植物根际促生菌对两种叶菜生物量的影响

张振建，朱文碧，孙溪,李思佳，田耕耘，郭军康

摘要：通过前期实验筛选出合适的植物根际促生菌，经过扩大培养制成菌液，用来研究它对油麦菜、苋菜的生长是否具有促进作用。本文描述在室外将植物种子用菌液处理后播种在穴盘中，待发育成幼苗移栽至花盆内。研究不同植物根际促生菌以及不同的接种方式对促进油麦菜和苋菜的生长是否有效。研究结果表明：菌液及培养基营养物质对种子发芽率有促进作用；叶面积大的植株在使用植物根际促生菌的时候更适合采用喷叶的接种方式，而叶片面积小的植株更适合灌根的接种方式；菌液复配时效果要显著好于单一菌液；同时，植物根际促生菌的适应能力还待加强，只有其成功定植在植株根部才能发挥作用。此研究为以后研发更合适的微生物肥料提供物质和理论依据，对于使用微生物肥料进行实践生产具有重要的指导意义。

关键词：植物根际促生菌；生物量；油麦菜；苋菜

基金项目：国家自然科学基金面上项目：根际植物促生菌诱导番茄系统抗性调控镉吸收转运机理研究（41473115，2015.01-2018.12，95万元）；国家级大学生创新训练项目（201610061062，2016.05-2017.05，1万元）

中图分类号： S543 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.031

中国是人口大国，同样也是粮食消费大国。化肥的普遍使用，保障了我国粮食的基本需求。然而，我国农业生产高投入高产出的发展模式，导致农业生产严重依赖化学肥料，随着化肥使用量的增加，其利用率却逐年降低[1]，不仅造成农业生产成本增加，而且容易造成土壤质量下降，未被利用的氮、磷、钾等养分随降雨进入到地下水与江河等生态环境中，导致江河水体富营养化，引起区域生态失衡与环境污染，对农业可持续发展构成威胁。以植物根际促生菌为主要成分的微生物肥料具有绿色无毒，环境友好，肥效均衡，利于作物稳定生长等特点。在保持土壤肥力、提高营养元素转化、促进作物生长、抑制土传病害、稳定生态平衡等方面起着重要作用[2]，被人们看作是化肥的最好替代品。通过添加作物生长有益微生物有利于改变过量施肥造成土壤菌群结构单一化趋势。植物根际促生菌（Plant Growth Promoting Rhizobacteria ，PGPR）是指生存于植物根际、根表，可以通过直接或间接的方式促进植物的生长[3-5]，其主要机理是通过菌体：产生调节植物生长的信号物质，如吲哚乙酸、赤霉素、细胞分裂素和乙烯[6-7]；非共生固氮[8]；产嗜铁素[9]、抗生素[10]和氰化物[11]抵抗病原菌；溶解磷矿物及其他养分[12-14]。根据PGPR定殖于根际的位置，又可将其划分为2类：一类是胞内PGPR（intracellular PGPR， iPGPR），其特征是通常只局限性地定殖于植物某些特殊组织或细胞内，可形成根瘤；另一类是胞外PGPR（extracellular PGPR，ePGPR），其特征是定殖于根系细胞外，不形成根瘤，但能依靠产生信号物质直接促进植物生长，或者提高植物抗性或加速土壤元素循环等[15]。

随着人们生活水平的提高，蔬菜消费在膳食结构中占比逐年增加。然而根际植物促生菌对蔬菜作物生长相关研究较少。本研究通过接种根际植物促生菌，观察其对蔬菜发芽及生物量的影响，为减少农田化肥农药使用量并加速作物生长，改善设施蔬菜绿色生产技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试“四季油麦菜”种子由唐山市路南荷花坑种子繁育站生产；“一点红苋菜”种子由青县钰禾蔬菜育种中心生产。

供试菌种为PN133（乌拉尔杆菌）和Y42（土壤根瘤杆菌），均由农业部环境保护科研监测所的郭军康博士提供。

1.2 实验方法

1.2.1 菌体的培养及处理 將PN133与Y42按1∶100接种至LB液体培养基，28℃震荡培养3d，10000r/min离心3min收集菌体，保存Y42培养基，菌体以超纯水洗2次，悬浮于同体积超纯水中，待用。

1.2.2 种子的处理 新种拆包后测定其发芽率，确定其发芽率与包装相符。200粒/组分开，分为6组，分别是CK组、Y组、P组、P+Y组、Y10X组、Y100X组。等量种子表面消毒后置于各处理中浸种，其中CK组是超纯水对照组；Y组是Y42完全菌液；P组为PN133完全菌液；P+Y组是PN133和Y42两种菌液1∶1混合后的菌液；Y10X组是用离心后的Y42培养基稀释10倍后制得的培养基溶液；Y100X组是用离心后的Y42培养基稀释100倍后制得的培养基溶液。浸种时间为2小时。浸种完成后取每组3×50粒种子用于测定各处理对种子发芽率的影响。将50粒种子整齐的摆放在灭菌后的培养皿（带滤纸）中，加入3ml无菌水，放在暗通风培养箱中，28℃培养3天，每天对培养皿进行补水，保持滤纸湿润。另一部分种子按分组种在穴盘中，待其发育成幼苗，选择品质优良的幼苗进行移栽。

