植物根际促生菌肥代替部分化肥对黑青稞生长、产量和品质的影响

何建清，张格杰

（西藏农牧学院 植物科学学院，西藏 林芝 860000）

青稞（Hordeum vulgarevar.nudumHook. f.）属于禾本科大麦属大麦的一个变种，成熟时因其籽粒外稃与颖果分离，又称为裸大麦[1]。青稞具有抗逆性强和适应性广的特点，因此能适应高寒地区的环境。青稞是青藏高原重要的粮食、经济和饲料作物，距今已有约3 500 a 的种植历史[2]。青稞具有高蛋白质、高纤维、高维生素和低脂肪、低糖的特性，并富含多种微量元素和氨基酸，是开发保健品的理想谷类原料，其秸秆还是高原家畜的优质饲料[3]。因此，青稞在西藏具有举足轻重的作用，尤其是近年来随着西藏旅游业的迅速发展和青稞保健产品的开发，市场对青稞的需求越来越大。根据颜色，可将青稞分为白青稞、蓝青稞、紫青稞及黑青稞等。其中，西藏隆子黑青稞属于西藏自治区隆子县地方特产，2014 年12 月11 日原国家质检总局批准对“隆子黑青稞”实施地理标志产品保护，地方特色隆子黑青稞受重视程度日益加深，种植推广面积日益扩大，2019 年种植面积为2 533.33 hm2[4]。西藏耕种土壤养分基本状况为氮素偏低，缺乏磷素[5]。为了维持和提高青稞产量，每年需向土壤中施入大量化肥。这不仅推高了生产成本，而且大量施用化肥易造成土壤板结、肥力下降，导致作物收益率减少，甚至耕地退化[6]。此外，生产化肥对非再生能源消耗大，化肥的大量使用也为食品安全带来了巨大隐患。因此，有必要探寻新的低能耗、低排放及环境友好型肥料，以期部分替代化肥，发展高效益循环农业[7]。

植物根际促生菌（Plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）是指生存于植物根系附近土壤中或者附生于植物根系上，能显著促进植物生长发育及其对矿物质营养的吸收利用，并能缓解外界环境对植物胁迫和提高植物抗病虫害能力的一类有益微生物[8‑9]。研究表明，PGPR 菌肥具有良好的固氮、溶磷、分泌植物激素并抑制植物致病菌的能力[10]。自1978 年在马铃薯（Solanum tuberosum）上率先报道PGPR 以来，大量的研究证实PGPR 广泛存在于多种植物中[11]。近年来，PGPR 成为国内外学者研究的热点之一，已从一些植物根际分离筛选出大量高效优良的PGPR 菌株，并广泛应用于促进作物生长、改善土壤微生物环境[12]。利用优良促生菌株研制的环境友好型接种剂还可改良土质、增加土壤肥力，维持土壤健康，是发展生态农业的理想肥料。目前，国内外学者已从一些作物如黑果枸杞、箭筈豌豆等的根际筛选出大量优良促生菌株，部分菌株已用于商业化菌肥生产，在农业生产中发挥着重要作用[9，11，13]。目前，国内外关于PGPR 对黑青稞的促生作用尚未见报道。鉴于此，拟利用前期从黑青稞根际筛选的11 株优良PGPR 菌制作PGPR 菌肥，研究其对黑青稞生长、产量和品质的影响，为PGPR菌肥在黑青稞生产上的应用和推广提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验点设在西藏林芝市农牧学院实习农场（N 29°40′15′、E 94°20′25′）。该地海拔2 970 m，年平均气温13.5 ℃，年降水量660 mm，年日照2 000 h，无霜期190 d。试验地块土壤质地为砂壤土。供试土壤理化性质：pH值6.12、有机质20.1 g/kg、全氮2.21 g/kg、碱解氮175.0 mg/kg、有效磷5.70 mg/kg。

1.2 供试菌株

试验用菌株是前期从西藏黑青稞根际筛选的优良PGPR，对种子萌发的促生效果明显[14]。综合培养性状、生理生化特点、分泌植物激素能力、盆栽试验结果等，从中挑选出11 个菌株作为供试菌株（表1）。

