劉美琪 張婭 易嬙 靄華怡 王嘉寶 賈美清 張國剛

摘? ? 要：本研究將具有固氮、解磷能力的10種細(xì)菌制成混合菌劑，以裸燕麥為供試作物，進(jìn)行室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，研究根際促生菌對裸燕麥光合生理的影響。結(jié)果表明，添加混合菌劑與對照相比，裸燕麥抽穗期凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、葉片胞間CO2濃度（Ci）分別增加了36.92%，14.77%，4.83%，13.72%，灌漿期分別增加了50.30%，24.76%，9.16%，22.62%;混合菌劑化肥減半與對照相比，抽穗期凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、葉片胞間CO2濃度（Ci）分別增加了69.39%，23.84%，13.04%，30.27%，灌漿期分別增加了76.79%，28.57%，22.44%，39.97%。這些結(jié)果說明混合菌劑與化肥配施效果最好，聯(lián)合施用根際促生菌能夠避免濫用化肥引起的土壤環(huán)境污染問題。

關(guān)鍵詞：PGPR;裸燕麥;光合特性;促生作用

中圖分類號：S512.6? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.03.002

Effects of Rhizosphere-promoting Bacteria on Photosynthetic Characteristics and Growth of Naked Oats

LIU Meiqi1，ZHANG Ya1，YI Qiang1，AI Huayi1，WANG Jiabao1，JIA Meiqing2，ZHANG Guogang1

（1.College of Life Sciences，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China; 2.Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Environment，Tianjin 300387，China）

Abstract： In this study， 10 kinds of bacteria with the ability of fixing nitrogen and dissolving phosphorus were made into mixed bacteria. Meanwhile， naked oats were used as experimental crops to study the effects of rhizosphere growth-promoting bacteria on photosynthetic physiology of naked oats. The results showed that compared with the control， the net photosynthetic rate （Pn）， stomatal conductance （Gs）， transpiration rate （Tr） and leaf intercellular CO2 concentration （Ci）of the naked oat at the heading stage increased by 36.92%， 14.77%， 4.83% and 13.72%， respectively， and these at the filling stage increased by 50.30%， 24.76%， 9.16% and 22.62%， respectively. Compared with the control group， the net photosynthetic rate （Pn）， stomatal conductance （Gs）， transpiration rate （Tr） and leaf intercellular CO2 concentration （Ci） increased by 69.39%， 23.84%， 13.04% and 30.27% respectively at the heading stage， while 76.79%， 28.57%， 22.44% and 39.97% at the filling stage， respectively when the mixed bacterial fertilizer was halved. These results indicated that the effect of combined application of mixed bacteria and chemical fertilizer was the best， and the combined application of rhizosphere growth-promoting bacteria can avoid the soil environmental pollution caused by the abuse of chemical fertilizer.

Key words： PGPR; naked oats; photosynthetic characteristics; growth promoting effect

裸燕麥（Avena sativa L.）是一種禾本科的草本植物，在我國北方地區(qū)廣泛種植，其谷粒是重要的糧食之一，在國民農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中占有不可忽視的地位[1]。裸燕麥生育期內(nèi)需水量較多，水分利用效率低[2]。在傳統(tǒng)農(nóng)作物種植過程中普遍存在著因缺乏正確系統(tǒng)的科學(xué)理論知識，一味追求更高的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)量，而不遵循綠色環(huán)保理念和不合理使用化肥農(nóng)藥的現(xiàn)象，這樣容易對環(huán)境造成難以恢復(fù)的破壞。根際促生菌是指定植在植物根際，在植物生長發(fā)育過程中發(fā)揮促進(jìn)作用的一部分微生物[3]，目前已有的研究證明了假單胞菌和芽孢桿菌等20多個屬的根際菌具有防病促生、增加作物產(chǎn)量的作用[4-5]，這些微生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)中起著重要的作用[6-7]，因此，制成生物混合菌劑與化肥共同栽植和培養(yǎng)作物既利于植物營養(yǎng)物質(zhì)積累又不會污染環(huán)境。高雪等[8]通過PGPR生物混合菌劑加肥的施用改善了青稞（Hordeum vulgare Linn. var. nudum Hook.f.）的各種經(jīng)濟(jì)性狀，使株高、穗長、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量有所增加;徐雪冬等[9]在干旱條件下對蘋果（Malus domesica Borkh.）樹進(jìn)行根際促生細(xì)菌的接種，結(jié)果顯示處理后的蘋果樹相對電導(dǎo)率、滲質(zhì)和丙二醛的積累都有所降低，抗氧化系統(tǒng)的防御能力和抗旱性能都有所提高;王琦琦[10]從堿蓬（Suaeda glauca Bunge.）根際分離篩選得到耐鹽且促進(jìn)植物生長的細(xì)菌，在鹽漬化土壤中具有提高植物耐鹽性、增加糧食作物產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益的作用。以上試驗(yàn)結(jié)論都表明根際促生細(xì)菌對植物許多方面有明顯的積極影響，且相比化學(xué)肥料而言，具有保持環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡的功能，更加符合可持續(xù)發(fā)展的觀念。

