不同载体及菌肥浸提液对苏丹草种子 萌发的影响

李海云,姚 拓，韩华雯,罗慧琴,路晓雯,杨晓蕾,夏东晖

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业 可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

近年来，大量施用化肥造成的资源浪费，土壤、地下水体污染、土壤肥力下降、农产品品质下降和农业环境污染等问题亟待解决。研究表明生物菌肥是减少化肥用量的有效途径之一，也是发展低碳农业的必然选择[1]。微生物肥料含有特定功能的微生物，既能为作物生长提供必需的营养成分，又可改土、抗病、促生、克服连作障碍等成为研究的热点，对于生产优质农产品，减少环境污染有良好的作用，故筛选出优良生物菌肥载体倍受关注[2-5]。生产中理想的菌肥载体应该获取来源广泛、供应稳定、生产成本低廉、孔隙度适宜且吸附性能好，对作物及其环境没有毒害，能为微生物提供良好环境进行生长繁殖等优点[6-7]。目前，针对载体的筛选主要集中在泥炭、土壤、蛭石、煤炭、菌糠、珍珠岩等方面[4,8-9]，且主要集中在单一载体的筛选上，有关菌肥复合载体配方的报道较少。泥炭作为菌肥生产中应用最为广泛的载体，不可再生性是制约其利用的主要因素[10-11]，因此探寻替代泥炭等不可再生材料已刻不容缓。因此以不同单一载体及其复合载体为材料，系统研究不同载体及菌肥浸提液对苏丹草(Sorghumsudanense)种子萌发率、苗重及根系指标的的影响，筛选出适宜苏丹草生长的菌肥载体配方，以期为菌肥在苏丹草上的大面积推广和微生物资源的生产经营提供有效依据。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 供试作物 苏丹草种子购于甘肃创绿草业科技有限公司，其品种为大力士。

1.1.2 供试载体 将不同载体(有机堆肥、木炭、花土、菌糠、马铃薯渣和泥炭)置于室温风干3～5 d，粉碎后过2 mm筛，按表1制备载体配方。

1.1.3 供试菌株 由笔者所在课题组自主分离筛选的联合固氮菌G和优良溶磷菌Jm170、Jm92及Lx191，具体信息见表2。

表1 不同菌肥载体组合

1.2 研究方法

1.2.1 菌肥制备 将菌株Jm170、Jm92、Lx191、G分别接种于LB液体培养基，在30℃、200 r/min条件下培养2 d(含菌量>108 cfu/mL)。将各菌液等体积进行混合，将供试载体灭菌后接种混合菌液，混匀后置于28℃条件下培养，以备用。

1.2.2 载体及菌肥浸提液制备 将制备好的菌肥称取10 g于250 mL三角瓶中，加无菌水100 mL，200 r/min振荡30 min，过滤后将浸提液稀释为原始浓度的100%、50%、25%和10%。

表2 供试菌株促生特性

1.2.3 试验设计 将苏丹草种子在无菌操作台中分别用70%酒精、1%升汞、无菌水消毒处理30 s、10 min、1min，干燥3～4 h置于不同体积分数的浸提液中浸种1 h，在直径为15 cm已灭菌的培养皿中(水琼脂13 g/L)植入苏丹草种子，每个培养皿中均匀植入50粒种子，每个处理重复3次，同时设置对照，置于光照生化培养箱中，调节温度为28℃，光照强度为1 000Lx,照射16 h，每天定时记录种子发芽数。

1.2.4 测定指标与方法 浸种7 d后测定发芽率，种子发芽率=(发芽种子粒数/供试种子粒数)×100%，并随机取10株幼苗用游标卡尺测定其芽长、苗重、主根长、根表面积、根体积和根系平均直径，根系指标通过LA2400 Scanner根系扫描仪进行测定。

1.3 数据分析

利用Excel 2007和Spss 17.0进行数据统计分析，多重比较采用Duncan法，并且对不同处理间所测指标进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同载体及菌肥浸提液对苏丹草种子萌发率和苗重的影响

