白菜的產(chǎn)量，均與本研究結(jié)果相似。菌株Fn1和mF-4均是溶磷菌株，除了向燕麥提供磷素以外還會(huì)通過一些途徑刺激BNF的轉(zhuǎn)化效率，增強(qiáng)植物對(duì)于其他有益離子的利用率，從而促進(jìn)植物的生長。

3.2 不同比例菌肥對(duì)燕麥品質(zhì)的影響

燕麥品質(zhì)是衡量菌肥效果的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，不同比例的菌肥對(duì)燕麥的粗蛋白、粗脂肪以及粗纖維含量較CK均有不同程度的增加，粗蛋白和粗脂肪的含量分別較CK增加6.42%～42.67%和0.65%～3.10%；酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量較CK均有不同程度的降低，其中處理T3相較與T5差異顯著，分別降低了3.56%和5.34%。張博琦等[31]研究表明，微生物菌肥顯著提高玉米秸稈的粗蛋白含量，較CK增加9.1%，而且酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量降低了17.20%和13.91%。研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌肥會(huì)使植物吸收可溶性蛋白和可溶性糖的量增加，還會(huì)改變根系形態(tài)等，從而提高植物的品質(zhì)[32-33]；菌株Bn12主要起生防作用，會(huì)產(chǎn)生鐵載體，螯合不溶性的鐵，隔離燕麥根際中有限的鐵離子，降低有害離子的競爭作用，從而增強(qiáng)植物的抗逆性，增加產(chǎn)量和提高燕麥品質(zhì)；Chen等[34]研究證實(shí)，PGPR能提高植物對(duì)錳的吸收，錳可以作為許多氧化還原反應(yīng)的活化劑，并參與植物的光合作用，提高植物品質(zhì)；菌株mJ-2分泌的IAA會(huì)影響燕麥的分裂和分化，提高根系發(fā)育速率，從而會(huì)提高燕麥的營養(yǎng)品質(zhì)；Hortencia和Victor[35]研究表明,PGPR對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)有積極影響，特別是果實(shí)的大小和質(zhì)地；Yanni等[36]從水稻分離出聯(lián)合固氮細(xì)菌并回接到水稻上，顯著提高了水稻的粗蛋白含量 (P<0.05)。

4 結(jié)論

固氮、溶磷、分泌IAA、生防菌株以3∶5∶1∶1的比例混合施用促進(jìn)燕麥生長，提高其營養(yǎng)品質(zhì)效果最為顯著。