李海云,姚 拓，韓華雯,羅慧琴,路曉雯,楊曉蕾,夏東暉

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè) 可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

近年來，大量施用化肥造成的資源浪費，土壤、地下水體污染、土壤肥力下降、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降和農(nóng)業(yè)環(huán)境污染等問題亟待解決。研究表明生物菌肥是減少化肥用量的有效途徑之一，也是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的必然選擇[1]。微生物肥料含有特定功能的微生物，既能為作物生長提供必需的營養(yǎng)成分，又可改土、抗病、促生、克服連作障礙等成為研究的熱點，對于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品，減少環(huán)境污染有良好的作用，故篩選出優(yōu)良生物菌肥載體倍受關(guān)注[2-5]。生產(chǎn)中理想的菌肥載體應(yīng)該獲取來源廣泛、供應(yīng)穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低廉、孔隙度適宜且吸附性能好，對作物及其環(huán)境沒有毒害，能為微生物提供良好環(huán)境進(jìn)行生長繁殖等優(yōu)點[6-7]。目前，針對載體的篩選主要集中在泥炭、土壤、蛭石、煤炭、菌糠、珍珠巖等方面[4,8-9]，且主要集中在單一載體的篩選上，有關(guān)菌肥復(fù)合載體配方的報道較少。泥炭作為菌肥生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的載體，不可再生性是制約其利用的主要因素[10-11]，因此探尋替代泥炭等不可再生材料已刻不容緩。因此以不同單一載體及其復(fù)合載體為材料，系統(tǒng)研究不同載體及菌肥浸提液對蘇丹草(Sorghumsudanense)種子萌發(fā)率、苗重及根系指標(biāo)的的影響，篩選出適宜蘇丹草生長的菌肥載體配方，以期為菌肥在蘇丹草上的大面積推廣和微生物資源的生產(chǎn)經(jīng)營提供有效依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 供試作物 蘇丹草種子購于甘肅創(chuàng)綠草業(yè)科技有限公司，其品種為大力士。

1.1.2 供試載體 將不同載體(有機(jī)堆肥、木炭、花土、菌糠、馬鈴薯渣和泥炭)置于室溫風(fēng)干3～5 d，粉碎后過2 mm篩，按表1制備載體配方。

1.1.3 供試菌株 由筆者所在課題組自主分離篩選的聯(lián)合固氮菌G和優(yōu)良溶磷菌Jm170、Jm92及Lx191，具體信息見表2。

表1 不同菌肥載體組合

1.2 研究方法

1.2.1 菌肥制備 將菌株Jm170、Jm92、Lx191、G分別接種于LB液體培養(yǎng)基，在30℃、200 r/min條件下培養(yǎng)2 d(含菌量>108 cfu/mL)。將各菌液等體積進(jìn)行混合，將供試載體滅菌后接種混合菌液，混勻后置于28℃條件下培養(yǎng)，以備用。

1.2.2 載體及菌肥浸提液制備 將制備好的菌肥稱取10 g于250 mL三角瓶中，加無菌水100 mL，200 r/min振蕩30 min，過濾后將浸提液稀釋為原始濃度的100%、50%、25%和10%。

表2 供試菌株促生特性

1.2.3 試驗設(shè)計 將蘇丹草種子在無菌操作臺中分別用70%酒精、1%升汞、無菌水消毒處理30 s、10 min、1min，干燥3～4 h置于不同體積分?jǐn)?shù)的浸提液中浸種1 h，在直徑為15 cm已滅菌的培養(yǎng)皿中(水瓊脂13 g/L)植入蘇丹草種子，每個培養(yǎng)皿中均勻植入50粒種子，每個處理重復(fù)3次，同時設(shè)置對照，置于光照生化培養(yǎng)箱中，調(diào)節(jié)溫度為28℃，光照強(qiáng)度為1 000Lx,照射16 h，每天定時記錄種子發(fā)芽數(shù)。

1.2.4 測定指標(biāo)與方法 浸種7 d后測定發(fā)芽率，種子發(fā)芽率=(發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%，并隨機(jī)取10株幼苗用游標(biāo)卡尺測定其芽長、苗重、主根長、根表面積、根體積和根系平均直徑，根系指標(biāo)通過LA2400 Scanner根系掃描儀進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007和Spss 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，多重比較采用Duncan法，并且對不同處理間所測指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同載體及菌肥浸提液對蘇丹草種子萌發(fā)率和苗重的影響

