綠色木霉和枯草芽孢桿菌對(duì)番茄苗期根系形態(tài)及土壤速效養(yǎng)分的影響

張紫瑤 談韞 樊航 李玉平 潘宇 徐洪偉 周曉馥

摘要：為篩選綠色木霉和枯草芽孢桿菌不同菌種對(duì)苗期番茄生長(zhǎng)的最佳處理，以番茄幼苗為材料設(shè)置LB培養(yǎng)基、枯草芽孢桿菌、PD培養(yǎng)基、綠色木霉、PD和LB混合培養(yǎng)基、綠色木霉和枯草芽孢桿菌混合菌，共計(jì)6組處理。分析綠色木霉和枯草芽孢桿菌對(duì)番茄苗期根系形態(tài)和土壤肥力的影響，結(jié)果表明，施加綠色木霉和枯草芽孢桿菌混合菌，顯著增加總根長(zhǎng)、分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總根投影面積（P<0.05），顯著提高土壤速效養(yǎng)分含量;單獨(dú)施加枯草芽孢桿菌，顯著增加分枝數(shù)、根尖數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總根投影面積、總根體積，顯著提高土壤中銨態(tài)氮和速效鉀的含量;單獨(dú)施加綠色木霉，顯著增加總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總根投影面積、總根體積，增幅分別為119.56%、225.00%、98.30%、80.60%、58.21%、77.74%、312.28%，顯著提升土壤中銨態(tài)氮、有效磷的含量，增幅為63.13%、104.00%，綜合表現(xiàn)最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：枯草芽孢桿菌;綠色木霉;根系形態(tài);土壤速效養(yǎng)分

中圖分類號(hào)： S641.206? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）09-0111-05

番茄（Lycopersicon esculentum），茄科雙子葉被子植物，我國(guó)北方主要栽培的設(shè)施作物，對(duì)水分以及土壤肥力要求較高。以傳統(tǒng)方式灌水施肥不僅易造成水肥浪費(fèi)、土壤板結(jié)，還會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)、環(huán)境污染等諸多不良影響[1]，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展中生物菌肥的應(yīng)用具有重大意義。

土壤中養(yǎng)分的吸收取決于植株的根系結(jié)構(gòu)與形態(tài)。根系的形態(tài)分布與植物養(yǎng)分的利用率直接相關(guān)[2]，同時(shí)根系形態(tài)、生理特征與根系功能的發(fā)揮息息相關(guān)[3]。

伴隨著人們對(duì)設(shè)施蔬菜的安全意識(shí)以及環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增加，挖掘有益菌株在土壤中活化難溶養(yǎng)分的研究引發(fā)熱切關(guān)注。木霉菌（Trichoderma spp.） 是生防微生物的一種，分布廣泛，常定殖于土質(zhì)肥沃的植株根、葉以及植物殘?bào)w周圍[4-5]。綠色木霉（Trichoderma aviride）是常用木霉之一。研究表明，木霉可以通過(guò)拮抗作用抑制植物病害的發(fā)生，同時(shí)可提高種子活力，使種子萌發(fā)率明顯上升，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)[6-9]。劉暢等通過(guò)盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，單一接種與混合接種綠色木霉和哈茨木霉菌液處理黃瓜幼苗農(nóng)藝性狀（株高、莖粗、葉寬）以及光合參數(shù)（最大光化學(xué)效率、光化學(xué)淬滅系數(shù)、光合電子傳遞速率）顯著上升，促進(jìn)黃瓜幼苗生長(zhǎng)[10]。楊春平等分別以浸種和葉面噴施2種方式施加綠色木霉L24菌株分生孢子可濕性粉劑處理玉米，結(jié)果表明，綠色木霉L24菌株分生孢子可濕性粉劑對(duì)玉米生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用[11]。枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）通常存在于土壤、腐敗物中，可分泌蛋白酶、纖維素酶等多種酶類以及維生素B 1、維生素B 2、維生素B 6等多種維生素，增加土壤中養(yǎng)分含量，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。隨著枯草芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的不斷深入，相關(guān)研究成果日漸增多[12-13]。劉麗英等通過(guò)平板對(duì)峙法，將枯草芽孢桿菌SNB-86進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵并制備成微生物菌肥，用于培養(yǎng)甜茶幼苗，結(jié)果表明，甜茶幼苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、株高、地徑分別顯著提高171.5%、142.3%、97.9%、57.6%[14]。姜海燕研究指出，接種枯草芽孢桿菌后，西瓜的生長(zhǎng)發(fā)育，植株的干、鮮質(zhì)量以及葉片數(shù)量均有不同程度增加[15]。綠色木霉和枯草芽孢桿菌能有效促進(jìn)植物生長(zhǎng)，同時(shí)具有價(jià)格低廉、安全性高、持續(xù)效果好、穩(wěn)定增產(chǎn)等多種優(yōu)點(diǎn)。前人的研究多集中于綠色木霉或枯草芽孢桿菌單一菌種處理植物材料后植株的響應(yīng)，關(guān)于其促生及生防效果研究較多，而對(duì)比分析施加單一菌種與混合菌種間差異，綜合探究不同處理對(duì)植物根系生長(zhǎng)和土壤速效養(yǎng)分活化的研究鮮有報(bào)道。

