植物根際促生菌肥代替部分化肥對黑青稞生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

何建清，張格杰

（西藏農(nóng)牧學(xué)院 植物科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝 860000）

青稞（Hordeum vulgarevar.nudumHook. f.）屬于禾本科大麥屬大麥的一個(gè)變種，成熟時(shí)因其籽粒外稃與穎果分離，又稱為裸大麥[1]。青稞具有抗逆性強(qiáng)和適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，因此能適應(yīng)高寒地區(qū)的環(huán)境。青稞是青藏高原重要的糧食、經(jīng)濟(jì)和飼料作物，距今已有約3 500 a 的種植歷史[2]。青稞具有高蛋白質(zhì)、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖的特性，并富含多種微量元素和氨基酸，是開發(fā)保健品的理想谷類原料，其秸稈還是高原家畜的優(yōu)質(zhì)飼料[3]。因此，青稞在西藏具有舉足輕重的作用，尤其是近年來隨著西藏旅游業(yè)的迅速發(fā)展和青稞保健產(chǎn)品的開發(fā)，市場對青稞的需求越來越大。根據(jù)顏色，可將青稞分為白青稞、藍(lán)青稞、紫青稞及黑青稞等。其中，西藏隆子黑青稞屬于西藏自治區(qū)隆子縣地方特產(chǎn)，2014 年12 月11 日原國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)對“隆子黑青稞”實(shí)施地理標(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)，地方特色隆子黑青稞受重視程度日益加深，種植推廣面積日益擴(kuò)大，2019 年種植面積為2 533.33 hm2[4]。西藏耕種土壤養(yǎng)分基本狀況為氮素偏低，缺乏磷素[5]。為了維持和提高青稞產(chǎn)量，每年需向土壤中施入大量化肥。這不僅推高了生產(chǎn)成本，而且大量施用化肥易造成土壤板結(jié)、肥力下降，導(dǎo)致作物收益率減少，甚至耕地退化[6]。此外，生產(chǎn)化肥對非再生能源消耗大，化肥的大量使用也為食品安全帶來了巨大隱患。因此，有必要探尋新的低能耗、低排放及環(huán)境友好型肥料，以期部分替代化肥，發(fā)展高效益循環(huán)農(nóng)業(yè)[7]。

植物根際促生菌（Plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）是指生存于植物根系附近土壤中或者附生于植物根系上，能顯著促進(jìn)植物生長發(fā)育及其對礦物質(zhì)營養(yǎng)的吸收利用，并能緩解外界環(huán)境對植物脅迫和提高植物抗病蟲害能力的一類有益微生物[8?9]。研究表明，PGPR 菌肥具有良好的固氮、溶磷、分泌植物激素并抑制植物致病菌的能力[10]。自1978 年在馬鈴薯（Solanum tuberosum）上率先報(bào)道PGPR 以來，大量的研究證實(shí)PGPR 廣泛存在于多種植物中[11]。近年來，PGPR 成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一，已從一些植物根際分離篩選出大量高效優(yōu)良的PGPR 菌株，并廣泛應(yīng)用于促進(jìn)作物生長、改善土壤微生物環(huán)境[12]。利用優(yōu)良促生菌株研制的環(huán)境友好型接種劑還可改良土質(zhì)、增加土壤肥力，維持土壤健康，是發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的理想肥料。目前，國內(nèi)外學(xué)者已從一些作物如黑果枸杞、箭筈豌豆等的根際篩選出大量優(yōu)良促生菌株，部分菌株已用于商業(yè)化菌肥生產(chǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用[9，11，13]。目前，國內(nèi)外關(guān)于PGPR 對黑青稞的促生作用尚未見報(bào)道。鑒于此，擬利用前期從黑青稞根際篩選的11 株優(yōu)良PGPR 菌制作PGPR 菌肥，研究其對黑青稞生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為PGPR菌肥在黑青稞生產(chǎn)上的應(yīng)用和推廣提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在西藏林芝市農(nóng)牧學(xué)院實(shí)習(xí)農(nóng)場（N 29°40′15′、E 94°20′25′）。該地海拔2 970 m，年平均氣溫13.5 ℃，年降水量660 mm，年日照2 000 h，無霜期190 d。試驗(yàn)地塊土壤質(zhì)地為砂壤土。供試土壤理化性質(zhì)：pH值6.12、有機(jī)質(zhì)20.1 g/kg、全氮2.21 g/kg、堿解氮175.0 mg/kg、有效磷5.70 mg/kg。

