不同濃度微生物菌劑對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

陳嘉雨，楊小宇，徐正宏，常偉娜，王志剛

不同濃度微生物菌劑對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

陳嘉雨1，2，楊小宇1，2，徐正宏1，2，常偉娜1，2，王志剛1，2

（齊齊哈爾大學(xué) 1. 生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，2. 黑龍江省農(nóng)業(yè)微生物制劑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

近年來，我國(guó)對(duì)水稻生產(chǎn)的需求與日俱增，根際促生菌（PGPR）是改善土壤肥力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)的重要因子．開發(fā)水稻微生物肥料利于水稻綠色生產(chǎn)．通過浸種促生、盆栽促生、復(fù)合菌株田間促生實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證根際促生菌對(duì)水稻的促生作用．通過浸種促生實(shí)驗(yàn)分析不同的菌液及濃度對(duì)水稻的促生效果．結(jié)果顯示，單菌OD600=0.5的菌液對(duì)水稻的促生效果最好，混合菌液的促生效果高于對(duì)照組，但相比單菌OD600=0.5的效果差異不明顯．通過盆栽促生實(shí)驗(yàn)、復(fù)合菌株田間促生實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)OD600=0.5菌液處理后的水稻對(duì)莖鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、總根長(zhǎng)度、根尖數(shù)等指標(biāo)均有明顯的促生長(zhǎng)效果．得出在OD600=0.5濃度下的單菌LZP02和混菌對(duì)水稻的促生效果較好．研究將為水稻微生物肥料的開發(fā)和利用奠定理論依據(jù)，對(duì)提高水稻產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義．

水稻；根際促生菌；根系；促生效果

水稻是我國(guó)糧食產(chǎn)量最多、種植面積最大、單產(chǎn)最高的糧食作物，稻米是全國(guó)60%左右人口的主要食物[1]．水稻的生產(chǎn)在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，與國(guó)計(jì)民生關(guān)系密切[2]．在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大量施用化肥、殺蟲劑，不僅使土壤質(zhì)量惡化，環(huán)境污染，影響作物正常生長(zhǎng)，還會(huì)使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，從而對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成影響[3]．隨著我國(guó)有機(jī)綠色工業(yè)的發(fā)展，化肥產(chǎn)品逐步向高效化、環(huán)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、多功能化方向發(fā)展[4]，微生物肥料以無污染、低成本、低能耗、高肥效等優(yōu)點(diǎn)將成為今后農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向．

微生物肥料是一種新型肥料，其可利用微生物的生命活動(dòng)獲取作物所需要的營(yíng)養(yǎng)，也被稱為菌肥[5]．土壤中微生物通過參與有機(jī)物更新、養(yǎng)分循環(huán)和生物修復(fù)等過程來維持土壤功能．微生物肥料在防治土傳病害，維持和改善土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)和維護(hù)生態(tài)平衡等方面發(fā)揮重要作用[6-8]．微生物肥料中應(yīng)用最廣泛的是根際促生菌（plant-growth promoting rhizobacteria，PGPR）[9-10]，將其定義為能夠接種于植物并且促進(jìn)其生長(zhǎng)的土壤微生物[11-13]．植物根際促生菌對(duì)植物生長(zhǎng)的影響機(jī)制主要有：增加土壤中氮、磷、鉀的溶解量，產(chǎn)生多種激素，生產(chǎn)并螯合鐵載體，對(duì)病原菌的生長(zhǎng)有一定的抑制作用等[14-15]．PGPR可單獨(dú)作為一個(gè)單元在生物圈中發(fā)揮作用，可促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和增加土地的肥力[16-17]，且這些菌種之間的相互影響非常復(fù)雜[18]．盆栽實(shí)驗(yàn)研究顯示，在土壤中接種SJ-101顯著提高了芥菜的生物量，并促進(jìn)植物生長(zhǎng)[19]．Ling[20]等通過盆栽實(shí)驗(yàn)和田間實(shí)驗(yàn)證明，施加由SQR21制得的微生物肥能明顯增加西瓜產(chǎn)量，并能有效減少根際土壤尖孢鐮刀菌的數(shù)量．Han[21]等從中國(guó)南部地區(qū)的根際土壤中分離出的HR4是一種能促進(jìn)植株生長(zhǎng)并具有固氮能力的菌株，可以作為一種生防菌株，用于防治水稻紋枯病和其他一些常見的病害．且接種劑的濃度也會(huì)在很大程度上影響作物生長(zhǎng)．本文使用解磷菌（LZP02）、溶磷菌（LZP03）2個(gè)菌種對(duì)水稻的促生情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，為環(huán)境友好型生物肥料的生產(chǎn)及生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)提供支持．