本研究以苗期番茄為研究對(duì)象，運(yùn)用2種不同類型的菌種綠色木霉和枯草芽孢桿菌，研究施用不同類型菌種對(duì)番茄苗期根系生長(zhǎng)狀況及土壤肥力的影響，對(duì)比分析施加混合菌液與單一菌液的作用效果，確定適宜番茄苗期生長(zhǎng)的菌液施加方式，為番茄的高效栽培以及土壤保育奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試番茄品種：新中蔬四號(hào)。

供試培養(yǎng)基：馬鈴薯葡萄糖瓊脂固體培養(yǎng)基（PDA）;LB固體培養(yǎng)基;馬鈴薯葡萄糖液體培養(yǎng)基（PD）;LB液體培養(yǎng)基。

供試菌株：綠色木霉和枯草芽孢桿菌菌種均由筆者所在實(shí)驗(yàn)室保存。

供試土壤：梨樹(shù)黑土，置于高壓滅菌鍋中 121? ℃、30 min高溫滅菌，放涼備用。具體理化性質(zhì)為粒徑小于6 mm，銨態(tài)氮含量189.4 mg/kg，有效磷含量60.74 mg/kg，速效鉀含量618.4 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 盆栽試驗(yàn)

取滅菌土壤放于花盆中（規(guī)格28 cm×25 cm），每盆等分為4格，每格5粒種子。待2葉1心時(shí)，挑取生長(zhǎng)狀態(tài)相似的健康番茄幼苗，進(jìn)行灌根處理，分別施用濃度為1.5億、1.6億 CFU/mL的綠色木霉、枯草芽孢桿菌，灌藥量為每株10 mL，每2 d 灌溉1次，35 d后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理：（1）LB液體培養(yǎng)基灌根處理，施加10 mL LB液體培養(yǎng)基;（2）PD 培養(yǎng)基灌根處理，施加10 mL PD培養(yǎng)基;（3）PD和LB混合培養(yǎng)基灌根處理，施加10 mL混合液體培養(yǎng)基，比例為1 ∶1;（4）枯草芽孢桿菌灌根處理，接種10 mL枯草芽孢桿菌;（5）綠色木霉灌根處理，接種10 mL綠色木霉;（6）綠色木霉和枯草芽孢桿菌混合菌灌根處理，接種10 mL混合菌，比例為1 ∶1。

1.2.2 菌液制備

1.2.2.1 綠色木霉菌液的制備

將綠色木霉接種于PDA培養(yǎng)基，28 ℃恒溫培養(yǎng)，5 d時(shí)用無(wú)菌水沖洗平板，獲得分生孢子液，置于100倍顯微鏡下觀察綠色分生孢子，并利用血球計(jì)數(shù)板和細(xì)胞計(jì)數(shù)器將所得孢子計(jì)數(shù)，調(diào)整孢子濃度為1.5億CFU/mL，備用。

1.2.2.2 枯草芽孢桿菌菌液的制備

將枯草芽孢桿菌接種于LB固體培養(yǎng)基，37 ℃恒溫培養(yǎng)，12 h后挑取單個(gè)菌落至 LB液體培養(yǎng)基，搖床37 ℃、166 r/min 恒溫培養(yǎng)24 h。調(diào)整菌液濃度為1.6億CFU/mL，備用。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 根系形態(tài)的測(cè)定