1.2 供試菌株

試驗(yàn)用菌株是前期從西藏黑青稞根際篩選的優(yōu)良PGPR，對種子萌發(fā)的促生效果明顯[14]。綜合培養(yǎng)性狀、生理生化特點(diǎn)、分泌植物激素能力、盆栽試驗(yàn)結(jié)果等，從中挑選出11 個(gè)菌株作為供試菌株（表1）。

表1 制作PGPR菌肥所用菌株的基本特征Tab.1 Basic characteristics of strains used in PGPR bacterial fertilizer production μg/mL

1.3 PGPR菌肥制作

將上述11株促生菌分別接種于LB 液體培養(yǎng)基中，于28 ℃、160 r/min 搖床培養(yǎng)60 h。待菌株充分生長后，利用紫外分光光度計(jì)測定各菌株懸浮液OD（Optical density）值。當(dāng)OD 值 大 于0.5（波 長660 nm）時(shí)調(diào)其OD 值等于0.5。將腐殖土干燥、粉碎、過0.25 mm 篩網(wǎng)，按照腐殖土與珍珠巖1∶1 混合，調(diào)pH值至7.0。將其分裝于食用菌栽培袋中，每袋500 g，于126 ℃下滅菌2.0 h。冷卻后分別量取150 mL PGPR 菌株懸浮液于滅菌腐殖土與珍珠巖1∶1 混合制成的載體中，充分混勻，28～30 ℃培養(yǎng)7～10 d，常溫保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)共設(shè)12 個(gè)處理：CK 為全量化肥（尿素150 kg/hm2+過磷酸鈣120 kg/hm2）；11 個(gè)分別利用上述菌株研制的PGPR 菌肥+半量化肥（尿素75 kg/hm2+過磷酸鈣60 kg/hm2）處理（分別以對應(yīng)的菌株編號作為處理代號）。其中，尿素N≥46.4%，過磷酸鈣P2O5≥12.0%。每個(gè)處理重復(fù)3 次，共36 個(gè)小區(qū)，完全隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積6 m2（2.5 m×2.4 m），行距25 cm，埂寬30 cm，黑青稞條播。

試驗(yàn)前將黑青稞種子與上述PGPR 菌肥按1∶1進(jìn)行拌種，2～3 h后播種，CK用等量的農(nóng)田土拌種后播種。播前先施化肥，覆一層土，后播拌過菌肥的黑青稞種子，之后立即覆土。田間管理一致。供試作物為西藏自治區(qū)山南市隆子縣的黑青稞，種子發(fā)芽率為85%，黑青稞播種量為225 kg/hm2，于2021年4月15日播種。

1.5 測定項(xiàng)目及方法

在黑青稞苗期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取面積為1 m2的樣方進(jìn)行黑青稞出苗數(shù)的調(diào)查。株高、鮮質(zhì)量、根體積、干質(zhì)量、根長、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、小區(qū)產(chǎn)量等采用文獻(xiàn)[15]中的方法測定。用凱氏定氮法測定浸提液的含氮量，含氮量乘以系數(shù)5.83 即為籽粒粗蛋白含量；采用鉬銻抗比色法-紫外分光光度計(jì)測定籽粒磷含量；采用火焰光度計(jì)測定籽粒鉀含量；采用AAS 法測定籽粒鋅含量；采用索氏脂肪抽提法測定籽粒粗脂肪含量[16?17]。獲取各處理小區(qū)平均產(chǎn)量后換算成單位面積產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用DPS 7.05 對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PGPR菌肥處理對黑青稞出苗的影響

由表2 可知，各供試PGPR 菌肥對黑青稞種子出苗影響不同。供試的11種菌肥中，與CK相比，菌肥SR6-1、SR10-6、LQ14-2、SR15-2、SR26-3 和HQ36-1 能顯著提高黑青稞的出苗數(shù)（P<0.05），出苗數(shù)較CK 提高12.88%～112.50%。其中，促生效果最好的是菌肥SR10-6；其次是菌肥SR6-1，出苗數(shù)較CK 提高了34.85%；位于第三的是菌肥SR15-2，出苗數(shù)較CK提高了22.73%。

表2 PGPR菌肥處理對黑青稞出苗的影響Tab.2 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on emergence of black highland barley