在100%浸提液处理中，除处理组木炭、有机堆肥和泥炭的萌发率略高于对照(P>0.05)，其余处理均低于CK(表3)，而F1和马铃薯渣的萌发率比对照含量分别降低5.8%和8.1%，说明100%的菌肥浸提液可以抑制苏丹草种子的萌发。50%浓度的浸提液处理下，各载体之间差异不显著，较对照而言，马铃薯渣的下降率最为明显，降低21.27%；F3萌发率最高，比对照升高3.16%，且与其余处理差异显著。在浸提液浓度为25%时，各处理之间差异不显著，变化基本一致；当浸提液浓度为10%时，复合菌肥载体浸提液F3、F4和F6较对照而言分别降低10.6%、22.4%、21.2%，并且差异显著。浸提液对苏丹草苗重的影响随着体积分数变化影响各异。在浸提液浓度为100%时，较对照而言，单一菌肥载体浸提液以菌糠对苗重的增重效果最大，复合菌肥载体以花土对苗重的减少影响最大，分别是对照的38.3%和23.7%。当菌肥载体浸提液体积分数减少至50%时，所有单一菌肥载体中只有木炭较对照有所降低，且差异显著；混合载体中F6有所降低，与对照差异不显著，其余载体较对照呈增加趋势。当浸提液体积分数为25%时，所有菌肥载体中只有泥炭有所降低，但与对照差异不显著，说明25%的浸提液对苏丹草苗重的影响不大，其浓度适宜苏丹草幼苗的生长。10%处理组中，单一菌肥载体中只有木炭较对照有所降低，且差异显著。

表3 菌肥浸提液处理下苏丹草的种子萌发率和苗重

注：同列不同小写字母表示显著显著(P<0.05)，下同

2.2 不同载体及菌肥浸提液对苏丹草芽长和根长的影响

相较于对照，各菌肥浸提液处理对苏丹草芽长的影响各异，单一载体菌肥浸提液体积分数为100%时，只有除木炭，泥炭，马铃薯渣差异不显著，其余各供试载体对芽长的影响差异显著，花土、有机堆肥、菌糠分别较对照增加13.7%、13.7%、25.5%(表4)。混合载体菌肥浸提液中F6与对照差异不显著，其余载体对苏丹草芽长的促生作用差异显著，且比单一载体菌肥浸提液的促生更为明显。50%浸提液处理下，载体组合F6与其他处理差异显著，且促生效果弱于其他混合载体；单个载体中以菌糠、花土和有机堆肥表现最优，但三者之间差异不显著，除F6外，整体表现为载体组合对芽长的影响大于单个载体；25%和10%处理下，单个处理中均以花土和有机堆肥对芽长的影响最大，但两者之间差异不显著，混合载体处理下F5对芽长的影响最大；在不同的浓度处理下，以50%浸提液对苏丹草芽长的影响最大。菌肥浸提液的浓度不同，对苏丹草主根长的影响各异，在100%浓度处理下，单一菌肥载体浸提液主根长以有机堆肥、菌糠的表现最优，较对照分别增加72.6%、38.5%，复合载体中以F3和F4影响最为明显(P<0.05)，且在所有菌肥浸提液中表现最优。50%处理下，单一载体菌肥浸提液较对照均有增加(P<0.05)，但以菌糠和木炭的促生更为明显，分别增加108%、70.3%，，除处理6外，其余载体的促生效果均大于50.9%，且比单一菌肥载体的促生效果更为良好。25%和10%处理下，主根长分别以F3、F4、F5/F2、F4和F6影响最大，且与对照相比，各处理之间差异显著，但总体促生效果不及50%的菌肥浸提液。

表4 菌肥浸提液处理下苏丹草的芽长和主根长

2.3 不同载体及菌肥浸提液对苏丹草根直径、表面积和体积的影响

在100%、50%、25%及10%单一载体浸提液处理下，分别以马铃薯渣、花土、木炭和花土处理的根直径最长(表5)；100%混合载体浸提液处理下F6根直径较对照增加4.3%，但差异不显著，50%混合载体浸提液处理下根直径均短于对照，25%浸提液处理下以F1、F4的根直径长于对照，但三者之间差异不显著；10%浸提液处理下只有F2的根直径较对照降低6.9%，且与对照差异不显著。50%的浸提液对根系体积的影响都大于对照，其余载体的浸提液对根系体积的影响都弱于50%的浸提液处理。50%单一载体浸提液对根系表面积的影响以以泥炭的最大，较对照增加107.1%，混合载体浸提液以F5的影响最大，较对照增加58.8%，但促进根系表面积的影响弱于单一载体泥炭的浸提液。

表5菌肥浸提液处理下苏丹草根系的平均直径、表面积和体积

Table5Effectsofbio-fertilizerextractondiameter,surperficialareaandvolumeofSorghumsudanenserootsstem