基于此，我們在綜合考慮了菌株的固氮、解磷的能力以及明確了它們之間的相互作用后，篩選出10種細(xì)菌制成混合生物菌劑，通過蛭石接種的方法來研究根際促生菌對裸燕麥生長的作用。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地的基本情況

試驗(yàn)于2019年7月底至11月底在天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院進(jìn)行，采用盆栽方式種植。土樣理化性質(zhì)：銨態(tài)氮含量9.2 mg·kg-1、硝態(tài)氮37.5 mg·kg-1、速效磷含量25.8? mg·kg-1、速效鉀含量426.8 mg·kg-1、pH值8.66、EC值177.9 μS·cm-1、有機(jī)質(zhì)18.5 g·kg-1、土壤容重1.05 g·cm-3。

1.2 材 料

1.2.1 試驗(yàn)花盆 規(guī)格為24 cm × 14.5 cm × 22.5 cm/（盆口直徑×底直徑×盆深度）。

1.2.2 試驗(yàn)用土 取自天津農(nóng)科院創(chuàng)新基地（N39°25'40"，E116°57'0''）地表30 cm深的土壤，進(jìn)行陰干滅菌處理，過2 mm篩網(wǎng)后在每盆中裝填8 kg土樣。

1.2.3 試驗(yàn)菌株 10株可培養(yǎng)的細(xì)菌均從天津市土壤中分離出來，保藏于本試驗(yàn)室冰箱中，其編號和分子鑒定結(jié)果見表1。

將供試的10株可培養(yǎng)細(xì)菌分別接種在LB液體培養(yǎng)基（胰化蛋白胨10.0 g，酵母5.0 g，氯化鈉10.0 g，無菌水 1 000 mL，pH值7.2～7.4）中進(jìn)行培養(yǎng)，并用紫外-可見分光光度計每隔24 h分別測定其OD600[11]，至OD值均不再變化，即為飽和菌液。再利用血球計數(shù)板，在顯微鏡下分別統(tǒng)計各飽和菌液的細(xì)菌濃度。統(tǒng)計結(jié)果顯示，10種細(xì)菌飽和菌液濃度自2.04×107 cfu·mL-1至8.25×108 cfu·mL-1不等，為了確保試驗(yàn)過程中接種的各菌株用量一致，使用無菌水將菌液濃度稀釋至相同濃度，即均稀釋到1×106 cfu·mL-1，用來作為之后的接種菌液。

1.2.4 選擇蛭石作為微生物菌劑的載體 過10目篩子，121 ℃滅菌20 min，90 ℃左右烘干至恒質(zhì)量后使用。再從制備好的10種細(xì)菌菌液中各取16 mL，共計160 mL菌液混勻后也倒入塑料收納盒中，與320 g蛭石充分?jǐn)嚢杌靹颍瞥梢则问癁檩d體的微生物多物種混合菌劑。菌劑制備后，經(jīng)檢測，各菌種成活率均在90%以上。對照組用無菌水與蛭石混勻，化肥減半處理組在接種混合菌劑的同時，添加0.000 2 kg尿素。各處理與8 kg土樣混勻后進(jìn)行裸燕麥的栽培，植物生長過程中光照、水分、溫度等環(huán)境因素保持一致。