2.2 PGPR菌肥處理對黑青稞株高的影響

PGPR 菌肥處理對黑青稞株高的影響見表3。在苗期，PGPR 菌肥SR6-1、SR10-6 和HQ36-2 處理黑青稞株高均顯著高于CK（P<0.05），相比于CK，增加7.74%～8.82%。其中，菌肥SR10-6的促生效果最好。拔節(jié)期，各PGPR 菌肥處理的株高均明顯高于CK（P<0.05），與CK 相比，增加10.53%～39.85%。其中，促生效果最好的是PGPR 菌肥SR21-1 處理。抽穗期，PGPR 菌肥SR11-3、LQ14-2、SR15-2、SR26-3、HQ36-1 和HQ36-2 處理的株高均顯著高于CK（P<0.05），與CK 相比，增加1.58%～21.57%。其中，促生效果較好的是PGPR 菌肥LQ14-2 和SR26-3 處理，株高較CK 分別增加了21.43%、21.57%。成熟期，除PGPR菌肥SR6-1和SR10-3外，其余PGPR菌肥處理均能增加黑青稞株高，與CK 相比，增加2.22%～24.45%。其中，效果最好的是PGPR 菌肥SR22-3；其次為菌肥SR15-2、SR10-6 和SR21-1，黑青稞株高較CK 分別增加了15.14%、15.05%、14.06%。

2.3 PGPR菌肥處理對黑青稞鮮質(zhì)量及根冠比的影響

PGPR 菌肥對黑青稞鮮質(zhì)量及根冠比的影響見表4。在施用PGPR 菌肥后，拔節(jié)期，菌肥SR21-1、SR22-3和SR26-3處理的黑青稞地上鮮質(zhì)量均明顯高 于CK（P<0.05），較CK 分 別 增 加40.31%、4.41%、1.10%；菌 肥SR10-6、SR15-2、SR21-1、SR26-3 和HQ36-2 處理黑青稞地下鮮質(zhì)量均顯著高于CK（P<0.05），分別較CK 增加18.71%、18.71%、23.87%、24.52%、4.52%，其中菌肥SR21-1 和SR26-3較高，且它們之間差異不顯著；有7種菌肥處理黑青稞的根冠比高于CK，即菌肥SR10-3、SR10-6、SR11-3、SR15-2、SR21-1、SR26-3 和HQ36-2，根冠比較CK 增加5.0%～85.0%。抽穗期，施用PGPR 菌肥后，除PGPR 菌肥SR6-1 和SR26-3 處理地上鮮質(zhì)量高于CK 外，其他菌肥處理地上鮮質(zhì)量及所有菌肥處理地下鮮質(zhì)量、根冠比均低于CK。

表4 PGPR菌肥處理對黑青稞鮮質(zhì)量及根冠比的影響Tab.4 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on fresh weight and root-shoot ratio of black highland barley

2.4 PGPR菌肥處理對黑青稞根長及根體積的影響

PGPR 菌肥對黑青稞根長和根體積的影響見表5。施用PGPR 菌肥后，拔節(jié)期和抽穗期，PGPR 菌肥SR10-6 和SR21-1 處理對黑青稞的促生效果較好，根長均顯著長于CK（P<0.05）。其中，菌肥SR10-6 處理拔節(jié)期、抽穗期黑青稞根長分別較CK增加22.39%、19.75%。拔節(jié)期和抽穗期，菌肥SR10-6、SR11-3、LQ14-2、SR15-2 和HQ36-2 處理黑青稞根體積均顯著高于CK（P<0.05）。其中，菌肥SR10-6 處理拔節(jié)期和抽穗期黑青稞根體積較CK分別增加了5.88%、3.70%。

表5 PGPR菌肥處理對黑青稞根長及根體積的影響Tab.5 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on root length and root volume of black highland barley

2.5 PGPR菌肥處理對黑青稞產(chǎn)量組成及產(chǎn)量的影響

不同PGPR 菌肥處理對黑青稞產(chǎn)量組成及產(chǎn)量的影響不同。由表6 可知，PGPR 菌肥SR6-1、SR10-3、SR10-6、SR15-2、SR22-3、SR26-3 和HQ36-2 均能增加黑青稞的千粒質(zhì)量，相比于CK，增加1.22%～10.52%。其中，效果最好的是PGPR 菌肥SR15-2；其次為SR10-6，千粒質(zhì)量較CK 增加了6.15%。施用PGPR 菌肥后，相比于CK，除PGPR 菌肥SR6-1 和HQ36-1 外，均能增加黑青稞的穗粒數(shù)，增加13.04%～30.43%。其中，效果最好的是PGPR菌肥SR26-3；其次為菌肥SR22-3，穗粒數(shù)較CK 增加了28.26%；再次是SR10-3，穗粒數(shù)較CK 增加了24.63%；然后是SR10-6 和SR15-2，穗粒數(shù)均較CK增 加 了23.91%。 PGPR 菌 肥SR10-3、SR10-6、LQ14-2、SR21-1、SR22-3、SR26-3 和HQ36-2 均能增加黑青稞的產(chǎn)量，相比于CK，增產(chǎn)12.88%～97.09%。其中，增產(chǎn)效果最好的是PGPR 菌肥SR10-6；其次為SR10-3，相比于CK 產(chǎn)量增加了69.37%；再次是菌肥LQ14-2 和HQ36-2，黑青稞產(chǎn)量較CK分別增加了54.51%、49.79%。

