甘蔗与大豆间作的根际促生菌筛选及促生效应研究

卜俊瑶 Abdullah Khan 蒋雨珂 王梓轩

[摘 要] 为探究甘蔗与大豆间作过程对甘蔗和大豆光合作用量、生物量及根际微生物的影响，选择中蔗1号与桂春豆9号进行甘蔗大豆间作、甘蔗单作、大豆单作3种种植模式试验。结果表明，甘蔗与大豆间作模式对甘蔗的光合作用量、株高、叶长、根长度、根深度、根宽度及根际土C、N、P含量均有显著影响，与大豆间作的甘蔗光合作用量、株高、叶长、根长度及根际土C、N、P含量分别提高了6.2%、5.4%、7.6%、48.5%和43%、17%、33%，并在间作的甘蔗根际土中培养出了产吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）量最高的菌种，IAA产量达0.704 mg/L。因此，甘蔗与大豆间作是一种可以有效增加产量且绿色的生产模式。

[关键词] 甘蔗;大豆;间作;产量

[中图分类号] S565.1;S566.1 [文献标识码] B [文章编号] 1674-7909（2020）01-92-4

甘蔗是我国重要的糖料作物，甘蔗的糖产量占全国总糖产量的90%以上。我国甘蔗种植面积约为160万hm2，我国是世界上第三大甘蔗种植大国。但是，甘蔗幼苗期长，种植之间的行距相对于其他禾本科作物来说较宽，而且叶面积系数小，致使光能利用率低，导致我国的甘蔗栽培成本相比其他作物来说偏高。在有限的空间及成本下将大豆与甘蔗间作，可以提高甘蔗生物量及空间利用率[1]。间作是指同一田地上同时种植2种或2种以上生长季节相近或具有部分相同生育期的作物，这也是中国传统农业栽培方法之一。豆科、禾本科作物间作因种间促进及生态位互补作用而在世界范围内被广泛应用[2]。本试验在前人试验研究的基础上选用中蔗1号与桂春豆9号，在间作模式下探究其对甘蔗和大豆光合作用量、根际微生物及根际土C、N、P含量的影响，为甘蔗和大豆间作提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甘蔗品种为中蔗1号，大豆品种为桂春豆9號。试验用塑料盆，高45 cm，直径30 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 试验采用盆栽法。试验于广西大学温室进行，种植时每株施用有机肥约500 g，其他时间不施肥。种植完成后每株灌溉约700 g水。试验设甘蔗—大豆间作、大豆单作和甘蔗单作3个处理，每个处理5次重复，在间作处理区内甘蔗与大豆按照1∶2的比例栽种。

1.2.2 测定内容。①大豆种植后55 d左右，对甘蔗和大豆的株高、叶长进行测量，以了解大豆对甘蔗促生的外在表现情况。

②间作体系中甘蔗与大豆的光合作用，采用GFS—3000便携式光合荧光测量系统测量。

③根际土C、N、P含量：N含量采用凯氏定氮法测定，P含量采用钼锑抗比色法测定，C含量采用重铬酸钾—硫酸氧化法测定。

④甘蔗、大豆根分析：将新鲜采集的甘蔗、大豆根进行拍照，并采用Root Analyze软件分析。

⑤筛选产吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）的菌种并计算IAA产量：将刚采集的新鲜根际土放于室温下自然风干，取10 g风干土样放入250 mL三角瓶中并加入90 mL灭菌水，放入30 ℃、150 r/min的摇床上振荡20 min后取出静置10 min[3]，取其上清液进行10倍递减稀释，稀释度采用103～105，将稀释液分别涂于牛肉膏蛋白胨平板上，培养条件为30 ℃、32 h，倒置培养[4]。挑取单菌落纯化后接种于含有L-色氨酸（100 mg/L）的LB液体培养基中，32 ℃、180 r/min条件下摇床培养20 h。将筛选出的细菌制成菌液，采用SaLkowski比色法，并测量其OD530值，绘制IAA标准曲线，计算不同菌产IAA的能力，筛选出产量最高的菌株甘油管保存[5]。