1.2.5 試驗(yàn)種子 裸燕麥（白燕2號），對其進(jìn)行種子萌發(fā)處理。

1.3 試驗(yàn)儀器、藥品

卷尺、游標(biāo)卡尺、光合儀、紫外分光光度計。尿素由陽煤豐喜肥業(yè)有限責(zé)任公司提供，總氮≥46%，粒度范圍0.85～2.80 mm。所用蛭石采購自河北省石家莊市靈壽縣嘉惠建材廠。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè) 3個處理，R1（不添加菌劑）為對照、R2（添加混合菌劑）、R3（添加混合菌劑和化肥減半），每個處理重復(fù)三組。參考合理種植面積，每盆栽種26株裸燕麥[12]。

在裸燕麥不同的生長發(fā)育期，用卷尺測量株高，隨機(jī)選取6株，取平均值，記錄每一盆裸燕麥抽穗總數(shù)。

光合生理指標(biāo)測定：各處理在上午9：00—11：30選取裸燕麥位于中部且健康的葉片測定光合生理指標(biāo)。采用開放式氣路，設(shè)定葉室溫度為25 ℃，應(yīng)用 LI64002B LED光源探頭（ Li-cor，USA） 提供1 200 μmol·m-2·s-1光量子通量密度，CO2注入系統(tǒng)設(shè)定值為400 μmol·mol-1，測定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度的參數(shù)，每次測定時，在Pn值穩(wěn)定之后，進(jìn)行記錄保存。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均由Microsoft Excel 2016整理，并用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件SPSS 17.0進(jìn)行分析，顯著性水平為0.05，采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行表格繪制及作圖。

增長率計算公式：（R2-CK）/CK*100%，（R3-CK）/CK*100%，（R3-R2）/R2*100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對胞間CO2濃度的影響

對裸燕麥抽穗期、灌漿期的胞間CO2濃度進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖1。

從圖1中可以看出，R2、R3與R1相比，在抽穗期和灌漿期的胞間CO2濃度均有顯著增加。R2與R1相比，在抽穗期增長率為13.72%，在灌漿期增長率為22.62%;R3與R1相比，在抽穗期增長率為 30.27%，在灌漿期增長率為39.97%;R3與R2相比，在抽穗期增長率為14.55%，在灌漿期增長率為14.15%。

2.2 不同處理對凈光合速率的影響

對裸燕麥抽穗期、灌漿期的凈光合速率進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖2。

從圖2中可以看出，R2、R3與R1相比，在抽穗期和灌漿期的凈光合速率均有顯著增加。R2與R1相比，在抽穗期增長率為36.92%，在灌漿期增長率為50.30%;R3與R1相比，在抽穗期增長率為69.39%，在灌漿期增長率為76.79%;R3與R2相比，在抽穗期增長率為23.72%，在灌漿期增長率為17.62%。R1、R3各組內(nèi)兩個時期的凈光合速率差異均顯著。

2.3 不同處理對氣孔導(dǎo)度的影響

對裸燕麥抽穗期、灌漿期的氣孔導(dǎo)度進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖3。

從圖3中可以看出，R2、R3與R1相比，在抽穗期和灌漿期的氣孔導(dǎo)度均有顯著增加。R2與R1相比，在抽穗期增長率為14.77%，在灌漿期增長率為24.76%;R3與R1相比，在抽穗期增長率為23.84%，在灌漿期增長率為28.57%;R3與R2相比，在抽穗期增長率為7.90%，在灌漿期增長率為3.05%。R1、R3組兩個時期的氣孔導(dǎo)度差異顯著。

2.4 不同處理對蒸騰速率的影響

對裸燕麥抽穗期、灌漿期的蒸騰速率進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖4。

從圖4中可以看出，R2、R3與R1相比，在抽穗期和灌漿期的蒸騰速率均有顯著增加。R2與R1相比，在抽穗期增長率為4.83%，在灌漿期增長率為9.16%;R3與R1相比，在抽穗期增長率為13.04%，在灌漿期增長率為22.44%;R3與R2相比，在抽穗期增長率為7.83%，在灌漿期增長率為12.17%。同一處理下，在這兩個時期的蒸騰速率差異均顯著。