在100%浸提液處理中，除處理組木炭、有機(jī)堆肥和泥炭的萌發(fā)率略高于對照(P>0.05)，其余處理均低于CK(表3)，而F1和馬鈴薯渣的萌發(fā)率比對照含量分別降低5.8%和8.1%，說明100%的菌肥浸提液可以抑制蘇丹草種子的萌發(fā)。50%濃度的浸提液處理下，各載體之間差異不顯著，較對照而言，馬鈴薯渣的下降率最為明顯，降低21.27%；F3萌發(fā)率最高，比對照升高3.16%，且與其余處理差異顯著。在浸提液濃度為25%時，各處理之間差異不顯著，變化基本一致；當(dāng)浸提液濃度為10%時，復(fù)合菌肥載體浸提液F3、F4和F6較對照而言分別降低10.6%、22.4%、21.2%，并且差異顯著。浸提液對蘇丹草苗重的影響隨著體積分?jǐn)?shù)變化影響各異。在浸提液濃度為100%時，較對照而言，單一菌肥載體浸提液以菌糠對苗重的增重效果最大，復(fù)合菌肥載體以花土對苗重的減少影響最大，分別是對照的38.3%和23.7%。當(dāng)菌肥載體浸提液體積分?jǐn)?shù)減少至50%時，所有單一菌肥載體中只有木炭較對照有所降低，且差異顯著；混合載體中F6有所降低，與對照差異不顯著，其余載體較對照呈增加趨勢。當(dāng)浸提液體積分?jǐn)?shù)為25%時，所有菌肥載體中只有泥炭有所降低，但與對照差異不顯著，說明25%的浸提液對蘇丹草苗重的影響不大，其濃度適宜蘇丹草幼苗的生長。10%處理組中，單一菌肥載體中只有木炭較對照有所降低，且差異顯著。

表3 菌肥浸提液處理下蘇丹草的種子萌發(fā)率和苗重

注：同列不同小寫字母表示顯著顯著(P<0.05)，下同

2.2 不同載體及菌肥浸提液對蘇丹草芽長和根長的影響

相較于對照，各菌肥浸提液處理對蘇丹草芽長的影響各異，單一載體菌肥浸提液體積分?jǐn)?shù)為100%時，只有除木炭，泥炭，馬鈴薯渣差異不顯著，其余各供試載體對芽長的影響差異顯著，花土、有機(jī)堆肥、菌糠分別較對照增加13.7%、13.7%、25.5%(表4)?；旌陷d體菌肥浸提液中F6與對照差異不顯著，其余載體對蘇丹草芽長的促生作用差異顯著，且比單一載體菌肥浸提液的促生更為明顯。50%浸提液處理下，載體組合F6與其他處理差異顯著，且促生效果弱于其他混合載體；單個載體中以菌糠、花土和有機(jī)堆肥表現(xiàn)最優(yōu)，但三者之間差異不顯著，除F6外，整體表現(xiàn)為載體組合對芽長的影響大于單個載體；25%和10%處理下，單個處理中均以花土和有機(jī)堆肥對芽長的影響最大，但兩者之間差異不顯著，混合載體處理下F5對芽長的影響最大；在不同的濃度處理下，以50%浸提液對蘇丹草芽長的影響最大。菌肥浸提液的濃度不同，對蘇丹草主根長的影響各異，在100%濃度處理下，單一菌肥載體浸提液主根長以有機(jī)堆肥、菌糠的表現(xiàn)最優(yōu)，較對照分別增加72.6%、38.5%，復(fù)合載體中以F3和F4影響最為明顯(P<0.05)，且在所有菌肥浸提液中表現(xiàn)最優(yōu)。50%處理下，單一載體菌肥浸提液較對照均有增加(P<0.05)，但以菌糠和木炭的促生更為明顯，分別增加108%、70.3%，，除處理6外，其余載體的促生效果均大于50.9%，且比單一菌肥載體的促生效果更為良好。25%和10%處理下，主根長分別以F3、F4、F5/F2、F4和F6影響最大，且與對照相比，各處理之間差異顯著，但總體促生效果不及50%的菌肥浸提液。

