不同浓度微生物菌剂对水稻幼苗生长的影响

陈嘉雨，杨小宇，徐正宏，常伟娜，王志刚

不同浓度微生物菌剂对水稻幼苗生长的影响

陈嘉雨1，2，杨小宇1，2，徐正宏1，2，常伟娜1，2，王志刚1，2

（齐齐哈尔大学 1. 生命科学与农林学院，2. 黑龙江省农业微生物制剂产业化技术创新中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

近年来，我国对水稻生产的需求与日俱增，根际促生菌（PGPR）是改善土壤肥力、促进作物生长的重要因子．开发水稻微生物肥料利于水稻绿色生产．通过浸种促生、盆栽促生、复合菌株田间促生实验，验证根际促生菌对水稻的促生作用．通过浸种促生实验分析不同的菌液及浓度对水稻的促生效果．结果显示，单菌OD600=0.5的菌液对水稻的促生效果最好，混合菌液的促生效果高于对照组，但相比单菌OD600=0.5的效果差异不明显．通过盆栽促生实验、复合菌株田间促生实验证明，经OD600=0.5菌液处理后的水稻对茎鲜质量、根鲜质量、总根长度、根尖数等指标均有明显的促生长效果．得出在OD600=0.5浓度下的单菌LZP02和混菌对水稻的促生效果较好．研究将为水稻微生物肥料的开发和利用奠定理论依据，对提高水稻产量和农业可持续发展具有重要意义．

水稻；根际促生菌；根系；促生效果

水稻是我国粮食产量最多、种植面积最大、单产最高的粮食作物，稻米是全国60%左右人口的主要食物[1]．水稻的生产在我国粮食生产中占有举足轻重的地位，与国计民生关系密切[2]．在农业生产过程中大量施用化肥、杀虫剂，不仅使土壤质量恶化，环境污染，影响作物正常生长，还会使农产品质量下降，从而对我国农业的可持续发展造成影响[3]．随着我国有机绿色工业的发展，化肥产品逐步向高效化、环保化、标准化、多功能化方向发展[4]，微生物肥料以无污染、低成本、低能耗、高肥效等优点将成为今后农业发展的重要方向．

微生物肥料是一种新型肥料，其可利用微生物的生命活动获取作物所需要的营养，也被称为菌肥[5]．土壤中微生物通过参与有机物更新、养分循环和生物修复等过程来维持土壤功能．微生物肥料在防治土传病害，维持和改善土壤肥力，促进作物生长和维护生态平衡等方面发挥重要作用[6-8]．微生物肥料中应用最广泛的是根际促生菌（plant-growth promoting rhizobacteria，PGPR）[9-10]，将其定义为能够接种于植物并且促进其生长的土壤微生物[11-13]．植物根际促生菌对植物生长的影响机制主要有：增加土壤中氮、磷、钾的溶解量，产生多种激素，生产并螯合铁载体，对病原菌的生长有一定的抑制作用等[14-15]．PGPR可单独作为一个单元在生物圈中发挥作用，可促进作物的生长和增加土地的肥力[16-17]，且这些菌种之间的相互影响非常复杂[18]．盆栽实验研究显示，在土壤中接种SJ-101显著提高了芥菜的生物量，并促进植物生长[19]．Ling[20]等通过盆栽实验和田间实验证明，施加由SQR21制得的微生物肥能明显增加西瓜产量，并能有效减少根际土壤尖孢镰刀菌的数量．Han[21]等从中国南部地区的根际土壤中分离出的HR4是一种能促进植株生长并具有固氮能力的菌株，可以作为一种生防菌株，用于防治水稻纹枯病和其他一些常见的病害．且接种剂的浓度也会在很大程度上影响作物生长．本文使用解磷菌（LZP02）、溶磷菌（LZP03）2个菌种对水稻的促生情况进行实验对比分析，为环境友好型生物肥料的生产及生态农业的建设提供支持．

1　材料与方法

1.1　培养基配方

LB培养基（1L）：酵母5.0 g，蛋白胨10.0 g，NaCl 8.0 g，琼脂20.0 g，pH7.0．液体培养基不加琼脂．

蒙金娜有机培养基（1L）：葡萄糖10.0 g，（NH4）2SO40.5 g，CaCO31.0 g，FeSO4·7H2O 0.03 g，MgSO4·7H2O 0.3 g，KCl 0.3 g，NaCl 0.3 g，MnSO4·H2O 0.03 g，酵母粉0.5 g，卵磷脂0.2 g，琼脂20.0 g．液体培养基不加琼脂．