2.5 不同處理對株高的影響

株高是植物生長量的基本標(biāo)志之一。圖5為不同處理下裸燕麥隨時間的變化。

從圖5中可以看出，隨著裸燕麥生長天數(shù)的增加，三組處理下的株高均呈明顯的增長趨勢。在20 d到30 d期間，株高的增長速率最大，R1增長了86.21%，R2增長了86.35%，R3增長了93.93%;在第50天，三組處理下的裸燕麥株高差異最為顯著，R2與R1相比，增長率為8.25%，R3與R1相比增長率為21.62%，R3與R2相比增長率為12.35%;生長到第90天，R2與R1相比，增長率為3.51%，R3與R1相比增長率為10.07%，R3與R2相比增長率為6.33%。同一處理下株高均差異顯著。

2.6 不同處理對穗數(shù)的影響

植物穗數(shù)是反映植物生長狀況的指標(biāo)之一，如圖6為不同處理下裸燕麥隨時間穗數(shù)的變化。

從圖6中可以看出，隨著裸燕麥生長天數(shù)的增加，三組處理下的穗數(shù)均呈明顯的增長趨勢。在70～80 d期間，穗數(shù)的增長速率最大， R1增長了60.76%，R2增長了52.33%，R3增長了84.26%;在第80天，三組處理下的裸燕麥穗數(shù)差異最為顯著，R2與R1相比，增長率為11.92%，R3與R1相比增長率為36.85%，R3與R2相比增長率為22.28%;生長到第100天，R2與R1相比差異不顯著，增長率為11.02%，R3與R1相比增長率為27.89%，R3與R2相比增長率為15.19%。同一處理下的穗數(shù)均差異顯著。

3 結(jié)論與討論

以上數(shù)據(jù)表明，混合菌劑接種后可以提高裸燕麥葉片的株高、穗數(shù)、胞間CO2濃度、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率;混合菌劑與化肥共同使用提高效果最為明顯。這與蔣永梅[13]在小黑麥上的研究、李琦等[14]在苜蓿上的研究、周可金[15]在油菜上的研究、郭英等[16]在大豆上的研究結(jié)果一致，即根際促生菌對植物生長具有一定的促生作用。光合作用是植物生長發(fā)育過程中重要的生化過程，是物質(zhì)積累的基礎(chǔ)，比其他因素對作物的影響更為突出，是比較作物差異的重要指標(biāo)。光合速率描述了植物光合作用的強(qiáng)弱，反映了葉片合成有機(jī)物的能力，間接反映了植物內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的含量[17]。氣孔導(dǎo)度即CO2進(jìn)入葉片的多少，是反應(yīng)環(huán)境變化最敏感的因子，可間接表示光合速率。蒸騰速率衡量了植物葉片蒸騰和氣孔開放的程度。一般來說，氣孔導(dǎo)度越大，蒸騰速率越快。株高是植物生長量的基本標(biāo)志之一，通過測量的株高數(shù)據(jù)可粗略表示植物生長的情況，衡量不同處理下的效果。因?yàn)楸驹囼?yàn)篩選出來的參試細(xì)菌大部分都具備良好的固氮和解磷能力，在裸燕麥生長過程中，這些根際促生細(xì)菌部分通過固定空氣中的氮?dú)鈁18-20]，增加了土壤中的氮元素含量，同時部分菌劑還可以使土壤中已被固定的磷元素重新釋放[21-25]，進(jìn)而可被植物吸收利用。另一方面，植物根際促生菌可以減少植物被病原微生物感染的機(jī)會，降低植物的生物或非生物壓力[26-28]。就本研究而言，我們可以得知混合菌劑對裸燕麥的生長的確具有明顯的促進(jìn)作用，并且與化肥結(jié)合后可以得到尤為顯著的效果，在今后的試驗(yàn)中可以通過擴(kuò)大菌的篩選范圍或改良菌種以制得單一或多種功能菌株混合而成的更加優(yōu)異的菌[29-30];嘗試多種接菌方式及栽培方法等措施優(yōu)化試驗(yàn)方案，逐步達(dá)到與化肥同等的效益，從而替代化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用，避免由于濫用引起的土壤環(huán)境污染問題。

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