表4 菌肥浸提液處理下蘇丹草的芽長和主根長

2.3 不同載體及菌肥浸提液對蘇丹草根直徑、表面積和體積的影響

在100%、50%、25%及10%單一載體浸提液處理下，分別以馬鈴薯渣、花土、木炭和花土處理的根直徑最長(表5)；100%混合載體浸提液處理下F6根直徑較對照增加4.3%，但差異不顯著，50%混合載體浸提液處理下根直徑均短于對照，25%浸提液處理下以F1、F4的根直徑長于對照，但三者之間差異不顯著；10%浸提液處理下只有F2的根直徑較對照降低6.9%，且與對照差異不顯著。50%的浸提液對根系體積的影響都大于對照，其余載體的浸提液對根系體積的影響都弱于50%的浸提液處理。50%單一載體浸提液對根系表面積的影響以以泥炭的最大，較對照增加107.1%，混合載體浸提液以F5的影響最大，較對照增加58.8%，但促進(jìn)根系表面積的影響弱于單一載體泥炭的浸提液。

表5菌肥浸提液處理下蘇丹草根系的平均直徑、表面積和體積

Table5Effectsofbio-fertilizerextractondiameter,surperficialareaandvolumeofSorghumsudanenserootsstem

處理根系平均直徑/cm100%50%25%10%根系表面積/cm2100%50%25%10%根系體積/m3100%50%25%10%對照0.46ab0.46bcd0.46ab0.46bcd19.7h19.7g19.7e19.7e0.23ef0.23e0.23f0.23fg木炭0.36e0.41ef0.51a0.43cde23.8fg29.1cde26.1bc24.3c0.22f0.29cd0.33b0.27cd花土0.39de0.51b0.45bc0.56a26.0ef25.4f20.5de25.3bc0.25de0.33b0.23f0.37a有機(jī)堆肥0.46ab0.42ef0.48ab0.40e33.7bc21.4g26.8bc20.8de0.39b0.23e0.33b0.21g菌糠0.40cde0.39f0.40d0.42de23.6fg34.2b25.5bc22.9cd0.24ef0.33b0.26de0.24ef泥炭0.38e0.61a0.39d0.43cde25.4efg40.8a24.1cd20.9de0.25de0.33b0.24ef0.23fg馬鈴薯渣0.47ab0.48bc0.49ab0.44bcde30.5cd32.1bc26.6bc23.9c0.36bc0.39a0.32b0.26deF10.37e0.44cde0.47ab0.48b23.2g28.7de25.6bc20.3e0.22f0.32bc0.30bc0.25defF20.43bcd0.44cde0.39d0.43cde24.9efg30.8bcd22.1d27.5b0.27d0.33b0.22f0.29bcF30.40cde0.41ef0.41cd0.47bc35.0b26.7ef31.9a25.2bc0.35c0.28d0.32b0.3bcF40.44abc0.40ef0.48ab0.46bcd42.4a28.5de34.2a27.9b0.46a0.29cd0.41a0.32bF50.44abc0.40ef0.38d0.48b30.3d31.3bcd27.9b24.1c0.33c0.31bcd0.27cd0.29bcF60.48a0.44cde0.45bc0.46bcd27.5de21.4g24.6c31.6a0.33c0.24e0.28cd0.36a

2.4 不同菌肥浸提液對蘇丹草生長特性

2.4.1 主成分分析 分別將25%和50%處理組的萌發(fā)率、芽長、苗重、主根長、根表面積、根系平均直徑和根體積7個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。在7個因子中，25%處理組前3個因子的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到91.686%，而50%處理組的前3個因子累積貢獻(xiàn)率僅為84.919%(表6)。25%處理組中主成分1的方差貢獻(xiàn)率為46.973%，主成分2的方差貢獻(xiàn)率為25.951%，主成分3的方差貢獻(xiàn)率為18.942%，而50%處理組中主成分1、2和3的方差貢獻(xiàn)率分別為39.740%，28.334%和16.845%(表7)。對于25%處理組，在第1主成分中苗重、根表面積和根體積的載荷值大，而第2主成分中發(fā)芽率和根系平均直徑的載荷值大，在第3主成分中，載荷值較大的是根體積；50%處理組中，第1主成分中根長、根表面積和根體積的載荷值大，第2主成分芽長和苗重的載荷值大，第3主成分中，載荷值較大的是發(fā)芽率。

