两种根际促生菌对马铃薯营养品质的影响研究

王 鹏，刘 畅，相微微，张 磊，崔长珍，王建武，邵治亮

(榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000)

马铃薯是世界上仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物，在我国已有400多年的栽培历史[1]。食用马铃薯加工量多年持续低迷，加工制品仅局限于食用马铃薯淀粉、油炸马铃薯、雪花全粉等方面，原因可能是作为主料的马铃薯从原料到产品的品质参差不齐而导致的消费力有限[2-4]。因此，加强马铃薯营养品质的研究以满足不同消费者营养需求并最大可能发挥马铃薯加工制品的市场优势势在必行。

已有研究表明，植物根系和根际微生物之间的相互作用对于植物生长和品质的形成至关重要[5]。在植物的根际系统中，最活跃、最重要的部分是植物根际促生菌(PGPR)，PGPR除了能够促进植物生长，还具有改善植物根际的微生态、抑制病原物、消除土壤污染物的作用[6-8]。PGPR可以促进植物的生长发育，进而改善农产品营养品质。刘博文[9]和李琦等[10]分别研究发现PGPR可以提高苜蓿产量，改善其营养品质；陈龙等[11]发现利用微生物肥料可以提高玉米产量,改善其营养品质；荣良燕等[12]认为PGPR菌肥可以使岷山红三叶干草产量提高，且粗蛋白、粗灰分、钙、磷含量提高；黄书超等[13]发现微生物菌剂能显著促进莴笋生长、降低莴笋茎中亚硝酸盐的含量；韩文星等[14]发现PGPR菌肥使燕麦的产量及粗蛋白、粗脂肪含量均显著提高。植物根际促生菌(PGPR)在提高马铃薯产量及其品质方面也有研究，微生物肥料不仅能提高马铃薯产量[15]，还能促进马铃薯营养器官干重的增加，提高叶绿素的含量，也能提高薯块的淀粉和维生素C含量，降低还原糖含量[16]。因此，植物根际促生菌(PGPR)的发现和其调控技术的完善为解决植物营养品质问题提供了新的思路。

玫瑰色考克氏菌SDB9[17]和耐寒短杆菌SDB5[18]两种根际促生细菌是本实验室从陕北抗逆性非常强的天然沙地柏的根部获得耐盐碱性且促进植物生长的根际内生菌。玫瑰色考克氏菌SDB9耐盐碱性能高且能够显著促进植物生长，使植物根系发达，新生侧根明显增多，并且具有解钾作用[19]。耐寒短杆菌SDB5具有明显促进植株地上部分生长，增强植株的持绿性[18]。关于以上两种菌对马铃薯的主要营养品质的研究未见报道。研究玫瑰色考克氏菌SDB9和耐寒短杆菌SDB5对田间试验种植马铃薯营养品质影响，为两种菌在马铃薯的生产应用提供理论支撑，对于后期种植马铃薯的种植及深加工产品有着重要的意义。

1 试验材料与方法

1.1试验材料

试验于2020年、2021年在榆林现代农业科技示范区进行，该试验区地处榆林市牛家梁镇榆卜界村(109°43′E，38°23′N)，该区域属干旱半干旱大陆性季风气候，蒸发量1900 mm，年日照时数2900 h，年总辐射606.7×107 J/m2，年均气温 8.6℃，≥10℃积温 3000～3300℃，无霜期 167天。该区域光照充沛，地势平坦，地下水位较高，便于灌溉，土壤为风沙土，肥力水平中等。供试马铃薯(Solanum tuberosum L)品种为“克新1号”；供试菌株为玫瑰色考克氏菌SDB9和耐寒短杆菌SDB5两种植物根际促生细菌，由本实验室分离并保存。

1.2 试验方法

1.2.1试供马铃薯材料的处理

挑选颜色和大小基本一致，无病虫害的健康马铃薯块茎，平均分成4组，分别用浓度是1×106-107 CFU/mL的SDB5菌液、SDB9菌液、SDB5+SDB9混合菌液和等量的清水(对照)浸泡5分钟后，阴干备用。试验采用单因素随机区组设计，分4个处理3个重复，每个重复小区面积为40 m2,长8 m，宽5 m，穴播播种量为1个/穴，行距70 cm，株距50 cm,四周设4行保护行。以后均按传统种植方式进行管理。9月份底马铃薯成熟后，收获每个小区的马铃薯样品并对其磨取一定量的干样，备用。