1　材料與方法

1.1　培養(yǎng)基配方

LB培養(yǎng)基（1L）：酵母5.0 g，蛋白胨10.0 g，NaCl 8.0 g，瓊脂20.0 g，pH7.0．液體培養(yǎng)基不加瓊脂．

蒙金娜有機(jī)培養(yǎng)基（1L）：葡萄糖10.0 g，（NH4）2SO40.5 g，CaCO31.0 g，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.03 g，MgSO4·7H2O 0.3 g，KCl 0.3 g，NaCl 0.3 g，MnSO4·H2O 0.03 g，酵母粉0.5 g，卵磷脂0.2 g，瓊脂20.0 g．液體培養(yǎng)基不加瓊脂．

1.2　實(shí)驗(yàn)處理

實(shí)驗(yàn)于2022年3～4月在齊齊哈爾大學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室日光溫室內(nèi)進(jìn)行．實(shí)驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，OD600=0.5的LZP02菌液（T1），OD600=1的LZP02菌液（T2），OD600=0.5的LZP02和LZP03的混合菌液（T3），OD600=1的LZP02和LZP03的混合菌液（T4），對(duì)照組（CK）．

1.3　浸種促生實(shí)驗(yàn)

用LB培養(yǎng)基分別培養(yǎng)水稻根際促生菌LZP02和LZP03至菌懸液OD600=0.5，OD600=1，將LZP02和LZP03等體積混合，獲得混合菌懸液OD600=0.5，OD600=1．將水稻種子用5%的NaClO消毒5 min后，用無菌水清洗6次，用菌液浸泡稻種24 h，將稻種置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，以無菌LB培養(yǎng)基為對(duì)照，每組處理3個(gè)平行．在溫度25℃、濕度60%的氣候箱中暗培養(yǎng)，每天記錄水稻發(fā)芽情況并分析相關(guān)指標(biāo)．

1.4　盆栽促生實(shí)驗(yàn)

用鹽水漂浮法挑選優(yōu)質(zhì)水稻種子，選種后用清水清洗，加入燒杯中30℃浸種．使用LB培養(yǎng)基將篩選的水稻根際促生菌LZP02培養(yǎng)至濃度為OD600=0.5，將水稻播種在澆灌30 mL菌液的營(yíng)養(yǎng)缽中，以30.0 mL的無菌LB培養(yǎng)基為對(duì)照，每5株稻米均進(jìn)行5次實(shí)驗(yàn)重復(fù)．將培養(yǎng)缽置于30℃、光照12 h的人造氣候箱中；在30℃條件下，黑暗12 h；實(shí)驗(yàn)期間用無菌水澆灌．水稻2葉之后白天溫度設(shè)置為20℃，晚上溫度為15℃．利用測(cè)量尺測(cè)量水稻株高，起點(diǎn)為水稻莖基部，終點(diǎn)為水稻生長(zhǎng)點(diǎn)．電子天平測(cè)量地上鮮質(zhì)量、地下鮮質(zhì)量．將水稻幼苗放于烘箱中，先于105℃烘干30 min，然后調(diào)為80℃烘干至恒質(zhì)量，用電子天平測(cè)量水稻地上干質(zhì)量和地下干質(zhì)量．用根系掃描儀掃描水稻根系圖片，用托普根系分析軟件進(jìn)行分析，并記錄數(shù)據(jù)．

1.5　復(fù)合菌株田間促生實(shí)驗(yàn)

用LB培養(yǎng)基對(duì)已篩選出的水稻根際促生菌LZP02，LZP03分別培養(yǎng)，然后分別接種于含LB培養(yǎng)基的發(fā)酵培養(yǎng)罐中培養(yǎng)2 d，將發(fā)酵后的菌液混合制成OD600=0.5和OD600=1的復(fù)合菌液備用．將稻種在培養(yǎng)皿中室溫下進(jìn)行發(fā)芽處理，將發(fā)芽的稻種放入秧盤內(nèi)，在秧盤上預(yù)先培植好幼苗土壤，加完水稻種子后再覆上一層育苗土．實(shí)驗(yàn)組為按質(zhì)量比10%添加菌液的稻苗，對(duì)照組為按質(zhì)量比10%添加無菌水的秧盤，20 d后測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)．

1.6　數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019整理數(shù)據(jù)，SPSS 22.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析，Graphpad prism 8軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖（<0.05）．

