根際溶磷菌對(duì)牧草品種扁穗雀麥生長(zhǎng)促進(jìn)作用的機(jī)理——材料和方法、結(jié)果與分析
對(duì)扁穗雀麥(Bromuscartharticus)根際溶磷菌進(jìn)行分離，得到6株溶磷菌株。采用盆栽試驗(yàn)，比較接種6種不同溶磷菌株對(duì)扁穗雀麥的株高、分蘗數(shù)、根長(zhǎng)、地上與地下部分生物產(chǎn)量等的影響，同時(shí)也進(jìn)行了營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)(粗蛋白、粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、全磷和全鈣)的測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：溶磷菌肥能促進(jìn)扁穗雀麥根系生物量的增加，Br24，Br7和Br17的效果最明顯；溶磷菌對(duì)株高和產(chǎn)量的促進(jìn)作用在植物生長(zhǎng)早期要優(yōu)于后期，Br24與Br7效果最好。施加溶磷菌肥能夠顯著提高了植物總磷含量，降低了總鈣與中性洗滌纖維含量(除Br8與Br17)，促生效果較好的菌株粗蛋白含量略有下降(P>0.05)，而促生效果不顯著的菌株粗蛋白含量顯著增加。綜合分析，生產(chǎn)應(yīng)用潛力最大的2個(gè)菌株為Br24與Br7。
磷是繼氮之后影響植物生長(zhǎng)的第二大量元素。磷在植物中占干重總量的0.05%～0.50%，是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的組成成分，在結(jié)構(gòu)和生理上起著重要作用，同時(shí)又以多種方式參與植物體內(nèi)的各種生理代謝，對(duì)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝，以及作物的早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)都起著重要的作用，磷素不足是限制植物生長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。土壤中磷含量在400～1 200 mg/kg，但能直接被植物吸收利用的磷只有1 mg/kg。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用磷肥不僅會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，而且肥料中的速效磷很容易與土壤中的鐵、鋁生成難溶的化合物，加之磷在土壤中的運(yùn)動(dòng)速度很慢，植物體難以吸收利用。因此，最有效最環(huán)保的方法是篩選土壤根際中的溶磷菌為植物生長(zhǎng)提供磷源。
溶磷菌是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育最重要的土壤微生物之一，它能夠通過分泌自身代謝物降解土壤中難溶性磷。有研究報(bào)道，溶磷菌能夠通過不同的途徑促進(jìn)植物生長(zhǎng)，分泌甲酸、乳酸、丁二酸等多種有機(jī)酸是其主要溶磷機(jī)理，為植物提供可利用的磷源。此外，溶磷菌還能夠與其他土壤有益微生物相互作用，促進(jìn)土壤中鐵細(xì)菌的產(chǎn)生。除了直接促進(jìn)植物生長(zhǎng)外，溶磷菌還可以通過改善植物生長(zhǎng)環(huán)境間接促進(jìn)植物生長(zhǎng)，通過分泌氫氰酸和抗菌素類藥物抑制有害病菌的生長(zhǎng)，以及降低乙烯含量，延緩植物衰老等作用。
扁穗雀麥因其品質(zhì)好、生長(zhǎng)快，是貴州喀斯特地區(qū)適應(yīng)性較好的牧草品種之一，但其在發(fā)芽與苗期都面臨低磷脅迫危害，溶磷菌還具有一定的底物特異性與物種專一性。以扁穗雀麥根系土壤中分離獲得的溶磷菌為材料，通過盆栽試驗(yàn)研究其對(duì)扁穗雀麥生長(zhǎng)的影響，旨在篩選出可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)的溶磷菌株，同時(shí)探討溶磷微生物對(duì)植物生長(zhǎng)促進(jìn)作用的機(jī)理。
1材料和方法
1.1供試菌株及培養(yǎng)土壤