2.4.2 綜合得分評價 以12種不同基質(zhì)為載體的菌肥浸提液浸種對蘇丹草種子的發(fā)芽率和幼苗生長影響較大(表8)。50%菌肥浸提液處理組中促生效果排名為F5>F2>菌糠>馬鈴薯渣>F3>F4>F1>有機(jī)堆肥>泥炭>花土>木炭>F6。對于25%菌肥浸提液處理組，各處理的主因子及綜合得分排名與50%處理組之間存在較大變化。各處理的綜合得分為F4>F1>有機(jī)堆肥>木炭>F3>馬鈴薯渣>F6>菌糠>F5>花土>F2>泥炭。

表6 不同處理組旋轉(zhuǎn)前因子載荷矩陣和方差貢獻(xiàn)

注:X1為萌發(fā)率;X2為芽長;X3為苗重;X4為主根長;X5為根表面積;X6為根系平均直徑;X 7為根體積,下同

表7 不同處理組蘇丹草發(fā)芽參數(shù)的主成分分析

綜上可知，50%處理組中復(fù)合載體菌肥(F6除外)綜合排名均優(yōu)于單一載體菌肥，復(fù)合載體菌肥以F5和F2最佳，單一載體菌肥以菌糠和馬鈴薯渣較好；25%處理組中復(fù)合載體菌肥F4最佳，F(xiàn)1和F3次之，F(xiàn)2最差，而單一載體菌肥中有機(jī)堆肥最佳，木炭次之，而花土和泥炭較差，說明菌肥浸提液的濃度(體積分?jǐn)?shù))對蘇丹草種子的萌發(fā)具有一定程度的影響，且效果明顯優(yōu)于無菌水浸種處理。

表8 不同處理組菌肥浸提液浸種各指標(biāo)主因子得分及排序

3 討論

固體菌肥浸提液中不僅含有載體中的營養(yǎng)成分，還有有益的微生物菌種。種子發(fā)芽率的高低通常會影響其潛在的利用率和經(jīng)濟(jì)價值，利用菌肥浸提液處理植物種子，是引發(fā)種子活力、發(fā)芽率和整齊度的一項重要技術(shù)，也是檢測固體菌肥性能的有效方法之一。本研究發(fā)現(xiàn)，在不同濃度的浸提液處理下，馬鈴薯渣都能抑制蘇丹草種子的萌發(fā)，即使將馬鈴薯渣與其他載體相組配形成的復(fù)合載體F2和F5，其發(fā)芽率均低于對照，而其余不同濃度載體浸提液對蘇丹草幼苗的萌發(fā)率影響不大，總體而言，菌肥浸提液濃度為25%時，與不同體積分?jǐn)?shù)的載體浸提液相比，菌肥浸提液可提高種子萌發(fā)率。影響種子萌發(fā)的因素有種子的成熟度、光照、溫度及含水量等[12-22]，而種子的萌發(fā)率主要與種子自身的活力有關(guān)，本研究的菌肥浸提液對蘇丹草種子萌發(fā)不顯著的可能原因是蘇丹草在不打破種皮的條件下其活力相對較高所致。實驗發(fā)現(xiàn)，不同體積分?jǐn)?shù)的浸提液和菌肥載體對蘇丹草芽長的影響變化不明顯，而對蘇丹草的苗重差異極顯著(P<0.01)，這也與Siddikee等[23]利用植物根際促生菌的菌懸液浸種水稻種子后，不僅使幼苗鮮重顯著提高，還能夠有效緩解鹽脅迫的結(jié)果相吻合。不同體積分?jǐn)?shù)的載體和菌肥浸提液對芽長和苗重較對照變化各異，但載體相同時，菌肥浸提液能明顯促進(jìn)蘇丹草芽的生長和苗重，這可能是添加的菌劑分泌的IAA等物質(zhì)促進(jìn)了幼苗的生理活性，加速了其生長速度，也可能是載體中的有效元素被添加的菌劑生命活動所利用，減少或解除了載體中有害成分對蘇丹草種子生長的抑制作用。在促進(jìn)芽長和苗重方面，25%浸提液的復(fù)合載體菌肥優(yōu)于其單一載體菌肥，復(fù)合載體中以處理3效果最佳，而單一載體以花土、有機(jī)堆肥和菌糠最佳。