表1 制作PGPR菌肥所用菌株的基本特征Tab.1 Basic characteristics of strains used in PGPR bacterial fertilizer production μg/mL

1.3 PGPR菌肥制作

将上述11株促生菌分别接种于LB 液体培养基中，于28 ℃、160 r/min 摇床培养60 h。待菌株充分生长后，利用紫外分光光度计测定各菌株悬浮液OD（Optical density）值。当OD 值 大 于0.5（波 长660 nm）时调其OD 值等于0.5。将腐殖土干燥、粉碎、过0.25 mm 筛网，按照腐殖土与珍珠岩1∶1 混合，调pH值至7.0。将其分装于食用菌栽培袋中，每袋500 g，于126 ℃下灭菌2.0 h。冷却后分别量取150 mL PGPR 菌株悬浮液于灭菌腐殖土与珍珠岩1∶1 混合制成的载体中，充分混匀，28～30 ℃培养7～10 d，常温保存备用。

1.4 试验设计与方法

试验共设12 个处理：CK 为全量化肥（尿素150 kg/hm2+过磷酸钙120 kg/hm2）；11 个分别利用上述菌株研制的PGPR 菌肥+半量化肥（尿素75 kg/hm2+过磷酸钙60 kg/hm2）处理（分别以对应的菌株编号作为处理代号）。其中，尿素N≥46.4%，过磷酸钙P2O5≥12.0%。每个处理重复3 次，共36 个小区，完全随机区组排列。小区面积6 m2（2.5 m×2.4 m），行距25 cm，埂宽30 cm，黑青稞条播。

试验前将黑青稞种子与上述PGPR 菌肥按1∶1进行拌种，2～3 h后播种，CK用等量的农田土拌种后播种。播前先施化肥，覆一层土，后播拌过菌肥的黑青稞种子，之后立即覆土。田间管理一致。供试作物为西藏自治区山南市隆子县的黑青稞，种子发芽率为85%，黑青稞播种量为225 kg/hm2，于2021年4月15日播种。

1.5 测定项目及方法

在黑青稞苗期，每个小区随机选取面积为1 m2的样方进行黑青稞出苗数的调查。株高、鲜质量、根体积、干质量、根长、千粒质量、穗粒数、小区产量等采用文献[15]中的方法测定。用凯氏定氮法测定浸提液的含氮量，含氮量乘以系数5.83 即为籽粒粗蛋白含量；采用钼锑抗比色法-紫外分光光度计测定籽粒磷含量；采用火焰光度计测定籽粒钾含量；采用AAS 法测定籽粒锌含量；采用索氏脂肪抽提法测定籽粒粗脂肪含量[16‑17]。获取各处理小区平均产量后换算成单位面积产量。

1.6 数据处理

采用Excel 2016 进行数据处理，用DPS 7.05 对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 PGPR菌肥处理对黑青稞出苗的影响

由表2 可知，各供试PGPR 菌肥对黑青稞种子出苗影响不同。供试的11种菌肥中，与CK相比，菌肥SR6-1、SR10-6、LQ14-2、SR15-2、SR26-3 和HQ36-1 能显著提高黑青稞的出苗数（P<0.05），出苗数较CK 提高12.88%～112.50%。其中，促生效果最好的是菌肥SR10-6；其次是菌肥SR6-1，出苗数较CK 提高了34.85%；位于第三的是菌肥SR15-2，出苗数较CK提高了22.73%。

表2 PGPR菌肥处理对黑青稞出苗的影响Tab.2 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on emergence of black highland barley