1.2　实验处理

实验于2022年3～4月在齐齐哈尔大学微生物实验室日光温室内进行．实验共设5个处理，OD600=0.5的LZP02菌液（T1），OD600=1的LZP02菌液（T2），OD600=0.5的LZP02和LZP03的混合菌液（T3），OD600=1的LZP02和LZP03的混合菌液（T4），对照组（CK）．

1.3　浸种促生实验

用LB培养基分别培养水稻根际促生菌LZP02和LZP03至菌悬液OD600=0.5，OD600=1，将LZP02和LZP03等体积混合，获得混合菌悬液OD600=0.5，OD600=1．将水稻种子用5%的NaClO消毒5 min后，用无菌水清洗6次，用菌液浸泡稻种24 h，将稻种置于铺有滤纸的培养皿中，以无菌LB培养基为对照，每组处理3个平行．在温度25℃、湿度60%的气候箱中暗培养，每天记录水稻发芽情况并分析相关指标．

1.4　盆栽促生实验

用盐水漂浮法挑选优质水稻种子，选种后用清水清洗，加入烧杯中30℃浸种．使用LB培养基将筛选的水稻根际促生菌LZP02培养至浓度为OD600=0.5，将水稻播种在浇灌30 mL菌液的营养钵中，以30.0 mL的无菌LB培养基为对照，每5株稻米均进行5次实验重复．将培养钵置于30℃、光照12 h的人造气候箱中；在30℃条件下，黑暗12 h；实验期间用无菌水浇灌．水稻2叶之后白天温度设置为20℃，晚上温度为15℃．利用测量尺测量水稻株高，起点为水稻茎基部，终点为水稻生长点．电子天平测量地上鲜质量、地下鲜质量．将水稻幼苗放于烘箱中，先于105℃烘干30 min，然后调为80℃烘干至恒质量，用电子天平测量水稻地上干质量和地下干质量．用根系扫描仪扫描水稻根系图片，用托普根系分析软件进行分析，并记录数据．

1.5　复合菌株田间促生实验

用LB培养基对已筛选出的水稻根际促生菌LZP02，LZP03分别培养，然后分别接种于含LB培养基的发酵培养罐中培养2 d，将发酵后的菌液混合制成OD600=0.5和OD600=1的复合菌液备用．将稻种在培养皿中室温下进行发芽处理，将发芽的稻种放入秧盘内，在秧盘上预先培植好幼苗土壤，加完水稻种子后再覆上一层育苗土．实验组为按质量比10%添加菌液的稻苗，对照组为按质量比10%添加无菌水的秧盘，20 d后测定有关数据．

1.6　数据处理

使用Excel 2019整理数据，SPSS 22.0软件进行差异显著性分析，Graphpad prism 8软件进行数据作图（<0.05）．

2　实验结果

2.1　菌株浸种对水稻发芽的促生效果

通过7 d的培养，得到不同浓度的菌液对水稻种子促生的发芽率（见图1）．CK组的平均发芽率为69.52%；T1组的平均发芽率为88.56%，相比于对照组增加了19.04%；T2的平均发芽率为80.94%，相比于CK组增加了11.42%；T3组的平均发芽率为79.04%，相比于CK组增加了9.52%；T4组的平均发芽率为76.18%，相比于对照组增加了6.66%．经菌液处理过的水稻种子中，T1组平均发芽率最高，T4组平均发芽率最低．混菌的促发芽效果明显优于对照组，但与单菌的效果没有明显差异．1～4 d，T1组的发芽数最多，5～7 d，大多数种子都已发芽．由此可知，OD600=0.5的LZP02菌液对种子促生效果最好，可能加快种子萌发．OD600=1的菌液浓度可能过高，所以对种子的促生萌发效果不显著．

