植物根际促生菌普城沙雷菌A21-4对黄瓜生长及土壤微生态的影响

丁方丽李 嫚刘东平张忠良孙治强朴凤植*申顺善*

（1河南农业大学植物保护学院，河南郑州 450002；2河南农业大学园艺学院，河南郑州 450002）

植物根际促生细菌（plant growth promoting rhizobacteria，简称PGPR）是指自由存在于植物根际范围中的一类可促进植物生长、防治病害、增加产量的细菌的统称（Kloepper et al.，1980）。PGPR菌株可通过溶磷、解钾、固氮、产生植物激素等作用，直接促进植物生长，提高产量；还可以通过产生嗜铁素和抗生素等抑制病原物的生存与繁殖，进而减轻作物病害，改善植物根际土壤微生态环境，间接促进植物生长（Jung et al.，2007；李冰 等，2015）。如：从辣椒根际分离得到的具有产生IAA能力的枯草芽孢杆菌NJAU-G10能显著促进辣椒幼苗的生长和根系发育（张杨 等，2015）；枯草芽孢杆菌QM3能显著增加番茄植株叶片数，促进番茄株高及根系发育，且有效防治番茄早疫病（胡青平 等，2011）；在大豆根际同时接种慢生大豆根瘤菌和胶质类芽孢杆菌后，土壤酶活性显著提高（刘

丽 等，2015）。由于PGPR具有促进植物生长、防治植物病害和改善植物根际土壤微生态环境的优良特性，因此，很多学者都积极投入到PGPR的开发、应用研究中。邱勤等（2011）研究指出，将PGPR菌剂施于土壤后，能显著促进苜蓿的生长，同时增加土壤中细菌、真菌、放线菌等微生物的数量，进而提高土壤养分。普城沙雷菌（Serratia plymuthica）A21-4是从洋葱根际土壤中分离出的辣椒疫病生防菌，能有效定殖在辣椒根系及根际土壤，抑制辣椒疫病的发生（Shen et al.，2005），同时，能显著促进辣椒生长，改善辣椒根际土壤微生态环境（吕雅悠 等，2016）。在前期A21-4对辣椒的促生作用研究的基础上，本试验探究了A21-4对黄瓜生长及根际土壤微生态环境的影响，以期为A21-4在黄瓜实际生产中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

A21-4的利福平标记菌株（100 μL·mL-1）由河南农业大学植物病害生物防治研究室在-80 ℃超低温冰箱保存备用；黄瓜品种为寒育6号（河南豫艺种业科技发展有限公司选育）；供试培养基为TSA培养基（Tryptic Soy Broth Difco. 30 g，琼脂 18 g，蒸馏水1 000 mL）、AIA培养基（Actinomycete Isolation Agar Difco. 22 g，蒸馏水1 000 mL）和PDA培养基（Potato Dextrose Broth Difco. 24 g，琼脂18 g，蒸馏水1 000 mL）。

1.2 试验方法

本试验于2017年1～6月在河南省郑州市毛庄绿园蔬菜基地进行。1月17日在日光温室穴盘播种育苗，2月17日移栽到大棚，施肥按照蔬菜基地常规管理进行，6月15日拉秧结束。

1.2.1 A21-4菌悬液的配制及处理 将A21-4在TSA培养基上培养48 h后，用0.1 mol·L-1MgSO4无菌溶液配制成108cfu·mL-1的A21-4菌悬液。黄瓜育苗期和田间生育期分别用A21-4菌悬液处理，在育苗期，第1片真叶展开时，用A21-4菌悬液进行灌根处理（50 mL·株-1）；移栽10 d后再用A21-4菌悬液进行灌根处理（200 mL·株-1），以清水处理为对照，每个处理设3次重复，每个重复150株（6行·重复-1，25 株·行-1）。

1.2.2 黄瓜生育指标和生理指标的测定 2月17日，即黄瓜播种后30 d，每个重复选9株，每个处理3次重复，测定黄瓜苗期株高、茎粗、地上部鲜质量、根鲜质量和第3片真叶的叶绿素含量；3月19日，即移栽后30 d，每个重复取5株，每个处理3次重复，测定黄瓜开花期株高、茎粗、叶片数、叶面积和开花数；在黄瓜苗期（2月17日）、开花期（3月19日）、初果期（4月7日）、盛果期（5月2日）和采收后期（6月7日）分别测定根系活力。叶绿素含量的测定采用分光光度法，根系活力的测定采用氯化三苯基四氮唑法（高俊凤，2006）。