处理根系平均直径/cm100%50%25%10%根系表面积/cm2100%50%25%10%根系体积/m3100%50%25%10%对照0.46ab0.46bcd0.46ab0.46bcd19.7h19.7g19.7e19.7e0.23ef0.23e0.23f0.23fg木炭0.36e0.41ef0.51a0.43cde23.8fg29.1cde26.1bc24.3c0.22f0.29cd0.33b0.27cd花土0.39de0.51b0.45bc0.56a26.0ef25.4f20.5de25.3bc0.25de0.33b0.23f0.37a有机堆肥0.46ab0.42ef0.48ab0.40e33.7bc21.4g26.8bc20.8de0.39b0.23e0.33b0.21g菌糠0.40cde0.39f0.40d0.42de23.6fg34.2b25.5bc22.9cd0.24ef0.33b0.26de0.24ef泥炭0.38e0.61a0.39d0.43cde25.4efg40.8a24.1cd20.9de0.25de0.33b0.24ef0.23fg马铃薯渣0.47ab0.48bc0.49ab0.44bcde30.5cd32.1bc26.6bc23.9c0.36bc0.39a0.32b0.26deF10.37e0.44cde0.47ab0.48b23.2g28.7de25.6bc20.3e0.22f0.32bc0.30bc0.25defF20.43bcd0.44cde0.39d0.43cde24.9efg30.8bcd22.1d27.5b0.27d0.33b0.22f0.29bcF30.40cde0.41ef0.41cd0.47bc35.0b26.7ef31.9a25.2bc0.35c0.28d0.32b0.3bcF40.44abc0.40ef0.48ab0.46bcd42.4a28.5de34.2a27.9b0.46a0.29cd0.41a0.32bF50.44abc0.40ef0.38d0.48b30.3d31.3bcd27.9b24.1c0.33c0.31bcd0.27cd0.29bcF60.48a0.44cde0.45bc0.46bcd27.5de21.4g24.6c31.6a0.33c0.24e0.28cd0.36a

2.4 不同菌肥浸提液对苏丹草生长特性

2.4.1 主成分分析 分别将25%和50%处理组的萌发率、芽长、苗重、主根长、根表面积、根系平均直径和根体积7个指标进行主成分分析。在7个因子中，25%处理组前3个因子的累积贡献率已达到91.686%，而50%处理组的前3个因子累积贡献率仅为84.919%(表6)。25%处理组中主成分1的方差贡献率为46.973%，主成分2的方差贡献率为25.951%，主成分3的方差贡献率为18.942%，而50%处理组中主成分1、2和3的方差贡献率分别为39.740%，28.334%和16.845%(表7)。对于25%处理组，在第1主成分中苗重、根表面积和根体积的载荷值大，而第2主成分中发芽率和根系平均直径的载荷值大，在第3主成分中，载荷值较大的是根体积；50%处理组中，第1主成分中根长、根表面积和根体积的载荷值大，第2主成分芽长和苗重的载荷值大，第3主成分中，载荷值较大的是发芽率。

2.4.2 综合得分评价 以12种不同基质为载体的菌肥浸提液浸种对苏丹草种子的发芽率和幼苗生长影响较大(表8)。50%菌肥浸提液处理组中促生效果排名为F5>F2>菌糠>马铃薯渣>F3>F4>F1>有机堆肥>泥炭>花土>木炭>F6。对于25%菌肥浸提液处理组，各处理的主因子及综合得分排名与50%处理组之间存在较大变化。各处理的综合得分为F4>F1>有机堆肥>木炭>F3>马铃薯渣>F6>菌糠>F5>花土>F2>泥炭。

表6 不同处理组旋转前因子载荷矩阵和方差贡献

注:X1为萌发率;X2为芽长;X3为苗重;X4为主根长;X5为根表面积;X6为根系平均直径;X 7为根体积,下同

表7 不同处理组苏丹草发芽参数的主成分分析

综上可知，50%处理组中复合载体菌肥(F6除外)综合排名均优于单一载体菌肥，复合载体菌肥以F5和F2最佳，单一载体菌肥以菌糠和马铃薯渣较好；25%处理组中复合载体菌肥F4最佳，F1和F3次之，F2最差，而单一载体菌肥中有机堆肥最佳，木炭次之，而花土和泥炭较差，说明菌肥浸提液的浓度(体积分数)对苏丹草种子的萌发具有一定程度的影响，且效果明显优于无菌水浸种处理。