图1　不同处理下浸种促生发芽

2.2　根际促生菌对水稻幼苗的促生影响

在浸种促生实验中已经证明，OD600=0.5的LZP02菌液对种子的促生效果最好，因此采用该浓度的菌株验证其在盆栽实验中的促生效果．通过测量尺、电子天平、根系扫描仪对培养25 d后的水稻幼苗的株高、根鲜质量、总根长度、根表面积、根尖数等相关指标进行测量．由水稻幼苗根系扫描图（见图2）可见，菌液处理的水稻幼苗根系与培养基处理的水稻幼苗根系相比，总根长度明显增加，根尖数显著增加．经T1的LZP02菌液处理的水稻幼苗的株高、茎鲜质量明显高于无菌LB培养基处理的水稻幼苗．其中，T1处理组的株高相比于CK对照组增加了27.83%，茎鲜质量相比于CK对照组增加了17.59%（见图3）．经菌液处理的水稻幼苗的总根长度、投影面积、表面积和根尖数均大于CK处理组，且差异显著（见表1）．

图2　水稻幼苗根系形态扫描

注：左侧为CK处理；右侧为T1处理．

图3　不同处理组对水稻幼苗株高和茎鲜质量的影响

表1　经OD600=0.5菌液（T1）处理的水稻幼苗根系指标的影响

2.3　复合菌株对水稻生长的影响

利用电子天平、根系扫描仪对培养25 d后的水稻幼苗根鲜质量、总根长度、根尖数等进行测量．水稻幼苗根系扫描见图4．由图4可见，经混菌OD600=0.5菌液处理后的水稻幼苗的侧根数、总根长度明显高于对照组的水稻幼苗．

图4　水稻幼苗根系扫描

注：从左向右依次为CK，T3，T4处理．

不同处理组的水稻幼苗根系指标见表2．由表2可见，经T3，T4处理后的水稻根系生长发育受到显著影响，T3处理组水稻幼苗的总根长度变化最为显著，T3处理组总根长明显高于T4处理组，T4处理组总根长又显著高于CK；水稻幼苗根的投影面积、表面积均产生不同程度的变化，这2项指标结果表明，T3和T4处理组投影面积和表面积均显著高于CK组；T3，T4处理后对水稻幼苗根的体积和根尖数与CK比较亦有小幅度影响，但并没有显著变化．

表2　经不同浓度混菌处理的水稻根系指标的影响

不同处理组对水稻幼苗生长的影响见图5．由图5可见，与CK处理相比，经T3处理后的株高显著增加（<0.05），T4处理的株高也高于CK组，但并无显著差异；T3处理的茎鲜质量最高，显著高于其他2个处理组（<0.05），根鲜质量无显著差异；T3处理组茎的干质量无显著差异，根的干质量却显著高于其他2个处理组（<0.05）．

图5　不同处理组对水稻幼苗生长的影响

3　讨论与结论

水稻是我国最重要的粮食产物之一，近年来，随着人民生活水平的不断提高，我国对农产品的需求也越来越多．PGPR微生物肥料能为植物根系的生长、植物发育供给养分[22]．微生物菌肥中的活性微生物可以相互作用，从而使土壤得到特殊的化肥效果，以改善作物的产量和品质[23]．水稻根际促生菌能产生大量的植物激素并具有溶磷、解磷、解钾等作用，这些功能可以改善土壤的生态环境，促进植物生长[24]．本文通过比较不同浓度下微生物菌剂对水稻的促生效果以及浸种促生实验和盆栽促生实验证明，当使用OD600=0.5时的LZP02菌株处理水稻种子时，水稻种子的发芽率明显提升，水稻幼苗的株高、总根长度、根尖数、茎鲜质量与CK相比均有不同程度的增加．根尖数和总根长度越多，水稻幼苗可吸收营养成分的面积越大，水稻幼苗的鲜质量也会增加．因此，此浓度的菌液可改善根系形态组成．通过复合菌株田间促生实验证明，当使用OD600=0.5的LZP02和LZP03的混合菌液处理水稻种子时，水稻幼苗的株高、总根长度、根尖数、茎鲜质量、茎干质量、根鲜质量、根干质量与CK相比也均有不同程度的增加，这与前人报道相一致，根际促生菌能促进侧根的发育和伸长，从而促进植株的生长，并对根的形态产生影响，主要表现在根体积、根表面积及总根长度等形态变化方面[25]．OD600=0.5相比于OD600=1的混合菌液效果好的原因可能是由于OD600=1的混合菌液中菌体密度过大，导致其在水稻根系生存空间不足，使其菌内竞争加大，影响了水稻幼苗根系的生长发育．与CK相比，在土壤中添加根际促生菌后，水稻幼苗根系的各项指标均得到改善，表明菌种能显著促进水稻幼苗根系的发育．李想[26]等研究发现，淀粉芽孢杆菌LX7、地衣芽孢杆菌LX5和枯草芽孢杆菌LX4对烟草的影响主要表现为增加根直径、根表面积、根表面积和总根长度．番茄的质量和品质可以通过beb-13bs根际促生菌得到提升[27]．本文中经不同浓度和菌株的组合在水稻的农业生产中具有良好应用前景，为指导水稻生产提供了一定的实验依据，也为微生物肥料发展提供了技术支持．