試驗(yàn)地土壤全氮1.85 g/kg，全磷2.86 g/kg(P2O5)，全鉀15.66 g/kg(K2O)，有機(jī)質(zhì)47.08 g/kg，堿解氮111 mg/kg，有效磷35.5 mg/kg，速效鉀317 mg/kg，pH為7.04。選用PKO無機(jī)培養(yǎng)基(含磷酸鈣)分離菌株，保存用LB培養(yǎng)基，組成及配方參考文獻(xiàn)方法進(jìn)行，溶磷菌從扁穗雀麥根際土壤中分離獲得，其特性分析參考文獻(xiàn)方法(表1)。
表1供試菌株溶磷量和分泌生長(zhǎng)素能力
注：*將根洗凈，用研缽磨碎后，離心取上清液分離培養(yǎng)
1.2播種與栽培管理
取田間耕作層土壤0～20 cm，除去礫石及雜草枯枝后，混勻過2 mm篩，高溫高壓蒸汽滅菌2 h后裝于栽培盆中，每盆裝1.5 kg。扁穗雀麥種子用50℃溫水浸泡過夜，用75%酒精浸種5 min，無菌水沖洗2～3次，1%的氯化汞消毒10 min，用無菌水沖洗5～6次后浸泡于溶磷菌懸液2～3 h，取出按常規(guī)方法播種于直徑20 cm盆中，每盆播種25粒，每菌株3個(gè)重復(fù)，以不接種菌株為對(duì)照，置于生長(zhǎng)室，22℃，16 h光照，8 h黑暗，光照強(qiáng)度為12 000 Lx。種子發(fā)芽后每盆保存10株進(jìn)行觀察。每次刈割后每缽追施尿素0.5 g，整個(gè)試驗(yàn)周期為6個(gè)月，在試驗(yàn)過程中未見明顯元素缺乏表型。
1.3農(nóng)藝性狀測(cè)定
播種后每生長(zhǎng)1個(gè)月測(cè)量30個(gè)單株的株高，植株高度為地面到旗葉的高度。刈割后每材料隨機(jī)選5株為一個(gè)整體測(cè)定地上部分干重，每組測(cè)6個(gè)重復(fù)。分蘗數(shù)為最后1次刈割植株的分蘗數(shù)，測(cè)量30個(gè)單株。根長(zhǎng)與根重為最后1次測(cè)產(chǎn)時(shí)將根系全部取出進(jìn)行根長(zhǎng)、鮮重、干重的測(cè)定值，測(cè)15個(gè)生物學(xué)重復(fù)。用每組樣品5次測(cè)產(chǎn)的地上部分混合均勻后進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成份分析。植株?duì)I養(yǎng)分析參照文獻(xiàn)方法測(cè)定。粗蛋白(凱氏定氮法)；全磷(H2SO4-H2O2，消煮-釩鉬黃比色法)；全鈣(干灰化-原子吸收分光光度法)；粗脂肪(重量法)；中性洗滌纖維(NDF)與酸性洗滌纖維(ADF)含量以范氏(Van Soest)洗滌法測(cè)定。
1.4數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)用Excel 2010與SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，根據(jù)t檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著分析(P<0.05水平)。
2結(jié)果與分析
2.1溶磷菌浸種對(duì)扁穗雀麥根系特性的影響
相對(duì)于各溶磷菌對(duì)株高的顯著促生作用，其對(duì)根系的促進(jìn)效果較弱。接種不同溶磷菌菌液的扁穗雀麥的根系長(zhǎng)度與對(duì)照差異不顯著(表2)。但植物根系的重量均比對(duì)照有增加趨勢(shì)，除Br13與Br20外，其他處理均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，其中，Br24，Br7和Br17促生效果最好(P<0.01)。干重的變化趨勢(shì)與鮮重相同，Br3與Br20與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)，Br24、Br7、Br17與Br8均顯著高于對(duì)照(P<0.05)。
表2不同溶磷菌處理下扁穗雀麥根系特性
注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)
2.2不同溶磷菌對(duì)扁穗雀麥株高的影響
不同溶磷菌對(duì)植物的促生效果不同，在試驗(yàn)早期(第1茬)，6種溶磷菌都能顯著促進(jìn)扁穗雀麥生長(zhǎng)，其株高增加54.7%～120.7%(P<0.05)。第二茬與第三茬試驗(yàn)中，施用溶磷菌液的扁穗雀麥整體比對(duì)照要高，但相互之間差異不顯著(P>0.05)。而對(duì)第4茬與第5茬產(chǎn)量測(cè)定表明，除了Br13，施用其余溶磷菌液的扁穗雀麥的株高與對(duì)照沒有顯著差異(P>0.05)，Br13在第5茬中顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。從總體分析，篩選的溶磷菌屬于快生型溶磷菌種，對(duì)植物早期生長(zhǎng)的促生效果更明顯，其中Br24，Br13和Br73種溶磷菌的促生效果最好(表3)。