根系是植物吸收礦質(zhì)元素、合成碳水化合物等生長調(diào)節(jié)物質(zhì)的主要部位，也是微生物活動最旺盛的部位，微生物會通過根系向環(huán)境中分泌釋放生長代謝物，其代謝產(chǎn)物會促進(jìn)或抑制植物本身的生長發(fā)育，對植物生長發(fā)育發(fā)揮著重要作用[24]。本試驗結(jié)果表明不同載體的菌肥浸提液對蘇丹草根長、根表面積、根體積和根系平均直徑影響顯著，究其原因可能是菌肥浸提液中的植物根際促生菌能夠分泌某些乙酸、乳酸、延胡索酸、蘋果酸等有機(jī)酸，分泌的有機(jī)酸通過一系列的代謝過程加速溶解了菌肥載體中難溶性磷，磷素促進(jìn)了蘇丹草根系的生長發(fā)育；植物根際促生菌還可以分泌生長激素類物質(zhì)，這些生長素可以被植物根系直接吸收利用，以促進(jìn)根系的生長發(fā)育；或植物根際促生菌通過其強(qiáng)大的固氮能力將游離的氮素轉(zhuǎn)化為蘇丹草幼苗可直接利用的氮素，增加氮素營養(yǎng)成分，促進(jìn)根長的生長，根系表面積及根系體積的增大[25]。此外，浸提液濃度的高低對蘇丹草種子的萌發(fā)具有一定的影響，100%的浸提液不利于種子的萌發(fā)，25%～50%體積分?jǐn)?shù)浸提液有利于種子萌發(fā)和幼苗發(fā)育。在根系體積和根系表面積方面表現(xiàn)最為明顯，這與史威威等的報道，100%羊糞有機(jī)肥浸提液對燕麥的發(fā)芽率具有抑制作用，而25%和50%的浸提液有促進(jìn)作用的結(jié)論一致[26]。在菌肥復(fù)合載體中以F2(40%泥炭+60%馬鈴薯渣)促生效果最差，F(xiàn)3(40%泥炭+40%木炭+20%花土)和F4(20%泥炭+40%菌糠+40%花土)效果最佳。單一載體菌肥中有馬鈴薯渣和花土效果較差，機(jī)堆肥和木炭的效果較好?？傮w而言，菌肥載體浸提液對蘇丹草種子的萌發(fā)效果呈現(xiàn)復(fù)合菌肥載體強(qiáng)于單一菌肥載體，可能的原因首先是復(fù)合載體的營養(yǎng)元素組成更為全面，有利于蘇丹草種子吸收更多的營養(yǎng)成分；其次是復(fù)合菌肥載體在化學(xué)特性方面不但有天然高分子化合物，還有氨基酸、單糖等小分子化合物；在物理性質(zhì)方面其透氣、保水、緩沖力、吸附性更強(qiáng)，因此，復(fù)合載體的這些特性更有利于植物根際促生菌的定殖和生長。

4 結(jié)論

體積分?jǐn)?shù)為25%和50%的載體及菌肥浸提液浸種能顯著促進(jìn)蘇丹草種子萌發(fā)，且25%菌肥浸提液處理組顯著優(yōu)于25%載體浸提液處理組。與CK相比，以F4為載體的菌肥，芽長、苗重、根長、根表面積分別提高24.4%，28.9%，69.6%，73.6%。復(fù)合載體菌肥中以F1(40%泥炭+60%木炭)、F3(40%泥炭+40%木炭+20%花土)和F4(20%泥炭+40%菌糠+40%花土)，單一載體菌肥中處理以馬鈴薯渣、菌糠和有機(jī)堆肥效果較好。