1.2.3 黄瓜产量和品质相关指标的测定 黄瓜采收期，每个重复选取30株（6行·重复-1，5株·行-1），每个处理3次重复，采集黄瓜果实，采用称重法测定单株黄瓜果实质量，直至结果期完结后，计算单株产量和每667 m2产量。黄瓜初果期、盛果期和采收后期分别测定品质相关指标，VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定，蛋白质含量采用考马斯亮蓝G250法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（苍晶和赵会杰，2013）。

1.2.4 黄瓜根际土壤酶活性的测定 在黄瓜开花期、初果期、盛果期和采收后期分别测定根际土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。黄瓜根际土壤样品的采集：轻轻拨开黄瓜表层土壤，收集黄瓜根际土壤，过60目筛，每处理3次重复。脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定（关荫松，1986）。

1.2.5 黄瓜根际土壤微生物数量的测定 在黄瓜开花期、初果期、盛果期和采收后期分别测定黄瓜根际土壤细菌、真菌和放线菌的数量。土壤样品的采集方法同1.2.4，根际土壤微生物的测定采用稀释平板涂布法。称取1 g土样，倒入装有100 mL无菌水的三角瓶中，充分振荡，然后用无菌水进行梯度稀释，配制成一系列浓度梯度的稀释液，将0.1 mL的稀释液均匀涂布在含PCNB的TSA平板上，置于28 ℃恒温箱中培养3 d后调查细菌数量；将0.1 mL的稀释液均匀涂布在含乳酸的PDA平板上，置于26 ℃恒温箱中培养5 d后调查真菌数量；将0.1 mL的稀释液均匀涂布在含乳酸的AIA平板上，置于28 ℃恒温箱中培养7 d后调查放线菌数量。调查细菌和真菌采用新鲜土样，调查放线菌采用自然风干的土样。

1.2.6 黄瓜根际土壤速效氮、磷、钾的测定 在黄瓜开花期、初果期、盛果期和采收后期分别测定黄瓜根际土壤速效氮、磷和钾的含量。土壤样品的采集方法同1.2.4，速效氮含量的测定采用碱解扩散法，速效磷含量的测定采用碳酸氢钠法，速效钾含量的测定采用乙酸铵浸提，火焰光度法（鲍士旦，1999）。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2003和SPSS 13.0软件进行数据分析，采用Duncan氏新复极差法（SSR法）进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 A21-4对黄瓜生育指标和生理指标的影响

A21-4处理能显著促进苗期和田间生育期黄瓜生长发育。在苗期，株高、茎粗、地上部鲜质量和根鲜质量分别比对照增加48.17%、3.62%、111.25%和53.03%，叶绿素含量比对照增加27.84%（表1）；在开花期，黄瓜株高、茎粗、叶片数、叶面积和开花数分别比对照增加27.57%、13.63%、22.35%、36.64%和23.42%（表2）。同时，A21-4处理显著提高了黄瓜各生育期的根系活力，在苗期、开花期、初果期、盛果期和采收后期，分别比对照提高70.83%、40.50%、73.58%、112.61%和50.00%（表3）。

2.2 A21-4对黄瓜产量和果实品质相关指标的影响

A21-4显著提高了黄瓜产量，每667 m2产量达到2 512.74 kg，比对照增产32.22%（表4）。同时，A21-4显著增加了黄瓜果实的蛋白质、可溶性糖和VC含量，在黄瓜初果期、盛果期和采收后期，蛋白质含量分别比对照增加150.51%、17.51%和25.65%，可溶性糖含量分别比对照增加1.07%、3.51%和13.75%，VC含量分别比对照增加123.44%、11.76%和59.06%（表5）。

表1 A21-4对黄瓜苗期生育指标和叶绿素含量的影响

表2 A21-4对黄瓜开花期生育指标的影响

表3 A21-4对黄瓜根系活力的影响

表4 A21-4对黄瓜产量的影响

表5 A21-4对黄瓜果实品质相关指标的影响

2.3 A21-4对黄瓜根际土壤酶活性的影响

A21-4显著提高了黄瓜根际土壤酶活性。在黄瓜开花期、初果期、盛果期和采收后期，A21-4处理的黄瓜根际土壤脲酶活性分别比对照提高15.05%、20.05%、14.37%和29.29%，磷酸酶活性分别比对照提高36.28%、57.77%、146.02%和115.74%，蔗糖酶活性分别比对照提高10.26%、25.69%、208.33%和55.56%，过氧化氢酶活性分别比对照提高70.00%、62.50%、14.77%和20.97% （图1）。