[1]王景晨．论我国的水稻发展及对策[J]．信阳农业高等专科学校学报，2000，3（1）：1-4．

[2]高祥照，马常宝，陈守伦．我国农业发展与化肥使用趋势分析[J]．化肥工业，2003（3）：3-5，7-59．

[3]祝凌云．水稻根际促生菌的筛选及对水稻的促生作用[D]．合肥：安徽农业大学，2008：7-8．

[4]Cong Peifei，Zhu Ouyang，Hou Ruixing，et al．Effects of application of microbial fertilizer on aggregation and aggregate-associated carbon in saline soils[J]．Soil and Tillage Research，2017，168：33-41．

[5]李俊，姜昕，李力，等．微生物肥料的发展与土壤生物肥力的维持[J]．中国土壤与肥料，2006（4）：1-5．

[6]孟瑶，徐凤花，孟庆有，等．中国微生物肥料研究及应用进展[J]．中国农学通报，2008，168（6）：276-283．

[7]Liu Xiao，Hu Guoqing，He Hongbo，et al．Linking microbial immobilization of fertilizer nitrogen to in situ turnover of soil microbial residues in an agro-ecosystem[J]．Agriculture，Ecosystems and Environment，2016，229：40-47．

[8]Wintermans P C A，Bakker P A H M，Pieterse C M J．Natural genetic variation infor responsiveness to plant growth-promoting rhizobacteria[J]．Plant Molecular Biology，2016，90（6）：623-634．

[9]李琬，刘淼，张必弦，等．植物根际促生菌的研究进展及其应用现状[J]．中国农学通报，2014，30（24）：1-5．

[10]胡江春，薛德林，马成新，等．植物根际促生菌（PGPR）的研究与应用前景[J]．应用生态学报，2004（10）：1963-1966．

[11]Kloepper J W，Leong T，Teintze M，et al．Enhanced plant growth by siderophores produced by plant growth promoting hizobacteria[J]．Nature，1980，286（5776）：885-886．

[12]Schippers B A，Bakker A W，Bakker P A H M ．Interactions of deleterious and beneficial rhizosphere microorganisms and the effect of cropping practices[J]．Annual Review of Phytopathology，1987（25）：339-358．

[13]Ji S H，Gururani M A，Chun S C．Isolation and characterization of plant growth promoting endophytic diazotrophic bacteria from Korean rice cultivars[J]．Microbiological Research，2014，169（1）：83-98．

[14]詹寿发，卢丹妮，毛花英，等．2株溶磷、解钾与产IAA的内生真菌菌株的筛选、鉴定及促生作用研究[J]．中国土壤与肥料，2017，269（3）：142-151．

[15]Ahmad F，Ahmad I，Khan M S．Screening of free-living rhizospheric bacteria for their multiple plant growth promoting activities[J]．Microbiological Research，2008，163（2）：173-181．

[16]Wang Y，Zhao X，Guo Z Y，et al．Response of soil microbes to a reduction in phosphorus fertilizer in rice-wheat rotation paddy soils with varying soil P levels[J]．Soil and Tillage Research，2018，181：127-135．

[17]Habibi S，Djedidi S，Prongjunthuek K，et al．Erratum to：physiological and genetic characterization of rice nitrogen fixer PGPR isolated from rhizosphere soils of different crops[J]．Plant and Soil，2014，379（1-2）：411．