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1　菌株浸種對(duì)水稻發(fā)芽的促生效果

通過7 d的培養(yǎng)，得到不同濃度的菌液對(duì)水稻種子促生的發(fā)芽率（見圖1）．CK組的平均發(fā)芽率為69.52%；T1組的平均發(fā)芽率為88.56%，相比于對(duì)照組增加了19.04%；T2的平均發(fā)芽率為80.94%，相比于CK組增加了11.42%；T3組的平均發(fā)芽率為79.04%，相比于CK組增加了9.52%；T4組的平均發(fā)芽率為76.18%，相比于對(duì)照組增加了6.66%．經(jīng)菌液處理過的水稻種子中，T1組平均發(fā)芽率最高，T4組平均發(fā)芽率最低．混菌的促發(fā)芽效果明顯優(yōu)于對(duì)照組，但與單菌的效果沒有明顯差異．1～4 d，T1組的發(fā)芽數(shù)最多，5～7 d，大多數(shù)種子都已發(fā)芽．由此可知，OD600=0.5的LZP02菌液對(duì)種子促生效果最好，可能加快種子萌發(fā)．OD600=1的菌液濃度可能過高，所以對(duì)種子的促生萌發(fā)效果不顯著．

圖1　不同處理下浸種促生發(fā)芽

2.2　根際促生菌對(duì)水稻幼苗的促生影響

在浸種促生實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證明，OD600=0.5的LZP02菌液對(duì)種子的促生效果最好，因此采用該濃度的菌株驗(yàn)證其在盆栽實(shí)驗(yàn)中的促生效果．通過測(cè)量尺、電子天平、根系掃描儀對(duì)培養(yǎng)25 d后的水稻幼苗的株高、根鮮質(zhì)量、總根長(zhǎng)度、根表面積、根尖數(shù)等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量．由水稻幼苗根系掃描圖（見圖2）可見，菌液處理的水稻幼苗根系與培養(yǎng)基處理的水稻幼苗根系相比，總根長(zhǎng)度明顯增加，根尖數(shù)顯著增加．經(jīng)T1的LZP02菌液處理的水稻幼苗的株高、莖鮮質(zhì)量明顯高于無菌LB培養(yǎng)基處理的水稻幼苗．其中，T1處理組的株高相比于CK對(duì)照組增加了27.83%，莖鮮質(zhì)量相比于CK對(duì)照組增加了17.59%（見圖3）．經(jīng)菌液處理的水稻幼苗的總根長(zhǎng)度、投影面積、表面積和根尖數(shù)均大于CK處理組，且差異顯著（見表1）．

圖2　水稻幼苗根系形態(tài)掃描

注：左側(cè)為CK處理；右側(cè)為T1處理．

圖3　不同處理組對(duì)水稻幼苗株高和莖鮮質(zhì)量的影響

表1　經(jīng)OD600=0.5菌液（T1）處理的水稻幼苗根系指標(biāo)的影響

2.3　復(fù)合菌株對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

利用電子天平、根系掃描儀對(duì)培養(yǎng)25 d后的水稻幼苗根鮮質(zhì)量、總根長(zhǎng)度、根尖數(shù)等進(jìn)行測(cè)量．水稻幼苗根系掃描見圖4．由圖4可見，經(jīng)混菌OD600=0.5菌液處理后的水稻幼苗的側(cè)根數(shù)、總根長(zhǎng)度明顯高于對(duì)照組的水稻幼苗．

圖4　水稻幼苗根系掃描

注：從左向右依次為CK，T3，T4處理．

不同處理組的水稻幼苗根系指標(biāo)見表2．由表2可見，經(jīng)T3，T4處理后的水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育受到顯著影響，T3處理組水稻幼苗的總根長(zhǎng)度變化最為顯著，T3處理組總根長(zhǎng)明顯高于T4處理組，T4處理組總根長(zhǎng)又顯著高于CK；水稻幼苗根的投影面積、表面積均產(chǎn)生不同程度的變化，這2項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果表明，T3和T4處理組投影面積和表面積均顯著高于CK組；T3，T4處理后對(duì)水稻幼苗根的體積和根尖數(shù)與CK比較亦有小幅度影響，但并沒有顯著變化．

表2　經(jīng)不同濃度混菌處理的水稻根系指標(biāo)的影響

不同處理組對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響見圖5．由圖5可見，與CK處理相比，經(jīng)T3處理后的株高顯著增加（<0.05），T4處理的株高也高于CK組，但并無顯著差異；T3處理的莖鮮質(zhì)量最高，顯著高于其他2個(gè)處理組（<0.05），根鮮質(zhì)量無顯著差異；T3處理組莖的干質(zhì)量無顯著差異，根的干質(zhì)量卻顯著高于其他2個(gè)處理組（<0.05）．