2.2 PGPR菌肥处理对黑青稞株高的影响

PGPR 菌肥处理对黑青稞株高的影响见表3。在苗期，PGPR 菌肥SR6-1、SR10-6 和HQ36-2 处理黑青稞株高均显著高于CK（P<0.05），相比于CK，增加7.74%～8.82%。其中，菌肥SR10-6的促生效果最好。拔节期，各PGPR 菌肥处理的株高均明显高于CK（P<0.05），与CK 相比，增加10.53%～39.85%。其中，促生效果最好的是PGPR 菌肥SR21-1 处理。抽穗期，PGPR 菌肥SR11-3、LQ14-2、SR15-2、SR26-3、HQ36-1 和HQ36-2 处理的株高均显著高于CK（P<0.05），与CK 相比，增加1.58%～21.57%。其中，促生效果较好的是PGPR 菌肥LQ14-2 和SR26-3 处理，株高较CK 分别增加了21.43%、21.57%。成熟期，除PGPR菌肥SR6-1和SR10-3外，其余PGPR菌肥处理均能增加黑青稞株高，与CK 相比，增加2.22%～24.45%。其中，效果最好的是PGPR 菌肥SR22-3；其次为菌肥SR15-2、SR10-6 和SR21-1，黑青稞株高较CK 分别增加了15.14%、15.05%、14.06%。

2.3 PGPR菌肥处理对黑青稞鲜质量及根冠比的影响

PGPR 菌肥对黑青稞鲜质量及根冠比的影响见表4。在施用PGPR 菌肥后，拔节期，菌肥SR21-1、SR22-3和SR26-3处理的黑青稞地上鲜质量均明显高 于CK（P<0.05），较CK 分 别 增 加40.31%、4.41%、1.10%；菌 肥SR10-6、SR15-2、SR21-1、SR26-3 和HQ36-2 处理黑青稞地下鲜质量均显著高于CK（P<0.05），分别较CK 增加18.71%、18.71%、23.87%、24.52%、4.52%，其中菌肥SR21-1 和SR26-3较高，且它们之间差异不显著；有7种菌肥处理黑青稞的根冠比高于CK，即菌肥SR10-3、SR10-6、SR11-3、SR15-2、SR21-1、SR26-3 和HQ36-2，根冠比较CK 增加5.0%～85.0%。抽穗期，施用PGPR 菌肥后，除PGPR 菌肥SR6-1 和SR26-3 处理地上鲜质量高于CK 外，其他菌肥处理地上鲜质量及所有菌肥处理地下鲜质量、根冠比均低于CK。

表4 PGPR菌肥处理对黑青稞鲜质量及根冠比的影响Tab.4 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on fresh weight and root-shoot ratio of black highland barley

2.4 PGPR菌肥处理对黑青稞根长及根体积的影响

PGPR 菌肥对黑青稞根长和根体积的影响见表5。施用PGPR 菌肥后，拔节期和抽穗期，PGPR 菌肥SR10-6 和SR21-1 处理对黑青稞的促生效果较好，根长均显著长于CK（P<0.05）。其中，菌肥SR10-6 处理拔节期、抽穗期黑青稞根长分别较CK增加22.39%、19.75%。拔节期和抽穗期，菌肥SR10-6、SR11-3、LQ14-2、SR15-2 和HQ36-2 处理黑青稞根体积均显著高于CK（P<0.05）。其中，菌肥SR10-6 处理拔节期和抽穗期黑青稞根体积较CK分别增加了5.88%、3.70%。

表5 PGPR菌肥处理对黑青稞根长及根体积的影响Tab.5 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on root length and root volume of black highland barley

2.5 PGPR菌肥处理对黑青稞产量组成及产量的影响

不同PGPR 菌肥处理对黑青稞产量组成及产量的影响不同。由表6 可知，PGPR 菌肥SR6-1、SR10-3、SR10-6、SR15-2、SR22-3、SR26-3 和HQ36-2 均能增加黑青稞的千粒质量，相比于CK，增加1.22%～10.52%。其中，效果最好的是PGPR 菌肥SR15-2；其次为SR10-6，千粒质量较CK 增加了6.15%。施用PGPR 菌肥后，相比于CK，除PGPR 菌肥SR6-1 和HQ36-1 外，均能增加黑青稞的穗粒数，增加13.04%～30.43%。其中，效果最好的是PGPR菌肥SR26-3；其次为菌肥SR22-3，穗粒数较CK 增加了28.26%；再次是SR10-3，穗粒数较CK 增加了24.63%；然后是SR10-6 和SR15-2，穗粒数均较CK增 加 了23.91%。 PGPR 菌 肥SR10-3、SR10-6、LQ14-2、SR21-1、SR22-3、SR26-3 和HQ36-2 均能增加黑青稞的产量，相比于CK，增产12.88%～97.09%。其中，增产效果最好的是PGPR 菌肥SR10-6；其次为SR10-3，相比于CK 产量增加了69.37%；再次是菌肥LQ14-2 和HQ36-2，黑青稞产量较CK分别增加了54.51%、49.79%。