表6 PGPR菌肥處理對黑青稞產(chǎn)量的影響Tab.6 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on yield of black highland barley

2.6 PGPR菌肥處理對黑青稞籽粒營養(yǎng)成分的影響

不同PGPR 菌肥處理黑青稞籽粒粗蛋白、粗脂肪、磷、鉀和鋅含量見表7。除PGPR菌肥SR11-3處理黑青稞籽粒粗蛋白含量高于CK 外，其余10種PGPR 菌肥處理黑青稞籽粒粗蛋白均低于CK，且差異均達(dá)顯著水平（P<0.05）。黑青稞籽粒粗脂肪含量除PGPR 菌肥HQ36-2 處理低于CK 外，其他10 種PGPR 菌肥處理黑青稞籽粒粗脂肪含量均顯著高于CK（P<0.05）。其 中，效 果 最 好 的 是PGPR 菌 肥SR11-3，黑青稞籽粒粗脂肪含量較CK 增加了266.67%，其次為PGPR 菌肥SR15-2 和SR26-3，黑青稞籽粒粗脂肪含量較CK 分別增加了236.11%、233.33%，再次是PGPR菌肥HQ36-1，黑青稞籽粒粗脂肪含量較CK 增加了155.56%，菌肥LQ14-2、SR21-1、SR10-3、SR22-3、SR10-6 和SR6-1 黑青稞籽粒粗脂肪含量分別較CK 增加了141.67%、100.00%、91.67%、47.22%、41.67%、22.22%。和CK比較，11 種PGPR 菌肥處理黑青稞籽粒磷含量均顯著高于CK（P<0.05），增加5.25%～43.63%。其中，PGPR 菌肥HQ36-1 處理效果最好；其次為PGPR 菌肥SR6-1，黑青稞籽粒磷含量較CK 增加了36.98%；再次是菌肥LQ14-2，黑青稞籽粒磷含量較CK 增加33.69%，菌 肥SR21-1、SR22-3、HQ36-2、SR26-3、SR11-3、SR15-2、SR10-6和SR10-3處理，黑青稞籽粒磷含量分別較CK 增加了23.65%、16.53%、14.73%、14.29%、12.06%、12.06%、11.31%、5.25%。從黑青稞籽粒鉀含量來看，大多數(shù)PGPR 菌肥處理黑青稞籽粒的鉀含量高于CK，效果最好的是PGPR菌肥SR10-6，籽粒鉀含量較CK 增加了17.07%；其次為PGPR 菌肥HQ36-1，籽粒鉀含量較CK 增加了15.61%；再次是菌肥SR6-1，籽粒鉀含量較CK 增加了14.15%。除PGPR 菌 肥SR11-3 外，其 余10 種PGPR 菌肥處理黑青稞籽粒鋅含量均高于CK，增加4.72%～99.02%。其中，效果最好的是PGPR 菌肥SR6-1；其次為菌肥SR10-3，黑青稞籽粒鋅含量較CK 增加了91.33%；再次是菌肥SR10-6，黑青稞籽粒鋅含量較CK增加了55.86%。

表7 PGPR菌肥處理對黑青稞籽粒營養(yǎng)成分含量的影響Tab.7 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on content of nutritional components in grains of black highland barley