圖5　不同處理組對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

3　討論與結(jié)論

水稻是我國(guó)最重要的糧食產(chǎn)物之一，近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，我國(guó)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求也越來越多．PGPR微生物肥料能為植物根系的生長(zhǎng)、植物發(fā)育供給養(yǎng)分[22]．微生物菌肥中的活性微生物可以相互作用，從而使土壤得到特殊的化肥效果，以改善作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[23]．水稻根際促生菌能產(chǎn)生大量的植物激素并具有溶磷、解磷、解鉀等作用，這些功能可以改善土壤的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[24]．本文通過比較不同濃度下微生物菌劑對(duì)水稻的促生效果以及浸種促生實(shí)驗(yàn)和盆栽促生實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)使用OD600=0.5時(shí)的LZP02菌株處理水稻種子時(shí)，水稻種子的發(fā)芽率明顯提升，水稻幼苗的株高、總根長(zhǎng)度、根尖數(shù)、莖鮮質(zhì)量與CK相比均有不同程度的增加．根尖數(shù)和總根長(zhǎng)度越多，水稻幼苗可吸收營(yíng)養(yǎng)成分的面積越大，水稻幼苗的鮮質(zhì)量也會(huì)增加．因此，此濃度的菌液可改善根系形態(tài)組成．通過復(fù)合菌株田間促生實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)使用OD600=0.5的LZP02和LZP03的混合菌液處理水稻種子時(shí)，水稻幼苗的株高、總根長(zhǎng)度、根尖數(shù)、莖鮮質(zhì)量、莖干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量與CK相比也均有不同程度的增加，這與前人報(bào)道相一致，根際促生菌能促進(jìn)側(cè)根的發(fā)育和伸長(zhǎng)，從而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)，并對(duì)根的形態(tài)產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在根體積、根表面積及總根長(zhǎng)度等形態(tài)變化方面[25]．OD600=0.5相比于OD600=1的混合菌液效果好的原因可能是由于OD600=1的混合菌液中菌體密度過大，導(dǎo)致其在水稻根系生存空間不足，使其菌內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加大，影響了水稻幼苗根系的生長(zhǎng)發(fā)育．與CK相比，在土壤中添加根際促生菌后，水稻幼苗根系的各項(xiàng)指標(biāo)均得到改善，表明菌種能顯著促進(jìn)水稻幼苗根系的發(fā)育．李想[26]等研究發(fā)現(xiàn)，淀粉芽孢桿菌LX7、地衣芽孢桿菌LX5和枯草芽孢桿菌LX4對(duì)煙草的影響主要表現(xiàn)為增加根直徑、根表面積、根表面積和總根長(zhǎng)度．番茄的質(zhì)量和品質(zhì)可以通過beb-13bs根際促生菌得到提升[27]．本文中經(jīng)不同濃度和菌株的組合在水稻的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有良好應(yīng)用前景，為指導(dǎo)水稻生產(chǎn)提供了一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為微生物肥料發(fā)展提供了技術(shù)支持．

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Effects of various microbial agent concentrations on the growth of rice seedlings

CHEN Jiayu1，2，YANG Xiaoyu1，2，XU Zhenghong1，2，CHANG Weina1，2，WANG Zhigang1，2

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，2. Heilongjiang Provincial Technology Innovation Center of Agromicrobial Preparation Industrialization，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

In recent years，the demand for rice production in China is increasing day by day，and plant-growth promoting rhizobacteria（PGPR）is an important factor in improving soil fertility and promoting crop growth．Developing rice microbial fertilizer is beneficial to green rice production．The effect of plant-growth promoting rhizobacteria on rice rhizosphere was verified by field progenitor tests such as seed immersion experiments，potexperiments，and multi-strainfield experiments．By comparing the stimulation effect of different bacterial fluids and concentrations on rice seeds by soaking seeds，the results showed that the bacterial solution of mono-bacterium OD600=0.5 had the best promotion on rice，and the promotion of mixed bacterial liquid was better than that of the control group，but the effect was not obvious compared with mono-bacterial OD600=0.5．Through pot experiments and field experiments of multi-strain，it was proved that rice with OD600=0.5 bacterial liquid treatment had obvious promotion effects on stem fresh weight，root fresh weight，total root length and number of root tips．It was concluded that mono-bacterium LZP02 and mixed bacteria at the concentration of OD600=0.5 had the better pro-growth effect on rice．This study will offer the theoretical groundwork for the development and application of rice microbial fertilizer，which is critical for increasing rice output and agricultural sustainability．

rice；plant-growth promoting rhizobacteria；root system；promotion effect

1007-9831（2023）10-0066-06

Q93

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.10.013

2023-06-20

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202010232014）

陳嘉雨（2000-），女，黑龍江鶴崗人，在讀碩士研究生，從事微生物資源與開發(fā)研究．E-mail：1526008810@qq.com

王志剛（1980-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，教授，博士，從事微生物資源與開發(fā)研究．E-mail：wangzhigang@qqhru.edu.cn