温室番茄施用菌剂的促生防病效应

杨 威，赵英男，张敏硕，毛晓曦，李翔宇，郭艳杰，陶 晡，马 理，刘文菊，李博文

（1.河北农业大学 资源与环境科学学院/华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省农田生态环境重点实验室/河北省蔬菜产业协同创新中心/河北省微生物肥料产业技术研究院，河北 保定 071001；2.河北农业大学 植物保护学院，河北 保定 071001；3.河北省永清县农业农村局，河北 永清 065600）

微生物肥料是1 类以微生物生命活动及其产物使作物得到肥料效应的微生物活体制品［1］。迄今，已有研究表明，微生物肥料可活化利用土壤养分，提高化肥利用率，净化和修复土壤，防控作物病害，改善农产品品质，保障食品安全和环境安全［2］。我国农业资源紧缺、生态环境脆弱、污染压力巨大，农业可持续发展面临严峻挑战。因此，发展微生物肥料是减施化肥农药、防控环境污染的必然选择，是发展绿色农业、生态农业、有机农业，保障农产品食用安全的现实需要，研发应用微生物肥料是实现农业可持续发展的根本出路［3］。

大量研究表明，通过配方施肥［4］、增效肥料［5］、水溶肥料［6］、有机肥替代无机肥料［5］等常规养分调控措施，有利于解决番茄集约生产引起的养分过剩、肥效锐减、连作障碍、面源污染等一些主要问题。但是，既要提高番茄产量，又要克服连作障碍，还要减少环境污染，全面解决上述关键科学问题，依赖有机肥、化肥等常规养分调控手段受到局限，必须开辟养分调控的新路径。已有试验证明，利用溶磷解钾细菌等功能微生物，可活化利用土壤磷钾养分，减施肥料20%～30%，有效控制磷钾流失引起的面源污染。同时，一些功能菌可以拮抗病原菌，还可以在代谢过程中分泌抑菌物质，达到抑制病原微生物繁殖、防治番茄青枯病、根结线虫等土传病虫害，降低发病率的效果，具有促生增产、防病降污、提质增收等多重功效，是推进温室番茄提质增效，确保生态环境安全的首选肥料［7］。冲施75 L/hm2菌剂，可使番茄根长、根数、根重和产量分别提高48.06%、27.12%、20.85%和27.10%［8］。在此基础上，本研究以胶质类芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌为有效菌的液态菌剂为研究对象，以番茄为供试作物，采用盆栽试验与田间试验结合，深入研究其功能特点和突出效果。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2015 年3 月至8 月在河北省永清县进行（39°21′38.32″N，116°26′33.22″E）。试验土壤为中壤质潮褐土，有机质18.3 g/kg，全氮1.2 g/kg，碱解氮122.33 mg/kg，硝态氮25.41 mg/kg、氨态氮4.36 mg/kg，有效磷124.37 mg/kg，速效钾474.51 mg/kg，土壤pH 8.4。试验区属温带大陆季风气候，年均气温11.5 ℃，年降水508.12 mm，在华北菜区具有一定的典型性、代表性。盆栽试验于2019 年5—8 月在河北农业大学资源与环境科学学院人工气候温室进行。

1.2 试验方案

盆栽供试菌悬液：利用河北闰沃生物技术有限公司提供的菌种巨大芽孢杆菌（Bacillus Megaterium）HT517 和胶质类芽孢杆菌（Paenibacillus mucilaginosus）PM12，制备成有效活菌数为1.6×108cfu/mL 的菌悬液。利用河北农业大学植物保护学院提供的尖孢镰刀菌番茄专化型（Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici）孢子悬浮液F，有效活菌数为1.3×109cfu/mL。

盆栽试验布置：试验开始前将供试番茄温室土壤风干过2 mm 筛，混匀装入15 cm 直径塑料花盆，每盆装土500 g，每盆定植1 株。分2 组进行，第一组为功能菌对番茄生长影响的试验，设4 个处理，处理1：每盆接种2 mLPM12 菌悬液+定植正常番茄苗（B1）；处理2：每盆接种2 mLHT517 菌悬液+定植正常番茄苗（B2）；处理3：每盆接种2 mLPM12 与HT517 的等比菌悬液+定植正常番茄苗（B1B2）；处理4：每盆加2 mL 与接种等量灭菌菌悬液+定植正常番茄苗为空白对照（CK）；每个处理设置3 次重复。第二组为功能菌对连作病原菌的拮抗试验，设4 个处理，处理1：每盆接种2 mLPM12 菌悬液+ 定植致病菌F 侵染番茄苗（FB1）；处理2：每盆接种2 mLHT517 菌悬液+定植致病菌F 侵染番茄苗（FB2）；处理3：每盆接种2 mLPM12 与HT517 的等比菌悬液+定植致病菌F 侵染番茄苗（FB1B2）；处理4：每盆加2 mL 与接种等量灭菌菌悬液+定植致病菌F 侵染番茄苗为侵染对照（FCK）；每个处理设置3 次重复。定植后每盆浇水100 mL，而后每2 d 浇水100 mL，采用常规栽培管理，各处理间一致。定植后定时观察植株长势及发病情况。