表3不同溶磷菌處理下的扁穗雀麥株高
2.3不同菌株對(duì)扁穗雀麥植株分蘗的影響
株高與分蘗數(shù)是禾本科牧草產(chǎn)量的兩個(gè)決定性因素，試驗(yàn)中施加不同菌液對(duì)扁穗雀麥分蘗數(shù)發(fā)現(xiàn)，菌液能不同程度促進(jìn)植株的分蘗，其中施用Br7與Br24菌液的植株分蘗數(shù)比CK增加69%～73%(P<0.05)，Br8、Br13、Br17與Br20對(duì)植株分蘗的促進(jìn)效果相對(duì)較弱，施用后盡管分蘗數(shù)增加，但與對(duì)照差異不顯著(P>0.05，圖1)。
圖1不同菌株處理下的扁穗雀麥植株分蘗數(shù)注:*表示差異顯著(P<0.05)
2.4不同溶磷菌對(duì)扁穗雀麥產(chǎn)量的影響
測(cè)定不同菌液對(duì)扁穗雀麥產(chǎn)量的促生效果發(fā)現(xiàn)菌液的促生效應(yīng)主要表現(xiàn)在植物生長(zhǎng)早期，盡管每個(gè)菌株都有促生效果，但增加幅度與持續(xù)時(shí)間差異較大。第1茬與第2茬測(cè)產(chǎn)時(shí)，除Br13與Br20外，所有的菌液都對(duì)產(chǎn)量有顯著促進(jìn)作用(P<0.05)，第3茬測(cè)產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)只有施用Br7，Br17與Br24的植株產(chǎn)量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，Br8，Br13與Br20差異不顯著。第4茬與第5茬產(chǎn)量測(cè)定表明只有Br7與Br24兩種菌液對(duì)植物促生達(dá)顯著水平(P<0.05)，然而其促生的增產(chǎn)幅度也比前3茬降低，其余菌液對(duì)植物促生效果與對(duì)照差異不顯著。5茬草總產(chǎn)量比較發(fā)現(xiàn)，Br24與Br7對(duì)產(chǎn)量促進(jìn)效果最好，Br13和Br17次之，而Br8與Br20對(duì)產(chǎn)量促進(jìn)作用不明顯(表4)。
2.5溶磷菌液對(duì)扁穗雀麥品質(zhì)的影響
根據(jù)施用菌液的差異將每個(gè)處理下5次刈割的扁穗雀麥牧草混合均勻，測(cè)定其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的變化。粗蛋白是決定牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，不同溶磷菌液對(duì)扁穗雀麥粗蛋白含量影響較大，其中Br13與Br20顯著高于對(duì)照(P<0.05)，Br8與Br17與對(duì)照相當(dāng)，Br7與Br24略低于CK，但他們與對(duì)照間均沒有達(dá)到差異顯著水平(P>0.05)。施用溶磷菌液使扁穗雀麥粗脂肪的含量有下降的趨勢(shì)，Br7、Br8、Br17與Br20與對(duì)照相比，粗脂肪含量下降16%(P<0.05)，Br13與Br20沒有顯著變化(P>0.05)。中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維是衡量牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，并與動(dòng)物采食量以及消化率顯著相關(guān)。除Br8與Br17菌株外，施用其余菌液均能顯著降低扁穗雀麥的中性洗滌含量(P<0.05)，但有增加酸性洗滌纖維含量的趨勢(shì)，除了施用Br13菌液比對(duì)照略低外，其余各菌液都不同程度提高了扁穗雀麥酸性洗滌纖維的含量，但都未達(dá)到差異顯著(P>0.05)。使用溶磷菌液以后，扁穗雀麥的含磷量比對(duì)照高9.52%～19.05%(P<0.05)。然而施用溶磷菌液顯著降低了扁穗雀麥植株鈣含量，除Br8以外，其余各菌液降低值>70%(表5)。
表4不同溶磷菌處理下扁穗雀麥生物產(chǎn)量(干重)mg/(5株)
注:同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)
表5不同菌種處理下扁穗雀麥的品質(zhì)
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