將番茄幼苗（2葉1心）培育至35 d時(shí)進(jìn)行破壞性取樣，每個(gè)處理選取生長(zhǎng)程度接近平均水平的健康個(gè)體作為樣株，各處理分別取樣3株用于測(cè)試分析。取樣后，迅速將幼苗根系分離并用低溫去離子水小心清洗干凈，隨后將完整的根系置于裝有去離子水的樹(shù)脂托盤內(nèi)，用鑷子不斷調(diào)整，避免根系重疊。隨后進(jìn)行成像掃描（分辨率600 dpi），用Win RHIZO 2012b專業(yè)版圖像分析軟件對(duì)根系形態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，包括總根長(zhǎng)、平均根系直徑、總投影面積、總根表面積、總根體積、根尖數(shù)、分枝數(shù)。

1.3.2 土壤速效養(yǎng)分檢測(cè)

取滅菌后土壤測(cè)定速效養(yǎng)分初始值，施加菌液后，采集不同處理番茄幼苗根際周圍1～2 cm深土壤，測(cè)定銨態(tài)氮含量、有效磷含量、速效鉀含量，之后小心挖出根系。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析

番茄幼苗根系形態(tài)的綜合評(píng)定，利用隸屬函數(shù)值對(duì)不同菌種處理苗期番茄根系指標(biāo)的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行評(píng)定。隸屬函數(shù)值公式為

R（x i）=x i-x minx max-x min。

式中：x i為不同處理后某一指標(biāo)的測(cè)定值;x max為不同處理后該指標(biāo)的最大值;x min為不同處理后該指標(biāo)的最小值。

將全部隸屬函數(shù)值相加并求平均值，得到各菌種處理后的綜合隸屬函數(shù)值，據(jù)此再對(duì)不同菌種處理的番茄幼苗根系生長(zhǎng)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，綜合隸屬函數(shù)值越大，效果越好。

數(shù)據(jù)輸入Excel處理并繪制表格，使用SPSS分析，SigmaPlot繪制作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)苗期番茄根系形態(tài)的影響

植物的根系是吸收土壤水分、養(yǎng)分的重要器官。總根表面積、總投影面積、總根體積、根尖數(shù)、分枝數(shù)、總根長(zhǎng)、平均根系直徑分別反映了作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收能力與范圍以及根系健壯程度。由圖1可知，接種枯草芽孢桿菌處理與施加LB培養(yǎng)基處理相比，根尖數(shù)、分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總投影面積、總根體積分別增加160.00%、82.50%、67.80%、80.47%、36.84%、307.68%，均差異顯著（P<0.05），只有總根長(zhǎng)差異不顯著;接種綠色木霉處理與施加PD培養(yǎng)基處理相比，根尖數(shù)、分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總投影面積、總根體積、總根長(zhǎng)分別上升225.00%、98.30%、80.60%、58.21%、77.74%、312.28%、119.56%，均差異顯著;接種混合菌液處理與施加混合培養(yǎng)基處理相比，分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總投影面積、總根長(zhǎng)分別提高242.25%、74.94%、41.59%、70.42%、155.07%，均差異顯著，根尖數(shù)和總根體積差異不顯著。

對(duì)測(cè)定的所有根系生長(zhǎng)狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行隸屬函數(shù)計(jì)算（表1），結(jié)果表明，僅接種綠色木霉且施用濃度為1.5億CFU/mL 處理排名第一，施用混合菌處理排名第2，僅接種枯草芽孢桿菌施用濃度為 1.6億CFU/mL 處理排名第三，未接種枯草芽孢桿菌和綠色木霉施加混合培養(yǎng)基處理排名第四。