平板对峙试验：试验设3 个处理、10 次重复。处理1：接种HT517 菌悬液；处理2：接种PM12菌悬液；处理3：不接种功能菌作对照（CK）。

田间供试菌剂：河北闰沃生物技术有限公司提供的商品液态菌剂，有效菌为HT517 和PM12，有效活菌数为2×108cfu/mL，其有效菌配比为1∶1。

田间试验处理与布置：设4 个处理，分别为不施菌剂的对照（CK）、定植水冲施液态菌剂75.0 L/hm2的T1 处理、缓苗期冲施液态菌剂75.0 L/ hm2的T2处理、膨果期冲施液态菌剂75.0 L/ hm2的T3 处理，3 次重复，随机排列。小区面积51 m2，各处理肥底氮、磷、钾用量375 kgN/ hm2、225 kgP2O5/ hm2、535 kg K2O/hm2。所有处理除微生物菌剂的施用时期不同外，其他田间管理措施都按照当地传统习惯管理模式进行，且每个处理的微生物菌剂用量的有效活菌数保持一致。

1.3 样本采集测定

盆栽试验长势观测：定植后1、10、20 和30 d，测定植株根量、地上部生物量。

田间试验样品采集：在番茄定植后60 d，每个小区随机挑选10 株番茄，固定编号后对番茄生长情况进行跟踪调查分析。主要调查指标有株高、茎粗，在结果期增加了番茄植株坐果数以及单果重指标的调查。在番茄盛果期，每个小区的10 株番茄上随机摘取5 个果实（每株）带回实验室，进行番茄品质指标测定，主要指标有：Vc、蛋白质、可滴定酸、可溶性固形物、可溶性糖。在番茄收获后，每个小区用土钻对表层（0 ～20 cm）土样进行采集，并进行土壤NO3--N、NH4+-N、有效磷、速效钾的测定。

1.4 数据处理方法

试验数据采用Excel 2010 软件作图，利用SPSS 22.0 软件进行显著性及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 功能菌对番茄生长的影响

由图1 可看出，盆栽试验中不同处理对番茄根量（每株）的影响均差异显著（P＜0.05）。同对照相比，B1、B2 以及B1B2 处理的番茄根量分别增加62.83%、108.41% 和144.54%；同B1 处理相比，B2 处理和B1B2 处理番茄根量分别增加50.18%和27.99%；同B2 处理相比，B1B2 处理番茄根量增加17.34%。说明PM12 菌株和HT517 菌株均能显著增加番茄根量，并且2 种功能菌的复合效果优于单一功能菌，HT517 菌株优于PM12 菌株。

图1 功能菌对番茄根量的影响Fig.1 Effects of functional strains on the root biomass of tomato

由图2 可看出，盆栽试验中番茄地上部生物量（每株）各功能菌处理与对照之间差异显著。B1B2处理、B1 处理和B2 处理分别与对照差异显著（P＜0.05），且B1B2 处理分别与B1 处理、B2 处理差异显著（P＜0.05），同对照相比，B1 处理、B2 处理和B1B2 处理的番茄地上部生物量分别增加26.12%、31.23%和49.57%；同B1 处理、B2 处理相比，B1B2 处理番茄地上部生物量分别增加18.60%和13.97%；B1 处理和B2 处理之间差异不显著。说明接种PM12 菌株和HT517 菌株均能显著增加番茄地上部生物量，并且增加地上部生物量的效果：2 种功能菌复合优于单一菌株，HT517 菌株与PM12 菌株效果相近。

图2 功能菌对番茄地上部生物量的影响Fig.2 Effects of functional strains on the shoot biomass of tomato

2.2 功能菌对番茄开花坐果的影响

由图3 可看出，盆栽试验中功能菌处理能显著促进番茄提早开花。功能菌对番茄初花时间的影响，各处理之间差异均显著（P＜0.05），与对照相比，B1 处理、B2 处理和B1B2 处理的初花时间分别提前 6.9、8.2 和10.3 d，与B1 处理相比，B2 处理、B1B2 处理的初花时间分别提前1.3 d 和3.4 d，与B2 处理相比，B1B2 处理的初花时间提前2.1 d。说明接种PM12 菌株和HT517 菌株均能显著促进番茄提早开花，并且促进提早开花的效果：2 种功能菌复合优于单一菌株，HT517 菌株优于PM12 菌株。