表6 PGPR菌肥处理对黑青稞产量的影响Tab.6 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on yield of black highland barley

2.6 PGPR菌肥处理对黑青稞籽粒营养成分的影响

不同PGPR 菌肥处理黑青稞籽粒粗蛋白、粗脂肪、磷、钾和锌含量见表7。除PGPR菌肥SR11-3处理黑青稞籽粒粗蛋白含量高于CK 外，其余10种PGPR 菌肥处理黑青稞籽粒粗蛋白均低于CK，且差异均达显著水平（P<0.05）。黑青稞籽粒粗脂肪含量除PGPR 菌肥HQ36-2 处理低于CK 外，其他10 种PGPR 菌肥处理黑青稞籽粒粗脂肪含量均显著高于CK（P<0.05）。其 中，效 果 最 好 的 是PGPR 菌 肥SR11-3，黑青稞籽粒粗脂肪含量较CK 增加了266.67%，其次为PGPR 菌肥SR15-2 和SR26-3，黑青稞籽粒粗脂肪含量较CK 分别增加了236.11%、233.33%，再次是PGPR菌肥HQ36-1，黑青稞籽粒粗脂肪含量较CK 增加了155.56%，菌肥LQ14-2、SR21-1、SR10-3、SR22-3、SR10-6 和SR6-1 黑青稞籽粒粗脂肪含量分别较CK 增加了141.67%、100.00%、91.67%、47.22%、41.67%、22.22%。和CK比较，11 种PGPR 菌肥处理黑青稞籽粒磷含量均显著高于CK（P<0.05），增加5.25%～43.63%。其中，PGPR 菌肥HQ36-1 处理效果最好；其次为PGPR 菌肥SR6-1，黑青稞籽粒磷含量较CK 增加了36.98%；再次是菌肥LQ14-2，黑青稞籽粒磷含量较CK 增加33.69%，菌 肥SR21-1、SR22-3、HQ36-2、SR26-3、SR11-3、SR15-2、SR10-6和SR10-3处理，黑青稞籽粒磷含量分别较CK 增加了23.65%、16.53%、14.73%、14.29%、12.06%、12.06%、11.31%、5.25%。从黑青稞籽粒钾含量来看，大多数PGPR 菌肥处理黑青稞籽粒的钾含量高于CK，效果最好的是PGPR菌肥SR10-6，籽粒钾含量较CK 增加了17.07%；其次为PGPR 菌肥HQ36-1，籽粒钾含量较CK 增加了15.61%；再次是菌肥SR6-1，籽粒钾含量较CK 增加了14.15%。除PGPR 菌 肥SR11-3 外，其 余10 种PGPR 菌肥处理黑青稞籽粒锌含量均高于CK，增加4.72%～99.02%。其中，效果最好的是PGPR 菌肥SR6-1；其次为菌肥SR10-3，黑青稞籽粒锌含量较CK 增加了91.33%；再次是菌肥SR10-6，黑青稞籽粒锌含量较CK增加了55.86%。

表7 PGPR菌肥处理对黑青稞籽粒营养成分含量的影响Tab.7 Effect of PGPR bacterial fertilizer treatment on content of nutritional components in grains of black highland barley

