三种芽孢杆菌菌剂对烤烟育苗效果的影响

肖雨沁， 雷晓， 张明金， 张远盖， 唐珊，姬鸿飞， 王川， 马翠玲， 景延秋

（1.河南农业大学烟草学院，郑州 450001；2.四川省烟草公司泸州市公司，四川 泸州 646000）

烟草是我国重要的经济作物，而育苗是烟草生产的必要环节之一，能否培育壮苗直接影响烤烟的产量与品质。在川南植烟地区，烟农每年均按照生产章程进行育苗，在育苗方法上少有创新，大幅度改变育苗方式需要一定时间的过渡，且烤烟的品质和产量无法得到保障。评价壮苗的关键指标是在成苗期烟草是否拥有发达的根系。目前，在实际生产中从基质上改良漂浮育苗营养液的配置是有效提高烟草幼苗期根系发育状况的手段之一。研究表明，在烤烟漂浮育苗和栽培中应用微生物菌肥，有利于提高发芽率和成苗素质［1］；施用微生物菌剂对烤烟不同时期的农艺性状（如叶面积指数和最大叶面积）具有不同程度的促进作用［2］，还能够有效促进烟草的生长发育［3］，对根系发育也具有一定的促进作用。

侧孢芽孢杆菌（Brevibacillus laterosporus）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）均属于微生物菌剂，是芽孢杆菌属中具有生防应用价值的拮抗细菌。芽孢杆菌能改良土壤，使土壤肥力、微生物活性及种群结构得到明显改善，同时促进农作物根系生长发育，增强农作物的抗病能力［4］。

抗氧化酶是防御氧化物和自由基损害的酶，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）等。陈晓晶等［5］通过对燕麦根系进行盐胁迫发现，抗氧化酶活性的高低是体现植物抗逆性的重要指标。王宇辰等［6］发现，可溶性蛋白（soluble proteins，SP）是烟草根系细胞中重要的渗透调节物质，对维持细胞膨压、保持抗氧化酶活性具有重要作用。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是细胞膜脂质过氧化作用的产物，其含量的高低反映了植物遭受逆境伤害的程度［7］。目前，国内外对烤烟移栽后根系发育的生理特性进行了大量研究，但对微生物菌剂在烟草幼苗期根系发育和抗氧化酶活性影响的研究较少，且后期移栽之后对烤烟品质的跟进尚未见报道。因此，本研究通过研究3种微生物菌剂对烟草幼苗根系发育的影响，发掘在实际烟草漂浮育苗效果最佳的微生物菌类，旨在促进烟草幼苗根系发育、提高根系活力，为培育壮苗及提升烟叶品质奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2020年2—9月在四川省泸州市古蔺县大寨苗族乡大寨烟站（海拔1 156 m；E 105.65°，N 28.13°）进行。试验地点气象概况：2—4月，烟草育苗棚内温湿度平均值分别为26.5℃和87%；4月中旬移栽后，天气以阴到多云为主，平均气温16～20℃；5—9月，气温逐渐升高，降雨量丰富，光照充足。试验地土壤理化性状：苗床期，1～5 mm基质粒径＞40%；容重0.15～0.35 mg·cm-3；总孔隙度70%～95%；电导率800 μS·cm-1；pH 5.0～6.8。移栽后土壤pH 6.45，有机质含量处于中等水平，全氮1.80 g·kg-1，土壤碱解氮含量较丰富，速效磷36.60 mg·kg-1，速效钾 275.40 mg·kg-1。

以当地主栽品种中川208为供试材料。按照当地优质烟叶技术规范，进行育苗和栽培管理。要求试验烟苗健壮、无病虫害，且长势基本一致。漂浮育苗过程中的营养液为泸州市烟草公司统一发放的烟草育苗专用肥配制，含有烟苗生长所需要的氮、磷、钾、铁、铜、硼、锌和钼等营养元素（N+P2O6+K2O≥50%）。