图3 功能菌对番茄开花的影响Fig.3 Effects of functional strains on tomato flowering

由图4 可看出，盆栽试验中功能菌处理能显著增加番茄果穗数。功能菌对番茄果穗数的影响，各处理之间差异均显著（P＜0.05），与对照相比，B1处理、B2 处理和B1B2 处理的果穗数分别增加0.6、1.1 和1.6 穗，与B1 处理相比，B2 处理、B1B2 处理的果穗数分别增加0.5 和1.0 穗，与B2 处理相比，B1B2 处理的果穗数增加0.5 穗。说明接种PM12 菌株和HT517 菌株均能显著增加番茄果穗数，并且增加番茄果穗数的效果：2 种功能菌复合优于单一菌株，HT517 菌株优于PM12 菌株。

图4 功能菌对番茄坐果的影响Fig.4 Effects of functional strains on tomato fruit setting

2.3 功能菌对番茄连作病害的防效

通过番茄苗接种尖孢镰刀菌番茄专化型连作病原菌的试验，研究了功能菌对番茄连作病害的防治效果。由图5 可见，盆栽试验中功能菌显著降低番茄植株茎腐根腐病发病率。不同处理之间发病率差异均显著（P＜0.05）。同对照相比，FB1 处理、FB2 处理和FB1B2 处理植株的发病率分别降低9.0、51.0、64.5 个百分点；同FB1 处理相比，FB2 处理、FB1B2 处理植株的发病率分别降低42.0、55.5 个百分点；同FB2 处理相比，FB1B2 处理植株的发病率降低13.5 个百分点。说明接种HT517 菌株和PM12菌株能显著降低番茄连作病害，并且对番茄连作病害的防控效果：2 种功能菌复合优于单一菌株，HT517 菌株优于PM12 菌株。

图5 功能菌对番茄植株发病率的影响Fig.5 Effects of functional strains on the incidence of tomato plants

通过平板对峙试验结果，由图6 可见，HT517菌株能有效抑制尖孢镰刀菌番茄专化型的菌丝生长，HT517 菌株处理抑制率为57.26%，PM12 菌株处理对尖孢镰刀菌番茄专化型菌丝生长的抑制率为6.13%。

图6 功能菌对尖孢镰刀菌番茄专化型的拮抗效果Fig.6 Antagonistic effect of functional strains on fusarium oxysporum tomato specialization

2.4 不同处理对温室番茄生长发育的影响

从表1 可看出，田间试验施用菌剂对番茄生长发育有一定的促进作用，但不同处理效果存在差异。其中，各施用菌剂处理番茄株高与对照之间差异显著且各处理之间差异显著（P＜0.05），T2、T3 处理分别比对照提高4.05%、5.60%（P＜0.05），但T1 处理降低了1.35%（P＜0.05）；T1、T2 处理茎粗分别比对照提高10.18%、21.84%（P＜0.05），但T3 处理与对照之间差异不显著；T2 处理坐果数与T1、T3 处理之间差异显著（P＜0.05），但其它各处理间差异不显著；各施用菌剂处理番茄单果重与对照之间差异显著（P＜0.05），T1、T2 处理分别比对照提高30.46%、27.41%，但T3 处理比对照降低9.14%。综合考虑，T2 处理对番茄植株生长发育的促进作用较强。田间试验施用菌剂处理产量均高于对照，且差异显著（P＜0.05）。与对照相比，T1、T2、T3 处理分别增产番茄16.82%、27.10%、22.43%，其中，T2 处理比T1、T3 处理显著增产番茄3.82%～8.80%，T1 处理与T3 处理之间差异不显著。说明不同时期施用75 L/hm2菌剂，均能显著增产番茄，其中缓苗期冲施增产效果最好。

表1 不同处理对温室番茄生长发育的影响Table 1 Effects of different treatments on the growth of tomato in greenhouse

2.5 不同处理对温室番茄果实品质的影响

表2 为不同处理对温室番茄营养品质的影响。

表2 不同处理对温室番茄营养品质的影响Table 2 Effects of different treatments on the quality of tomato fruits

由表2 可看出，田间试验中T2 处理果实Vc 含量比对照显著提高22.36%（P＜0.05），其它各处理间均不显著；果实蛋白质含量各处理间差异不显著；T1 处理果实可滴定酸含量与对照差异不显著，T2、T3 处理分别与T1 处理和对照之间差异显著（P＜0.05），T2 处理比T1 处理和对照提高32.89%～38.73%，T3 处理比对照和T1 处理降低24.98%～28.14%，且T2 处理果实可滴定酸含量比T3 处理显著提高84.94%（P＜0.05）；各施用菌剂处理果实可溶性固形物含量与对照之间差异显著（P＜0.05），T1、T2、T3 处理分别比对照提高7.86%、12.59%、5.11%，T2 处理果实可溶性固形物含量比T1 和T3 处理显著提高4.26%～7.12%（P＜0.05），T1 处理与T3 处理之间差异不显著；T1、T2 处理果实可溶性糖含量分别与对照和T3 处理之间差异显著（P＜0.05），分别提高58.04%～62.38%、34.82%～38.53%，T1 处理果实可溶性糖含量比T2 处理显著提高17.22%。说明温室番茄施用菌剂可不同程度地改善果实Vc、可滴定酸、可溶性固形物和可溶性糖含量，其中，缓苗期冲施改善果实品质效果最好。