3 結(jié)論與討論

研究表明，PGPR 能夠通過固氮，溶解土壤中的無機(jī)磷、有機(jī)磷及分泌植物激素如生長素（Indole?3?acetic acid，IAA）等，直接促進(jìn)植物生長發(fā)育[18]。本研究采用大田完全隨機(jī)區(qū)組排列，研究了11 株P(guān)GPR 對黑青稞的促生效果。結(jié)果表明，本研究制作的PGPR 菌肥大多數(shù)可明顯促進(jìn)黑青稞生長。綜合來看，菌肥SR10-6 處理促生效果最好，其黑青稞出苗數(shù)、苗期株高、根長、根體積、產(chǎn)量及籽粒磷、鉀、鋅含量整體上明顯高于CK，這可能與該菌株具有多功能性有關(guān)。大量研究表明，具有較好應(yīng)用前景或者已經(jīng)在農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用的抗病PGPR 一般都兼具多種抗病促生機(jī)制，產(chǎn)生抗生素、鐵載體、蛋白酶等與拮抗相關(guān)的次級代謝產(chǎn)物，有效地抑制土傳病害；同時(shí)某些拮抗菌具有固氮、溶磷、產(chǎn)ACC 脫氨酶、產(chǎn)IAA 等功能特性，可以促進(jìn)植物生長、改善土壤的微生態(tài)環(huán)境[19]。有研究表明，在土壤中接種PGPR 能夠促進(jìn)土壤中閉蓄態(tài)磷的溶解釋放，增加土壤中礦質(zhì)態(tài)氮和有效磷、鉀的含量，提高養(yǎng)分利用率，有利于植物體對氮、磷、鉀的吸收利用[20]。同時(shí)，土壤中PGPR 通過產(chǎn)生植物激素如IAA 等改變根系的結(jié)構(gòu)，增加根長、根表面積、根總體積等，從而促進(jìn)植物根系生長[13]。

雖然各PGPR 菌肥處理對黑青稞不同生育時(shí)期株高整體上均有促進(jìn)作用，但促生效果主要表現(xiàn)在拔節(jié)期和抽穗期，這與前人研究結(jié)果[21]一致。綜合來看，制作的PGPR 菌肥處理對黑青稞根體積的促進(jìn)作用大于根長，可能是由于多數(shù)促生菌都可分泌IAA，而IAA 誘導(dǎo)可刺激其側(cè)根產(chǎn)生[22]，也可能與其他植物激素調(diào)控有關(guān)，這需要進(jìn)一步研究。

本研究制作的菌肥多數(shù)可明顯增加黑青稞的產(chǎn)量，增產(chǎn)12.88%～97.09%。其中，增產(chǎn)效果最好的是菌肥SR10-6；其次為菌肥SR10-3，黑青稞產(chǎn)量較CK 增加了69.37%；再次是菌肥LQ14-2 和HQ36-2，黑青稞產(chǎn)量較CK 分別增加了54.51%、49.79%。PGPR 菌肥使化肥減量，黑青稞不減產(chǎn)的主要原因可能是施入土壤中的PGPR 菌株促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，對土壤肥力的形成、植物營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化起了重要作用；PGPR 菌肥中微生物的代謝有助于植物根系對水分、養(yǎng)分的吸收；PGPR 菌株代謝活動中分泌的激素可以刺激植物生長、拮抗植物病害，對植物的生長和發(fā)育具有促進(jìn)作用[7]。

本研究制作的菌肥對黑青稞品質(zhì)也有一定的影響。菌肥SR11-3 處理黑青稞粗蛋白含量明顯高于CK。這可能是溶磷菌在溶解土壤磷素為作物吸收利用的同時(shí)，也能促進(jìn)作物對氮素的吸收。除菌肥HQ36-2 外，其余10 種PGPR 菌肥均能顯著提高黑青稞粗脂肪含量（P<0.05）。PGPR 菌肥＋半量化肥的處理均能增加黑青稞籽粒磷含量，大多數(shù)PGPR 菌肥＋半量化肥處理能提高黑青稞籽粒鉀和鋅含量。

綜上，本研究制作的11 種PGPR 菌肥在促進(jìn)黑青稞的生長、增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)方面各有不同表現(xiàn)。有關(guān)研究結(jié)果也表明，促生菌肥在田間的應(yīng)用效果存在著很大差異[23]。除了與施用區(qū)氣候特點(diǎn)、宿主植物、土壤狀況有關(guān)，還受到菌種來源、菌劑組成、菌種組合與比例、載體種類與質(zhì)量、施用量的影響。因此，如何優(yōu)化上述各種因子，以達(dá)到最佳的田間接種效果，還需要深入研究。

本研究條件下，綜合考慮PGPR 菌肥配施半量化肥處理對黑青稞生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以PGPR 菌肥SR10-6+半量化肥處理效果為最佳。與CK 相比，菌肥SR10-6 對黑青稞出苗數(shù)、成熟期株高、拔節(jié)期根長、拔節(jié)期根體積分別增加了112.50%、15.05%、22.39%、5.88%；千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、產(chǎn)量分別增加了6.15%、23.91%、97.09%；籽粒粗脂肪、磷、鉀和鋅含量分別增加了41.67%、11.31%、17.07%、55.86%。 菌 株SR10-6（Serratiasp.）可作為開發(fā)和推廣黑青稞專用生物肥料的優(yōu)良菌種。