1.2 处理设计

在育苗期间分别设置单因素处理：不添加微生物菌剂（CK）和添加侧孢芽孢杆菌（A）、枯草芽孢杆菌（B）、地衣芽孢杆菌（C），共4个处理，3种微生物菌剂的活菌数均大于100亿·g-1。每处理3次重复，共12个小区。小区间利用黑膜将烟苗隔开。每小区四盘烟苗，每盘为160孔膨化聚苯乙烯漂盘，育苗盘规格为：57 cm×36 cm×6 cm，小区长×宽为：228 cm×144 cm，烟苗行距和株距均为3 cm左右。

微生物菌剂于出苗后，待烟苗长到小十字期时第1次施用。将3种微生物菌剂分别稀释至浓度为1.5 g·L-1（每小区菌剂施加量为7.5 g，以5 L清水混匀）加入育苗营养液中。间隔10 d左右第2次施用，稀释倍数（1.5 g·L-1）同第1次，施用方式为叶面喷施。于出苗后第50天观察烟苗的生长发育状况，并记录其生长势。各小区选择有代表性的烟苗10株，记录不同处理烟苗的整株鲜重、株高、茎围、节距、最大叶长、最大叶宽、叶片数及根系主要指标最长根长度、根鲜重、根表面积、根体积、及根系活力，烟苗根系生理指标的测定主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白（SP）含量。

1.3 测定方法

1.3.1 烟草幼苗农艺性状和根系指标的测定 于出苗后第50天进行取样。其中，烟苗农艺性状参照中国烟草行业标准YC/T142-2010［8］进行测定；根表面积和根体积使用甲烯蓝法［9］测定；根系活力使用氯化三苯基四氮唑还原法［10］（TTC法）测定。

1.3.2 酶活性及相关指标的测定 每个小区选择有代表性的烟苗10株，于取样当天（出苗后第50天）测定根系抗氧化酶活性。其中，SOD活性采用氮蓝四唑光化还原法［11］测定；POD活性采用愈创木酚比色法［12］测定；CAT活性采用紫外吸收法［13］测定。MDA含量采用硫代巴比妥酸法［14］测定；SP含量采用考马斯亮蓝G-250法［15］测定。

1.3.3 烤后烟叶常规化学成分检测 取烤后烟叶C3F，使用近红外光谱仪（MATRIX-1）进行常规化学成分定量分析［16］。

1.4 数据处理

采用Excel 2019和SPSS 20.0进行数据整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 微生物菌剂对烤烟幼苗农艺性状及根系生长势的影响

由表1可知，施用微生物菌剂后，幼苗整株鲜重较CK显著提高，且A处理又显著高于B和C处理。微生物菌剂对烟草幼苗株高作用显著，但3种菌剂间差异不显著。A处理幼苗的茎围和节距显著高于CK和B、C处理。A处理幼苗的最大叶长值较高，B处理幼苗的最大叶宽较高，但A、B处理间差异不显著。各处理幼苗的叶片数无显著差异。综上所述，侧孢芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌对烤烟幼苗各项农艺指标有显著增效作用，且侧孢芽孢杆菌的效果最优。对根系进行分析，结果（表2）表明，A、B处理幼苗的单株根鲜重与CK无显著差异，而C处理显著低于CK。各处理幼苗的最长根长差异不显著。A处理幼苗的根表面积显著大于CK。A、B处理幼苗的根体积较CK显著增加，且A处理又显著高于B处理。综上所述，施用侧孢芽孢杆菌对烤烟幼苗根系发育具有显著促进作用，其幼苗根鲜重、最长根长度、根表面积和根体积均显著增加。

表1 不同处理烤烟幼苗的农艺性状及根系指标Table 1 Agronomic traits and root index of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.2 对烤烟幼苗根系活力的影响

由图1可知，A处理幼苗的根系活力显著高于CK和B、C处理；而B、C处理幼苗的根系活力与CK差异不显著。与CK相比，A处理幼苗的根系活力提高了62.26%；B、C处理分别提高了14.33%和5.81%。综上所述，施用侧孢芽孢杆菌促进了烤烟幼苗的根系发育，提高了幼苗的抗逆性，从而增强了根系活力。