1.2.2马铃薯主要营养指标的测定

本试验分别对上述三个试验组(SDB5、SDB9、SDB5+SDB9)和对照组CK收获的马铃薯进行主要营养指标的测定，具体包括维生素C，硝酸盐，淀粉，可溶性糖，还原性糖等营养指标，测定方法均参考文献[20-24]。

1.3 数据处理及分析

采用Microsoft Office Excel 2019和SPSS 25.0软件进行数据统计分析并绘制柱形图。采用模糊数学的平均隶属函数值来衡量马铃薯营养品质高低，维生素C、淀粉、可溶性糖指标与品质高低呈正相关，计算各个处理的平均隶属函数值，依公式 R(Xi) = ( Xi - Xmin ) /( Xmax - Xmin ) 计算；硝酸盐、还原性糖指标与品质高低呈负相关，计算各个处理的反隶属函数，依公式 R(Xi) =1- ( Xi - Xmin ) /( Xmax - Xmin ) 计算；最后计算平均(反)隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 SDB9和SDB5菌处理对马铃薯五种营养指标的影响

2.1.1 SDB9和SDB5菌对马铃薯维生素C含量的影响

由图1可知，接种不同种类菌剂对马铃薯维生素C含量有一定的影响。除处理组SDB9+5维生素C含量低于对照组CK，其余处理均高于对照组CK，其中，SDB9维生素C含量最大，达到30.74 μg/kg，较CK提高77%，与对照存在极显著差异。SDB5维生素C的含量为26.07 μg/kg，较CK提高51%，与CK差异显著，SDB9+5维生素C的含量为14.90 μg/kg，较对照组降低了14%，与CK差异显著。综合考虑，两种根际促生菌单独配施均能提高马铃薯维生素C含量且以SDB9的处理效果最显著，二者混合配施能显著降低维生素C含量。

图1 SDB9和SDB5对马铃薯维生素C含量的影响

(注：上图中*代表差异显著(P<0.05)，**代表差异极显著(P<0.01)，下同)

2.1.2 SDB9和SDB5对马铃薯硝酸盐含量的影响

由图2可知，三个处理组均可不同程度地降低马铃薯硝酸盐的含量，其中，SDB9、SDB9+5显著降低了硝酸盐含量。对照组CK硝酸盐含量为96.28g/kg，试验组SDB5、SDB9、SDB9+5硝酸盐含量分别为85.24 g/kg、77.17 g/kg、72.92 g/kg，与对照组相比，分别降低了11%、20%、24%，其中，SDB9和SDB9+5均与CK存在显著差异。综合考虑，不同根际根际促生菌可以降低马铃薯硝酸盐的含量，且SDB9+5处理效果最显著。

图2 SDB9和SDB5对马铃薯硝酸盐含量的影响

2.1.3 SDB9和SDB5对马铃薯淀粉含量的影响

由图3可知，不同处理对马铃薯淀粉含量无显著影响。从数值上看，四个处理组中，淀粉含量变幅为59.27～70.24 mg/g，试验组淀粉含量均高于CK。其中，SDB9+5处理组淀粉含量最高，为70.24 mg/g，较CK提高16 %，SDB5和SDB9 处理组淀粉含量分别为 64.79 mg/g、61.76 mg/g，较CK提高7 %、2 %。总体而言，两种根际促生细菌均可提高淀粉的含量，SDB9+5处理效果最明显但与对照比无显著差异。

图3 SDB9和SDB5对马铃薯淀粉含量的影响

2.1.4 SDB9和SDB5对马铃薯可溶性糖含量的影响

由图4可知，不同处理对马铃薯可溶性糖含量影响不同。从数值上看，四个处理组中，可溶性糖含量变幅为19.94～38.98 mg/g，试验组可溶性糖含量均高于CK。其中，SDB5处理组可溶性糖含量最高，为38.98 mg/g，较CK提高95 %，第二位是SDB9+5，可溶性糖含量为38.48 mg/g，较CK提高 93%，第