2.2 不同處理對(duì)苗期番茄土壤中速效養(yǎng)分含量的影響

土壤中的氮、磷、鉀可以為植株生長(zhǎng)提供能量，速效養(yǎng)分含量直接反映土壤供肥能力，供肥能力的強(qiáng)弱可以影響植株的品質(zhì)。由圖2可知，接種綠色木霉處理與施加PD培養(yǎng)基處理相比，銨態(tài)氮與有效磷含量分別顯著增加63.13%和104.00%，速效鉀含量雖有增加但差異不顯著。接種枯草芽孢桿菌處理與施加LB培養(yǎng)基處理相比，銨態(tài)氮與速效鉀含量分別顯著增加50.31%與174.00%，但有效磷含量差異不顯著。接種綠色木霉處理與接種枯草芽孢桿菌處理相比，土壤銨態(tài)氮含量與有效磷含量變化不顯著，速效鉀含量顯著降低。接種混合菌液處理與施加混合培養(yǎng)基處理相比，銨態(tài)氮、有效磷與速效鉀含量分別顯著增加了42.51%、63.88%與143.00%。接種不同類型菌種后，除接種枯草芽孢桿菌處理與施加LB培養(yǎng)基處理相比有效磷含量差異不顯著以及接種綠色木霉與施加PD培養(yǎng)基相比速效鉀含量差異不顯著外，其余各菌種處理與各自對(duì)照相比銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀的含量均差異顯著，不同菌種處理結(jié)果表明，單獨(dú)接種枯草芽孢桿菌處理與單獨(dú)接種綠色木霉處理、接種混合菌處理比較發(fā)現(xiàn)，速效鉀含量顯著增加。由此可以得出，枯草芽孢桿菌對(duì)土壤中氮元素以及鉀元素活化效果最好;綠色木霉對(duì)土壤中磷元素活化效果最好，而混合菌種兼具綠色木霉和枯草芽孢桿菌兩者特性，對(duì)土壤中的氮、磷、鉀各元素均有較好的活化效果。

2.3 速效養(yǎng)分含量與根系形態(tài)相關(guān)性分析

將不同處理的土壤速效養(yǎng)分含量與苗期番茄根系形態(tài)指標(biāo)應(yīng)用SPSS 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表2。銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀各速效養(yǎng)分含量極顯著正相關(guān)。銨態(tài)氮含量與總根長(zhǎng)、分枝數(shù)、總根表面積、總根體積、總投影面積極顯著正相關(guān)，與根尖數(shù)和平均根系直徑顯著正相關(guān);有效磷含量與總根長(zhǎng)、分枝數(shù)、總根表面積、總投影面積極顯著正相關(guān)，與根尖數(shù)、平均根系直徑、總根體積顯著正相關(guān);速效鉀含量與根尖數(shù)和總根表面積極顯著正相關(guān)，與平均根系直徑、總根體積、總投影面積顯著正相關(guān)。

3 討論

在單獨(dú)施用1.6億CFU/mL枯草芽孢桿菌情況下，表現(xiàn)總體優(yōu)于施加LB培養(yǎng)基處理，能夠顯著增加根尖數(shù)、分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總根投影面積、總根體積，提升土壤銨態(tài)氮和速效鉀含量，綜合排名第三。在單獨(dú)施用1.5億CFU/mL綠色木霉情況下，總體表現(xiàn)與施加PD培養(yǎng)基處理相比能夠顯著增加總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總根投影面積、總根體積，增加土壤銨態(tài)氮和有效磷含量，綜合排名第一。在綠色木霉和枯草芽孢桿菌以1 ∶1混合接種情況下，總體表現(xiàn)優(yōu)于施加混合培養(yǎng)基，能夠顯著增加總根長(zhǎng)、分枝數(shù)、平均根系直徑、總根表面積、總根投影面積，提升土壤銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀的含量，綜合排名第二。

研究表明，接種枯草芽孢桿菌可以顯著提高土壤中銨態(tài)氮和速效鉀的含量;接種綠色木霉可以顯著增加土壤中銨態(tài)氮和有效磷含量;2種菌混合接種苗期番茄，顯著提升土壤中銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀的含量，更加全面地增加土壤中可直接利用養(yǎng)分。2種菌混合接種處理位于接種不同菌種處理苗期番茄隸屬函數(shù)綜合排名第2位，介于單獨(dú)接種綠色木霉處理和單獨(dú)接種枯草芽孢桿菌處理之間，這可能與接種混合菌的比例有關(guān)。

相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀各速效養(yǎng)分含量間呈極顯著正相關(guān)。這表明一種速效養(yǎng)分含量的升高，可能在一定程度上影響其他速效養(yǎng)分的積累。

綜上所述，生產(chǎn)中可以綜合考慮合理接種混合菌，提高作物產(chǎn)量。雖然接種混合菌后可以顯著增加多種土壤速效養(yǎng)分含量，有利于作物在田間生長(zhǎng)，但也應(yīng)根據(jù)作物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖贩?。今后還將進(jìn)一步探究不同菌種混合、不同接種比例以及與傳統(tǒng)肥料搭配使用對(duì)根系形態(tài)以及土壤速效養(yǎng)分含量的影響，探明活化土壤難溶養(yǎng)分的最佳菌種組合以及配比，為生產(chǎn)上利用微生物菌肥活化土壤難溶養(yǎng)分、減肥增效提供理論依據(jù)。

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