图1 不同处理下烤烟幼苗的根系活力Fig.1 Root activities of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.3 对烤烟幼苗根系超氧化物歧化酶活性的影响

由图2可知，A、B处理幼苗根系中SOD活性显著高于CK和A处理；C处理幼苗根系中SOD活性与CK间无显著差异。由此表明，施用侧胞芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌可提高烟草幼苗根系中SOD活性。

图2 不同处理下烟草幼苗根系的超氧化物歧化酶活性Fig.2 SOD activities in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.4 对烤烟幼苗根系过氧化物酶活性的影响

由图3可知，A、B、C处理幼苗根系中POD活性显著高于CK，而3种菌剂间差异不明显；其中，A处理烤烟幼苗根系中POD活性最高，为2.328 U·g-1·min-1。由此表明，施用微生物菌剂可能增加了漂浮育苗基质的微生物活跃水平，使得根呼吸作用增强，从而促进了根系生长发育，POD活性提高。

图3 不同处理下烟草幼苗根系的过氧化物酶活性Fig.3 POD activities in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.5 对烤烟幼苗根系过氧化氢酶活性的影响

由图4可知，A、B处理幼苗根系的CAT活性显著高于CK和C处理，而C处理与CK间差异不显著，A处理根系CAT活性又显著高于B处理；即各处理幼苗根系CAT活性表现为：A＞B＞C、CK。其中，施用侧胞芽孢杆菌后，幼苗根系CAT活性最高，较CK提高57%；施用枯草芽孢杆菌后较CK提高31%。

图4 不同处理下烟草幼苗根系的过氧化氢酶活性Fig.4 CAT activities in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.6 对烤烟幼苗根系丙二醛含量的影响

由图5可知，A、B处理幼苗根系中MDA的含量显著低于CK和C处理，而C处理与CK之间差异不显著，A处理又显著低于B处理。A、B处理幼苗根系的MDA含量较CK分别降低了57%和32%。由于逆境胁迫下，会导致植株体内MDA积累量增加，加重膜系统遭受活性氧毒害的程度［17］，而施用微生物菌剂A和B很大程度上地提高了烤烟幼苗的抗逆性，促进了根系发育，使得根系中MDA含量显著降低。

图5 不同处理下烟草幼苗根系的丙二醛含量Fig.5 MDA contents in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.7 对烤烟幼苗根系可溶性蛋白含量的影响

由图6可知，A处理幼苗根系中可溶性蛋白含量显著高于CK，而B、C处理与CK之间差异不显著。与CK相比，A处理使幼苗根系中可溶性蛋白含量增加14.8%，B和C处理略微增加。可溶性蛋白的亲水性较强，能增加细胞的保水能力，从而提高植物的抗逆性［18］。施用侧胞芽孢杆菌促进了烤烟幼苗根系的发育，提高了幼苗的抗逆性，使得可溶性蛋白含量上升。

图6 不同处理下烟草幼苗根系的可溶性蛋白含量Fig.6 SP contents in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.8 微生物菌剂育苗对烤后烟叶常规化学成分的影响

由表2可知，烟叶中还原糖含量为17.0%～28.0%，钾含量均大于2.0%；氯含量较低，为0.2%～0.4%；烟碱含量1.8%～3.0%，符合优质烟叶标准；总糖含量16%～28%，其中，C处理总糖含量较低；总氮含量1.4%～2.2%，均符合优质烟叶标准；糖碱比8.5～13.5；氮碱比0.7～1.0，钾氯比均大于4。不同处理进行比较，B处理烟叶中还原糖含量最高，C处理烟叶中还原糖含量最低，且B、C处理与CK差异显著；A、B、C处理烟叶中钾含量显著低于CK，其中A处理的降幅最小，为12.07%；A处理烟叶中氯含量显著高于CK，B、C处理烟叶的氯含量显著低于CK；A处理烟叶中烟碱含量显著高于CK，B、C处理与CK差异不显著；各处理烟叶中总糖含量均存在显著差异，表现为：B＞A＞CK＞C；A处理烟叶中总氮含量显著高于CK和B、C处理。综上所述，施用侧胞芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的烟叶品质更优，其中施用侧胞芽孢杆菌后烟叶化学成分含量较CK显著提高。