3 结论与讨论

研究表明，PGPR 能够通过固氮，溶解土壤中的无机磷、有机磷及分泌植物激素如生长素（Indole‑3‑acetic acid，IAA）等，直接促进植物生长发育[18]。本研究采用大田完全随机区组排列，研究了11 株PGPR 对黑青稞的促生效果。结果表明，本研究制作的PGPR 菌肥大多数可明显促进黑青稞生长。综合来看，菌肥SR10-6 处理促生效果最好，其黑青稞出苗数、苗期株高、根长、根体积、产量及籽粒磷、钾、锌含量整体上明显高于CK，这可能与该菌株具有多功能性有关。大量研究表明，具有较好应用前景或者已经在农业中广泛应用的抗病PGPR 一般都兼具多种抗病促生机制，产生抗生素、铁载体、蛋白酶等与拮抗相关的次级代谢产物，有效地抑制土传病害；同时某些拮抗菌具有固氮、溶磷、产ACC 脱氨酶、产IAA 等功能特性，可以促进植物生长、改善土壤的微生态环境[19]。有研究表明，在土壤中接种PGPR 能够促进土壤中闭蓄态磷的溶解释放，增加土壤中矿质态氮和有效磷、钾的含量，提高养分利用率，有利于植物体对氮、磷、钾的吸收利用[20]。同时，土壤中PGPR 通过产生植物激素如IAA 等改变根系的结构，增加根长、根表面积、根总体积等，从而促进植物根系生长[13]。

虽然各PGPR 菌肥处理对黑青稞不同生育时期株高整体上均有促进作用，但促生效果主要表现在拔节期和抽穗期，这与前人研究结果[21]一致。综合来看，制作的PGPR 菌肥处理对黑青稞根体积的促进作用大于根长，可能是由于多数促生菌都可分泌IAA，而IAA 诱导可刺激其侧根产生[22]，也可能与其他植物激素调控有关，这需要进一步研究。

本研究制作的菌肥多数可明显增加黑青稞的产量，增产12.88%～97.09%。其中，增产效果最好的是菌肥SR10-6；其次为菌肥SR10-3，黑青稞产量较CK 增加了69.37%；再次是菌肥LQ14-2 和HQ36-2，黑青稞产量较CK 分别增加了54.51%、49.79%。PGPR 菌肥使化肥减量，黑青稞不减产的主要原因可能是施入土壤中的PGPR 菌株促进了土壤养分的转化，对土壤肥力的形成、植物营养的转化起了重要作用；PGPR 菌肥中微生物的代谢有助于植物根系对水分、养分的吸收；PGPR 菌株代谢活动中分泌的激素可以刺激植物生长、拮抗植物病害，对植物的生长和发育具有促进作用[7]。

本研究制作的菌肥对黑青稞品质也有一定的影响。菌肥SR11-3 处理黑青稞粗蛋白含量明显高于CK。这可能是溶磷菌在溶解土壤磷素为作物吸收利用的同时，也能促进作物对氮素的吸收。除菌肥HQ36-2 外，其余10 种PGPR 菌肥均能显著提高黑青稞粗脂肪含量（P<0.05）。PGPR 菌肥＋半量化肥的处理均能增加黑青稞籽粒磷含量，大多数PGPR 菌肥＋半量化肥处理能提高黑青稞籽粒钾和锌含量。

综上，本研究制作的11 种PGPR 菌肥在促进黑青稞的生长、增加产量、改善品质方面各有不同表现。有关研究结果也表明，促生菌肥在田间的应用效果存在着很大差异[23]。除了与施用区气候特点、宿主植物、土壤状况有关，还受到菌种来源、菌剂组成、菌种组合与比例、载体种类与质量、施用量的影响。因此，如何优化上述各种因子，以达到最佳的田间接种效果，还需要深入研究。

本研究条件下，综合考虑PGPR 菌肥配施半量化肥处理对黑青稞生长、产量和品质的影响，以PGPR 菌肥SR10-6+半量化肥处理效果为最佳。与CK 相比，菌肥SR10-6 对黑青稞出苗数、成熟期株高、拔节期根长、拔节期根体积分别增加了112.50%、15.05%、22.39%、5.88%；千粒质量、穗粒数、产量分别增加了6.15%、23.91%、97.09%；籽粒粗脂肪、磷、钾和锌含量分别增加了41.67%、11.31%、17.07%、55.86%。 菌 株SR10-6（Serratiasp.）可作为开发和推广黑青稞专用生物肥料的优良菌种。