[18]Zaidi S，Usmani S，Singh B R，et al．Significance ofstrain SJ-101 as a bioinoculant for concurrent plant growth promotion and nickel accumulation in Brassica juncea[J]．Chemosphere，2006，64：991-997．

[19]赵青云，赵秋芳，王辉，等．根际促生菌Y-IVI在香草兰上的应用效果研究[J]．植物营养与肥料学报，2015，21（2）：535-540．

[20]Ling N，Xue C，Huang Q W，et al．Development of a mode of application of bioorganic fertilizer for improving the biocontrol efficacy to Fusarium wilt[J]．Biocontrol，2010，55（5）：673-683．

[21]Han J G，Sun L，Dong X Z，et al．Characterization of a novel plant growth-promoting bacteria strainHR4 both as a diazotroph and a potential biocontrol agent against various plant pathogens[J]．Systematic and Applied Microbiology，2005，28（1）：66-76．

[22]Baum C，El-Tohamy W，Gruda N．Increasing the productivity and product quality of vegetable crops using arbuscular mycorrhizal fungi：a review[J]．Scientia Horticulturae，2015，187：131-141．

[23]Liu X，Hu G Q，He H B，et al．Linking microbial immobilization of fertilizer nitrogen to in situ turnover of soil microbial residues in an agro-ecosystem[J]．Agriculture Ecosystems and Environment，2016，229：40-47．

[24]王志刚，胡云龙，徐伟慧，等．鞘氨醇单胞菌菌株CL01的分离鉴定及其对连作西瓜的促生效应[J]．农业生物技术学报，2015，23（10）：1360-1367．

[25]Ortíz-Castro R，Contreras-Cornejo H A，Macías-Rodríguez L，et al．The role of microbial signals in plant growth and development[J]．Plant Signaling and Behavior，2009，4（8）：701-712．

[26]李想，刘艳霞，夏范讲，等．烟草根际促生菌（PGPR）的筛选、鉴定及促生机理研究[J]．中国烟草学报，2017，23（3）：111-118．

[27]Mena-Violante H G，Olalde-Portugal V．Alteration of tomato fruit quality by root inoculation with plant growth promoting rhizobacteria（PGPR）：beb-13bs[J]．Scientia Horticulturae，2007，113（1）：103-106．

Effects of various microbial agent concentrations on the growth of rice seedlings

CHEN Jiayu1，2，YANG Xiaoyu1，2，XU Zhenghong1，2，CHANG Weina1，2，WANG Zhigang1，2

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，2. Heilongjiang Provincial Technology Innovation Center of Agromicrobial Preparation Industrialization，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

In recent years，the demand for rice production in China is increasing day by day，and plant-growth promoting rhizobacteria（PGPR）is an important factor in improving soil fertility and promoting crop growth．Developing rice microbial fertilizer is beneficial to green rice production．The effect of plant-growth promoting rhizobacteria on rice rhizosphere was verified by field progenitor tests such as seed immersion experiments，potexperiments，and multi-strainfield experiments．By comparing the stimulation effect of different bacterial fluids and concentrations on rice seeds by soaking seeds，the results showed that the bacterial solution of mono-bacterium OD600=0.5 had the best promotion on rice，and the promotion of mixed bacterial liquid was better than that of the control group，but the effect was not obvious compared with mono-bacterial OD600=0.5．Through pot experiments and field experiments of multi-strain，it was proved that rice with OD600=0.5 bacterial liquid treatment had obvious promotion effects on stem fresh weight，root fresh weight，total root length and number of root tips．It was concluded that mono-bacterium LZP02 and mixed bacteria at the concentration of OD600=0.5 had the better pro-growth effect on rice．This study will offer the theoretical groundwork for the development and application of rice microbial fertilizer，which is critical for increasing rice output and agricultural sustainability．

rice；plant-growth promoting rhizobacteria；root system；promotion effect

1007-9831（2023）10-0066-06

Q93

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.10.013

2023-06-20

国家级大学生创新创业训练计划项目（202010232014）

陈嘉雨（2000-），女，黑龙江鹤岗人，在读硕士研究生，从事微生物资源与开发研究．E-mail：1526008810@qq.com

王志刚（1980-），男，内蒙古赤峰人，教授，博士，从事微生物资源与开发研究．E-mail：wangzhigang@qqhru.edu.cn