表8 不同处理组菌肥浸提液浸种各指标主因子得分及排序

3 讨论

固体菌肥浸提液中不仅含有载体中的营养成分，还有有益的微生物菌种。种子发芽率的高低通常会影响其潜在的利用率和经济价值，利用菌肥浸提液处理植物种子，是引发种子活力、发芽率和整齐度的一项重要技术，也是检测固体菌肥性能的有效方法之一。本研究发现，在不同浓度的浸提液处理下，马铃薯渣都能抑制苏丹草种子的萌发，即使将马铃薯渣与其他载体相组配形成的复合载体F2和F5，其发芽率均低于对照，而其余不同浓度载体浸提液对苏丹草幼苗的萌发率影响不大，总体而言，菌肥浸提液浓度为25%时，与不同体积分数的载体浸提液相比，菌肥浸提液可提高种子萌发率。影响种子萌发的因素有种子的成熟度、光照、温度及含水量等[12-22]，而种子的萌发率主要与种子自身的活力有关，本研究的菌肥浸提液对苏丹草种子萌发不显著的可能原因是苏丹草在不打破种皮的条件下其活力相对较高所致。实验发现，不同体积分数的浸提液和菌肥载体对苏丹草芽长的影响变化不明显，而对苏丹草的苗重差异极显著(P<0.01)，这也与Siddikee等[23]利用植物根际促生菌的菌悬液浸种水稻种子后，不仅使幼苗鲜重显著提高，还能够有效缓解盐胁迫的结果相吻合。不同体积分数的载体和菌肥浸提液对芽长和苗重较对照变化各异，但载体相同时，菌肥浸提液能明显促进苏丹草芽的生长和苗重，这可能是添加的菌剂分泌的IAA等物质促进了幼苗的生理活性，加速了其生长速度，也可能是载体中的有效元素被添加的菌剂生命活动所利用，减少或解除了载体中有害成分对苏丹草种子生长的抑制作用。在促进芽长和苗重方面，25%浸提液的复合载体菌肥优于其单一载体菌肥，复合载体中以处理3效果最佳，而单一载体以花土、有机堆肥和菌糠最佳。

根系是植物吸收矿质元素、合成碳水化合物等生长调节物质的主要部位，也是微生物活动最旺盛的部位，微生物会通过根系向环境中分泌释放生长代谢物，其代谢产物会促进或抑制植物本身的生长发育，对植物生长发育发挥着重要作用[24]。本试验结果表明不同载体的菌肥浸提液对苏丹草根长、根表面积、根体积和根系平均直径影响显著，究其原因可能是菌肥浸提液中的植物根际促生菌能够分泌某些乙酸、乳酸、延胡索酸、苹果酸等有机酸，分泌的有机酸通过一系列的代谢过程加速溶解了菌肥载体中难溶性磷，磷素促进了苏丹草根系的生长发育；植物根际促生菌还可以分泌生长激素类物质，这些生长素可以被植物根系直接吸收利用，以促进根系的生长发育；或植物根际促生菌通过其强大的固氮能力将游离的氮素转化为苏丹草幼苗可直接利用的氮素，增加氮素营养成分，促进根长的生长，根系表面积及根系体积的增大[25]。此外，浸提液浓度的高低对苏丹草种子的萌发具有一定的影响，100%的浸提液不利于种子的萌发，25%～50%体积分数浸提液有利于种子萌发和幼苗发育。在根系体积和根系表面积方面表现最为明显，这与史威威等的报道，100%羊粪有机肥浸提液对燕麦的发芽率具有抑制作用，而25%和50%的浸提液有促进作用的结论一致[26]。在菌肥复合载体中以F2(40%泥炭+60%马铃薯渣)促生效果最差，F3(40%泥炭+40%木炭+20%花土)和F4(20%泥炭+40%菌糠+40%花土)效果最佳。单一载体菌肥中有马铃薯渣和花土效果较差，机堆肥和木炭的效果较好。总体而言，菌肥载体浸提液对苏丹草种子的萌发效果呈现复合菌肥载体强于单一菌肥载体，可能的原因首先是复合载体的营养元素组成更为全面，有利于苏丹草种子吸收更多的营养成分；其次是复合菌肥载体在化学特性方面不但有天然高分子化合物，还有氨基酸、单糖等小分子化合物；在物理性质方面其透气、保水、缓冲力、吸附性更强，因此，复合载体的这些特性更有利于植物根际促生菌的定殖和生长。

4 结论

体积分数为25%和50%的载体及菌肥浸提液浸种能显著促进苏丹草种子萌发，且25%菌肥浸提液处理组显著优于25%载体浸提液处理组。与CK相比，以F4为载体的菌肥，芽长、苗重、根长、根表面积分别提高24.4%，28.9%，69.6%，73.6%。复合载体菌肥中以F1(40%泥炭+60%木炭)、F3(40%泥炭+40%木炭+20%花土)和F4(20%泥炭+40%菌糠+40%花土)，单一载体菌肥中处理以马铃薯渣、菌糠和有机堆肥效果较好。