2.4 A21-4对黄瓜根际土壤微生物数量的影响

A21-4能显著增加黄瓜根际土壤细菌（采收后期除外）和放线菌的数量，显著减少真菌的数量。在黄瓜开花期、初果期、盛果期和采收后期，A21-4处理的黄瓜根际土壤细菌的数量分别比对照增加25.75%、26.19%、18.31%和10.49%，放线菌的数量分别比对照增加63.00%、64.86%、11.66%和106.75%，而真菌的数量分别比对照减少36.40%、36.81%、26.55%和45.81%（表6）。

2.5 A21-4对黄瓜根际土壤速效氮、磷、钾含量的影响

A21-4显著增加了黄瓜根际土壤速效氮（开花期除外）、磷和钾的含量（图2）。在黄瓜开花期、初果期、盛果期和采收后期，A21-4处理的黄瓜根际土壤速效氮含量分别比对照增加1.47%、8.86%、61.12%和22.59%，速效磷含量分别比对照增加35.16%、26.94%、6.98%和10.02%，速效钾含量分别比对照增加27.84%、9.66%、13.71%

和29.33%。

表6 A21-4对黄瓜根际土壤微生物的影响

图1 A21-4对黄瓜根际土壤酶活性的影响

图2 A21-4对黄瓜根际土壤速效氮、磷、钾含量的影响

3 结论与讨论

PGPR是定殖于植物根际环境中的一类能够促进植物生长、提高作物产量和减轻植物病害等的有益细菌。一般认为，PGPR菌株通过溶磷、固氮、分泌生长激素等直接作用促进植物生长，也通过抑制有害微生物而间接促进植物生长（田婧 等，2016）。李想等（2017）的研究表明，枯草芽孢杆菌LX-4、地衣芽孢杆菌LX-5和解淀粉芽孢杆菌LX-7不仅能通过产生生长素、细胞分裂素和赤霉素等有效促进烟草的生长，还具有广谱抑菌效果。环状芽孢杆菌XD-K-2能通过解钾作用显著促进小白菜地上部生长，同时增加根际土壤中全钾含量（陈易 等，2016）。多黏类芽孢杆菌Cp-S316能够通过产生肽类活性物质强烈抑制烟草赤星病菌菌丝生长，进而促进烟草的健康生长（王智文 等，2007）。A21-4对辣椒具有促生长和增产效果，同时能改善辣椒根际土壤微生态环境，并有效防治辣椒疫病的发生（吕雅悠 等，2016）。本试验结果表明，A21-4对黄瓜生长同样具有显著的促进效果，可以提高黄瓜品质、调节黄瓜根际土壤微生态环境，是具有应用潜力的微生物资源。另外，之前的室内试验结果表明，A21-4具有解磷和产生吲哚乙酸的功能（张维娜，2013），能降低黄瓜根际土壤疫霉菌和腐霉菌的密度，但A21-4发挥促生作用的具体机制及其应用技术还需要进一步探讨。

植物根际土壤酶活性、土壤微生物、土壤理化性质与寄主植物生长有密切关系。土壤酶活性反映了土壤的健康状况，土壤过氧化氢酶能转化土壤中有机质，土壤脲酶能促进氮素循环，土壤磷酸酶与土壤有机磷的转化有关。土壤速效养分可直接被植物吸收利用，与土壤酶活性密切相关（陈志芳 等，2014）。本试验中，A21-4显著提高了黄瓜根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性，进而提高了辣椒根际土壤速效氮、磷和钾含量。另外，土壤微生物也直接参与植物根际有机质的分解和养分的转化，且和土壤酶活性密切相关。吴传万等（2014）的研究结果表明，土壤磷酸酶活性与细菌和放线菌数量具有显著正相关；脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性与真菌数量极显著负相关，并与放线菌数量极显著正相关。本试验结果表明，A21-4提高了黄瓜根际土壤细菌和放线菌的数量，而减少了真菌的数量，这与土壤酶活性和速效氮、磷、钾含量的提高具有一定的正相关关系。A21-4对土壤酶活性、土壤速效养分和土壤微生物的具体影响，及其相关性有待进一步研究。

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