1.3 数据处理及分析

采用Excel和GraphPad Prism 8软件进行数据整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 间作对甘蔗与大豆株高、叶长的影响

甘蔗与大豆间作模式下甘蔗的株高、叶长明显高于甘蔗单作，分别高出5.4%（见图1）、7.6%（见图2），可见甘蔗具有明显的间作优势[6]。甘蔗与大豆间作模式下大豆的株高、叶长分别低于大豆单作12.8%（见图3）和7.0%（见图4），可见间作模式下大豆表现出间作弱势。

2.2 间作对甘蔗、大豆光合作用的影响

植物光合作用强度影响着植物生长繁殖速度，光合作用速率和光合产物形成最终影响作物产量和品质[7]。由图5和图6可知，在甘蔗、大豆生长期，间作模式下甘蔗光合作用高于甘蔗单作6.2%，间作模式下大豆光合作用高于大豆单作22.9%，表明甘蔗与大豆间作促进了双方的光合作用，从而加速了甘蔗生长。

2.3 间作对甘蔗、大豆根际土C、N、P含量的影响

C、N、P含量会通过影响甘蔗大豆根际土中联合固氮菌群落结构和固氮活性而影响甘蔗生物固氮效率[8]。因此，了解根际土C、N、P含量有利于探究甘蔗与大豆间作时的生长代谢情况。如图7～9所示，间作甘蔗根际土的N、P、C含量分别高于单作甘蔗17%、33%、43%。如图10～12所示，间作大豆根际土的N、P、C含量分别高于单作大豆22%、33%、27%。这结果表明甘蔗与大豆间作可以提高土壤C、N、P含量，从而提高土壤基础肥力。

2.4 甘蔗大豆间作对甘蔗、大豆根系的影响

如图13显示，间作的甘蔗根长约长于单作甘蔗48.5%，根深约大于单作甘蔗51.7%，根宽约小于单作甘蔗22.9%;间作的大豆根长约短于单作大豆70.0%，根深约小于单作大豆88.0%，根宽约大于单作大豆20.8%。这表示间作模式下甘蔗根系比单作甘蔗更加壮硕，根系可吸收营养的面积更大，更有助于实现甘蔗高产。

3 讨论与结论

前人对甘蔗与大豆间作已有许多研究，如李志贤指出甘蔗间作豆科作物和绿肥均能有效提高甘蔗的产量（11.3%～33.8%）和品质（锤度1.1%～18.5%），而甘蔗间作同时能实现对农田空间的有效使用和肥料的高效利用（“绿色农业”和“化肥零增长”）[9]。本试验表明，间作处理下甘蔗的株高、叶长等均高于单作，但间作的大豆却呈现弱势，但总体来说间作还是表现出绝对优势的体系[10]。

本试验研究表明，间作的甘蔗、大豆光合作用均高于单作，从而使间作的甘蔗、大豆生长更加旺盛，而且间作的甘蔗、大豆的根际土中C、N、P含量也都大于单作，有效提高了土壤肥力，从而促进作物生长[11]。

IAA是植物生长素的一种[12]，IAA能促进植物细胞快速增长，还具有促进细胞分裂、分化和调节生根等生理功能[13]。在甘蔗、大豆的间作根际土中培养出了IAA产量最高的菌株，可说明间作模式为一部分有益微生物提供了更有利的生长环境，从而更好地促进植物生长繁殖[14]。

此外，间作的甘蔗根长、根深均大于单作，虽然根宽略小于单作，但总体来看，间作的甘蔗根系明显强壮于单作甘蔗根系。这可能是因为大豆根部的根瘤菌等微生物的加入，促进了甘蔗对养分的吸收，使甘蔗长得更加强壮，但大豆反之，但总体来说，间作依然是优势体系。

参考文献

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[2]肖相政，刘可星，廖宗文.生物有机肥对番茄青枯病的防效研究及机理初探[J].农业环境科学学报，2009（11）：2368-2373.

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