图4 SDB9和SDB5对马铃薯可溶性糖含量的影响

三位是SDB9，可溶性糖含量为24.04 mg/g，较CK提高21 %。总体而言，两种根际促生细菌可提高可溶性糖的含量，SDB5与SDB9+5处理与CK之间存在极显著差异而SDB9处理与CK之间存在显著差异。

2.1.5 SDB9和SDB5对马铃薯还原性糖含量的影响

由图5可知，不同处理对马铃薯还原性糖含量影响不同。从数值上看，SDB9还原性糖含量最高，含量为0.08，较对照组提高60%，与CK存在极显著差异；其他处理还原性糖含量均低于CK，其中，CK还原性糖含量为0.05‰ ，SDB5还原性糖含量为0.04‰ ，较CK降低20%，与CK存在显著差异，SDB9+5还原性糖含量最低，为0.02‰，较CK降低60%，与CK存在极显著差异。总体而言，虽然还原性糖含量均不高，但两种根据促生细菌均可影响马铃薯还原性糖的含量：SDB9极显著提高了还原性糖的含量，SDB5显著降低了还原性糖的含量，SDB9+5极显著降低了还原性糖的含量。

图5 SDB9和SDB5对马铃薯还原性糖含量的影响

2.2不同处理营养品质评价

采用模糊数学的平均隶属函数值来衡量马铃薯营养品质好坏。其中，维生素C、淀粉、可溶性糖指标与优良品质呈正相关性，计算各个处理的平均隶属函数值；而硝酸盐、还原性糖指标与优良品质呈负相关，计算各个处理的反隶属函数，最后计算平均(反)隶属函数值，数值越大，说明品质越好，反之则品质越差。

表1 不同处理马铃薯营养品质评价

由表1可知，试验中SDB9+5平均隶属函数值为0.79，营养品质优良；SDB5平均隶属函数值为0.65，营养品质较好；SDB9平均隶属函数值小于0.5，营养品质一般。

3 讨论与结论

马铃薯淀粉是生物获取能量的最主要来源之一,马铃薯淀粉的积累对马铃薯及相关产品的营养品质的提高有直接关系[25-26]。可溶性糖在植物生命中的生命周期中具有重要的作用，它为植物的生长发育提供能量和代谢中间产物[27]。维生素 C 是生命活动极重要的物质，其含量的提高可以增强人体对疾病的抵抗力[28]。本研究结果显示：在维生素C、可溶性糖和淀粉方面，单独接种两种根际促生细菌的试验组均高于对照组CK ，除了淀粉含量与CK差异不显著外，维生素C和可溶性糖与CK差异显著甚至极显著。说明单独两种根际促生细菌可以不同程度的提高这三个营养指标的含量。

从营养角度来讲，硝酸盐含量的降低是一种对人体危害减少的好现象，硝酸盐摄入过度会对人体产生诸如行动缓慢，大脑迟钝等不良影响[29]。还原性糖是影响马铃薯全粉加工产品的品质的重要因素之一。比如，在油炸食品制作过程中，还原性糖和游离氨基酸发生Maillard反应，会产生颜色较深且具有苦涩味道的物质，从而降低了上商品品质[30]。已有研究表明，油炸薯条还原性糖低于一定标准，还原性糖越低，薯条的颜色越好看[31]。本研究结果显示：在硝酸盐和还原性糖含量方面，接种两种根际促生细菌各处理中，除了SDB9处理的还原性糖含量极显著高于CK，其他处理试验组均低于对照组CK ，并且与CK差异显著甚至极显著。说明SDB5菌及两种菌混合处理可以不同程度的降低这两个营养指标的含量。

采用模糊数学的平均隶属函数值对试验所测得五种指标来衡量马铃薯营养品质，结果显示：SDB9处理除了还原性糖含量提高降低了营养品质外，其余指标均显示提高了营养品质，SDB9+5处理除了维生素C含量稍降低(与对照差异不显著)降低了营养品质外，其余指标均显示提高了营养品质，根据(反)隶属函数值数值综合考虑，营养品质由高到低的顺序为SDB9+5>SDB5>SDB9。综上所述，两种根际促生细菌的影响了马铃薯的五种营养指标，一定程度上改善了马铃薯营养品质，其中SDB9+5处理的效果最好。