1.2.3 幼苗的处理 穴盘中幼苗长成后，取每盆0.8kg充分干燥的营养土，筛选品质优良的幼苗进行移栽，每盆按等边三角形栽入3株幼苗。移栽完成后，先不进行浇水，观察1日，待每株幼苗情况稳定后，再进行浇水。一周后，开始向Y组、P组、P+Y组的植株进行灌根处理，每盆按照3×5mL注入菌液；Y10X组和Y100X组进行喷叶处理，要求叶片正反面均被润湿，每周处理一次。

1.3 项目测定

在每周进行处理前，对每盆中各植株的最长叶长、叶宽和每株的叶片数进行记录，处理2次后准备收样，用电子天平称量植株的地上部分鲜重和地下部分鲜重。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS统计软件进行分析，获得平均值。对不同处理之间的差异进行单因素的方差分析和多重比较（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对种子发芽率的影响

由图1和图2可见，在恒温恒湿条件下，两种植物根际促生菌均对种子的萌发有很大的促进作用，并且在加入一定浓度的LB培养基后，种子的发芽率接近100%。

2.2 不同处理对植物生长的影响

2.2.1 苋菜的生长状况

苋菜的幼苗6月3日从穴盘移栽入盆中，稳定一周后开始向各组中加入变量，第一次处理过后，各组差异不大，苋菜生长速度缓慢；第二次处理过后，各组差异较大：灌根P、Y混合菌液的P+Y组比其他几组植株长势好，达到了0.05的显著水平，最明显的差异是相比于其他处理，本组植株高、叶片大、叶色更浓绿健壮、根茎发达，相比于对照组，叶面积、叶片数要大很多；但单独灌根P菌或Y菌对促进苋菜的生长效果并不明显，植株生长状况只是比对照组好一些。灌根和喷叶这两种处理方式对苋菜的生长影响差异不大。在苋菜收样前统计了各处理植株的平均叶长、叶宽和有效叶片数，综合计算了各处理的生长情况，从图4可以看出，P+Y组的苋菜生长状况最好，但喷叶处理的Y100X组生长水平要低于CK组，说明低浓度的培养基对苋菜的生长没有帮助。

2.2.2 油麦菜的生长状况

油麦菜的幼苗是在6月3日从穴盘移栽入盆中，稳定一周后开始向各组中加入变量，第一次处理后，各组植株生长状况差异不大，植株均长势良好；第二次处理过后，各组开始出现差异：灌根P、Y混合菌液的P+Y组和喷叶处理的Y10X组、Y100X组植株的叶片增长速度明显高于其他3组；为了验证根际促生菌的作用时效，在6月25日向各组中加入了等量的蒸馏水，10天后，继续测量植株的各项数值，发现各组植株的生长速率较加入菌液时大幅下降，只有CK组和Y10X组Y100X组植株叶片有小幅增长，分析原因可能是植株进行灌根时，使植物对细菌产生了依赖，一旦植株失去了这种外源帮助，其生长速率可能比正常植株还要低。但由于油麦菜的叶面积较大，进行喷叶处理时，叶面上存留的培养基营养物质较多，所以在一段时间内不添加新的外源菌同样能依靠培养基残留物质培育新菌来帮助其生长。通过最后统计各处理植株的平均叶长、叶宽和有效叶片数，综合计算出各处理的生长状况，见图6。从图中可看出，采用喷叶方式处理的Y10X组和Y100X组生长状况最好，其次是灌根处理的P+Y组，最差的是灌根处理的P组，可能P组对油麦菜的生长无太大的促进作用。油麦菜这种叶片较长而窄的植株，相比于苋菜那种圆形的叶片，更适合用喷叶的方式进行处理。

2.3 不同处理对苋菜收获生物量的影响

图7和图8是苋菜在第二次处理后一周称量的数据。从数据和实物图中可明显观察到，P+Y组的苋菜生长状况最好，其他各处理生长状况差异不大，喷叶处理的Y10X组和Y100X组在最后的生物量统计上不如CK组，说明喷叶处理对苋菜的生长可能作用不大。

3 结论

从上述两种叶菜生长状况来看，只有同时接种不同种PGPR，植株的生长进度才会显著提高，分析原因可能是两种PGPR对植株的功能不同。任何单一菌种只能提高植株的固氮作用或解磷解钾能力[16]。而复配施肥则可使上述功能全部作用于植株上，大大提高其肥效。

观察油麦菜后期生长速率明显下降，分析其原因可能是实验后期，PGPR在植物根系的定植关系破裂。影响微生物在植物根部定植的主要因素：一类是生物学因素， 包括微生物自身特性、接种数量、植物根系分泌物等；另一类是非生物学因素，包括土壤类型、土壤含水量和Ca2+等土壤理化性状[17]。实验期间偶遇一场特大暴雨，使油麦菜盆底部24h内始终浸泡在水中，土壤含水量骤升，导致前期的定植关系被破坏。所以在今后的实验中可以用天然抗生素抗性标记法实时检测PGPR的定植情况[18]。

考虑到PGPR自身的巨大潜力和带来的商用价值，将其引入农业生产、农林牧业、食品安全、环境保护等方面[19]，對创造良好的根际生态环境、降低化肥与农药的使用、抑制病虫害的发生将有重要的作用，在保证现代农业可持续发展的同时又可达到增产的目的。

参考文献

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作者简介：张振建，本科学历，研究方向：发酵工程。

通讯作者：郭军康，博士，教授，博士生导师，研究方向：环境科学。