表2 不同处理中部烤后烟叶的化学常规成分Table 2 Chemical components of central tobacco leaves under different treatments

2.9 微生物菌剂育苗对烤烟产值产量的影响

由表3可以看出，施用微生物菌剂处理的产量均高于CK。其中，A处理较CK增产35%；B和C处理较CK分别增加了30.2%和17.8%。且A、B、C处理的产值和均价也高于CK。其中，A处理的上等烟比例较高，较CK增加了24.3个百分点；中上等烟比例较CK增加16.4个百分点，因此，A处理的产值最高。由此表明，在苗期施用侧胞芽孢杆菌能显著提升中、上等烟比例，从而增加烟叶产值。

表3 不同处理烤烟的产值和产量Table 3 Output value and yield of flue-cured tobacco under different treatments

3 讨论

泸州烟区位于云、贵、川、渝交界处，大部分种植区处于山地烟和中海拔地域，因此烟地不同的土壤环境成为影响烟叶品质的主要因素之一［19］。微生物能将土壤有机质分解转化成腐殖质，即将土壤中难吸收的大分子物质转化分解为可被植物吸收的小分子物质，还可以分泌大量几丁质酶，阻止有害菌群侵入，防止病虫害的发生，从而促进烟草根系生长。本研究发现，苗期施用微生物菌剂后，烤烟幼苗的农艺性状和根系生长势明显提高，根系活力也得到了极大地提升，根系中抗氧化酶活性显著增强，丙二醛含量显著降低，可溶性蛋白含量增加，且烤制后烟叶的化学成分更加协调。

由于基质和土壤中的大量元素无法被植物直接吸收，需经过微生物的分解转化释放成为有效元素才能被植物吸收。因此，施用微生物菌剂能改善烟草根际微生态环境，从而提升烟叶品质，是优质烟叶生产的有效栽培措施之一［20-21］。本研究发现，微生物菌剂对烤烟幼苗根系的生长发育有极大地促进作用，可能是因为微生物改善了烤烟育苗基质的微生态环境，从而影响了烤烟苗期根际微生物状态，但仍需进一步研究。

根系活力是反映植物根系生长状况最直接的指标之一。沈杰等［22］发现，育苗基质中添加10%的EM菌肥可显著提高烟株幼苗的根系活力，促进细根生长，增加幼苗干物质积累，增强幼苗抗逆性。本研究发现，苗床期施用微生物菌剂能大幅度提高烤烟幼苗的根系活力，且不同菌剂的效果存在一定差异。其中，施用侧孢芽孢杆菌对根系活力的增效作用最显著。

抗氧化酶是植物体内保护性酶，其活性的高低是植物抗逆水平的直接反映［23］。在漂浮育苗生产中，温度的影响烟苗发育的重要因素之一，苗床期气温多变极易引发烟苗根系问题［24］。施用微生物菌剂增强了烤烟幼苗的根系活力，提高了根系中SOD、POD、CAT活性，一定程度上提高了烤烟幼苗的抗逆能力。丙二醛含量反映了膜脂过氧化的程度［25］，微生物菌剂处理后，幼苗根系中MDA含量显著降低，这可能是由于抗氧化酶活性的增强清除了更多的自由基，使得丙二醛含量急剧下降。可溶性蛋白含量高低反映了植物细胞的保水状态，施用微生物菌剂后，可溶性蛋白含量增加，表明烤烟幼苗根系的保水能力变强，根系生长发育状况呈正向发展。

微生物菌剂提高了烤烟幼苗的抗逆性，增强烤烟幼苗的保护性酶活性，增加根系的保水能力，从而促进幼苗根系的生长发育，有利于形成壮苗；为后期烟叶的高产和优质奠定了良好的基础。因此，在泸州烟区实际生产中，推荐将向烟草漂浮育苗营养液中添加侧孢芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌作为烤烟育苗时期促进根系生长发育的调控手段，促进烟苗根系发育，培育壮苗。