2.6 不同处理对温室番茄土壤速效养分的影响

由表3 可知，田间试验中T1、T2 处理土壤NO3--N含量分别与对照和T3 处理之间差异显著（P＜0.05），分别提高19.46%～23.90%、18.37%～22.77%，但T1 处理与T2 处理、T3 处理与对照之间差异不显著；T1 处理土壤NH4+-N 含量分别与对照、T2 处理、T3 处理差异显著（P＜0.05），分别提高14.14%、10.14%、14.84%，但对照、T2 处理、T3 处理间差异不显著；T1、T2 处理土壤速效磷含量分别与对照和T3 处理之间差异显著（P＜0.05），分别提高31.88%～42.36%、36.96%～47.84%，但T1 处理与T2 处理、T3 处理与对照之间差异不显著；T1 处理、T2 处理土壤速效钾含量分别与对照之间差异显著（P＜0.05），分别提高61.35%、26.86%，T1 处理土壤速效钾含量分别与T2 处理、T3 处理之间差异显著（P＜0.05），分别提高27.19%、40.39%，但T2 处理与T3 处理之间差异不显著。说明温室番茄施用菌剂可不同程度地提高土壤速效养分含量，起到了促生增产的作用。其中，定植期和缓苗期冲施液态菌剂75 L/hm2，提高速效氮磷钾的效果较好。

表3 不同处理对温室番茄土壤速效氮磷钾含量的影响Table 3 Effects of different treatments on available N, P and K contents in the soil mg/kg

3 讨论

已有研究表明，根际促生菌可分泌吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid）促进根系生长，增强植株对土壤养分的吸收［9］。胶质类芽孢杆菌能分泌细胞分裂素刺激根毛增生，提高养分吸收促生长［10］。功能菌可将乙烯前体ACC 分解成氨和ɑ-丁酮酸，降低乙烯的浓度，缓解对植物的不良反应，促进植物生长［11］。赤霉素、生长素和细胞分裂素能刺激作物早开花结果。植物开花时间的精准调控受到光周期、温度、光质等外部环境因素和赤霉素GA 等内部信号的协同调控［12］。在美国农田，首次发现“反开花素”信号来自番茄self pruning（sp）突变体，sp基因的突变破坏了“反开花素”信号，解除了“反开花素”在侧芽对“开花素”活性的抑制，使番茄从营养生长和生殖生长的无限循环转变为连续地集中开花［13］。巨大芽孢杆菌PM1296 可抑制番茄青枯病菌和西瓜枯萎病菌等病原菌的生长［14］。巨大芽孢杆菌能通过竞争性生长和产生某种次级代谢产物，抑制花生上黄曲霉毒素的生物合成［15］。巨大芽孢杆菌L2 产生的不饱和脂肪酸类成分可抑制丝状真菌以及酵母菌的生长［16］。巨大芽孢杆菌B1301可分泌1 种对枯萎病菌、黄萎病菌、根瘤镰刀病菌具有显著抑制作用的蛋白质［17］。巨大芽孢杆菌B196 菌株产生的Iturin A2 对纹枯病菌具有较强的抑制作用［18］。本试验发现PM12、HT517 菌株促根效果显著，可加大根量1.0 倍以上；可促进番茄提早开花10 d、增加1.6 穗果；且HT517 菌株对尖孢镰刀菌番茄专化型的拮抗效果显著，接种HT517 菌株显著降低番茄发病率50%以上。因此，功能菌可能通过分泌吲哚乙酸、细胞分裂素等促进根系发育，产生赤霉素等激素类物质促进番茄早开花结实，且巨大芽孢杆菌可对尖孢镰刀菌番茄专化型产生拮抗作用，其分子生物学机制有待进一步研究。

4 结论

温室番茄施用液态菌剂可显著提高土壤速效氮磷钾含量，促进番茄生长发育增产、改善果实品质，其中缓苗期冲施75 L/hm2效果较好。接种PM12 菌株和HT517 菌株，对番茄根系发育、植株生长、开花坐果有显著的促生效应，对尖孢镰刀菌番茄专化型连作病原菌有显著的拮抗效果。HT517 菌株优于PM12 菌株，2 种功能菌的复合效果优于单一功能菌。