聯(lián)合固氮菌肥對(duì)青龍生長(zhǎng)的影響

聯(lián)合固氮菌肥對(duì)青龍生長(zhǎng)的影響

植物促生菌（pgp）是指將一些植物移植到植物根部，并產(chǎn)生一些有益的影響，例如分泌某些特定的化合物，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，減少或防止疾病，并誘導(dǎo)植物對(duì)應(yīng)激的抵抗力。最后，它可以直接或間接地促進(jìn)植物生長(zhǎng)。聯(lián)合固氮細(xì)菌(associativenitrogen-fixingbacteria),就是其中具有固氮能力的一類植物生長(zhǎng)促進(jìn)菌。自1974年巴西學(xué)者Dobereiner首次報(bào)道從禾本科植物根際分離得到聯(lián)合固氮細(xì)菌(Azospirillum),并率先研究其與宿主植物間的相互作用,提出聯(lián)合固氮概念以來,植物根際聯(lián)合固氮研究受到了廣泛關(guān)注。前人研究表明,在水稻(Oryzasativa)、燕麥(Avenasativa)、玉米(Zeamays)、高粱(Sorghumvulgare)等禾本科植物根際均存在著聯(lián)合固氮作用。研究禾本科植物根際聯(lián)合固氮菌的生態(tài)特性、與宿主植物之間的相互關(guān)系及其促生效應(yīng)等成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。自19世紀(jì)以來,施用氮肥作為一種提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的最有效方法為全世界所采用。目前,全世界每年施用的氮肥大約是8×107噸,過量施用氮肥所帶來的生態(tài)環(huán)境問題已被世界各國(guó)科學(xué)家所公認(rèn)。如何合理有效地施用氮肥,在保持產(chǎn)量的基礎(chǔ)上減少化學(xué)肥料的施用量,成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。利用聯(lián)合固氮細(xì)菌在禾本科植物根部的固氮作用,在一定程度上可減少化學(xué)肥料的使用,是解決上述問題的有效方法之一。近十年來,國(guó)外學(xué)者在植物促生菌的實(shí)際應(yīng)用方面做了大量的研究,包括在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)、溫室內(nèi)及田間接種;利用現(xiàn)代分子生物學(xué)、基因工程技術(shù)構(gòu)建新的、更有效的植物-促生菌系統(tǒng)為植物促生菌大規(guī)模田間應(yīng)用提供了新的解決方案。禾本科作物是對(duì)氮肥最具依賴性的作物。青稞(Hordeumvulgare),即裸大麥,是我國(guó)青藏高原及西北高寒地區(qū)極為重要的糧食作物及優(yōu)質(zhì)飼草,其種植面積占西藏地區(qū)(2003)糧食作物播種面積的60%,產(chǎn)量占西藏地區(qū)糧食總產(chǎn)量56.4%。而有關(guān)青稞根際聯(lián)合固氮菌的研究,目前國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道。本研究旨在利用優(yōu)良聯(lián)合固氮菌株制作聯(lián)合固氮菌肥,測(cè)定其對(duì)青稞生長(zhǎng)的影響,為聯(lián)合固氮菌肥在高寒地區(qū)應(yīng)用和推廣提供依據(jù)。1材料和方法1.1濕度、溫度。據(jù)初至101,試驗(yàn)地設(shè)在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)天祝高山草原試驗(yàn)站內(nèi)。該地處N37°11′79″,E102°47′05″,海拔2960m,氣候寒冷潮濕,晝夜溫差大,太陽輻射強(qiáng)。年均溫-0.1℃,其中7月和1月分別為12.7℃和-18.3℃,全年大于0℃年積溫為1380℃。年降水量416mm,年蒸發(fā)量1592mm。試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)11.57g/kg,全氮0.87g/kg,全磷0.65g/kg,全鉀33.1g/kg,有效氮380.41mg/kg,有效磷22.62mg/kg,有效鉀217mg/kg,pH7.02。1.2菌株懸浮液測(cè)定試驗(yàn)用菌株是從高寒地區(qū)燕麥(甘肅天祝)和鹽堿地小麥(甘肅蘭州)根際篩選的優(yōu)良聯(lián)合固氮菌,采用“伯杰氏”分類系統(tǒng)初步鑒定到屬,以它們的固氮率及固氮量的測(cè)定結(jié)果為依據(jù),結(jié)合其培養(yǎng)性狀、生理生化特點(diǎn)、分泌植物激素能力、溶磷能力,挑選出其中5株用于本試驗(yàn)(表1)。分別接種各聯(lián)合固氮菌株于LB(luria-bertani)液體培養(yǎng)基中,于28℃,125r/min,培養(yǎng)48h后,利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定各菌株懸浮液OD(opticaldensity)值。當(dāng)OD值大于0.5(波長(zhǎng)660nm)即發(fā)酵菌液中的細(xì)胞數(shù)目≥10×108個(gè)/mL時(shí),用滅菌水將各發(fā)酵菌液調(diào)至相同的光密度值(OD=0.7),并將菌株N-4、O-5、W6、W5和C6懸浮液等體積混合,培養(yǎng)24h,待菌株懸浮液充分生長(zhǎng)后備用。將泥炭干燥、粉碎,過篩(0.15mm),調(diào)pH值至6.5～7.0,將其在121℃下間歇滅菌3h后分裝成500g小袋,分別接種上述制作的聯(lián)合固氮混合菌株懸浮液150mL,將菌液與泥炭充分混勻后置于28～30℃培養(yǎng)7～10d后常溫保存。1.3試驗(yàn)用菌肥及其用量聯(lián)合固氮菌肥肥效試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理,即:對(duì)照(CK),全量氮肥(CN),半量氮肥+固氮菌肥(1/2CN),固氮菌肥(BN),3次重復(fù)。全量氮肥施用量參考天祝地區(qū)一般氮肥施用量(112.5kg/hm2),半量氮肥用量為全量氮肥用量的一半,試驗(yàn)所用氮肥為尿素。供試青稞(HordeumvulgareL.var.nudum)為甘肅省天祝地區(qū)當(dāng)?shù)仄贩N,青稞種子發(fā)芽率為85%。試驗(yàn)前用上述制作的菌肥拌青稞種子4～5h后播種,菌肥用量為種子用量的10%,條播,行距15cm。小區(qū)面積2.5m×2.4m,埂寬30cm。1.4地上、地下生物量和葉綠素含量的測(cè)定菌肥質(zhì)量檢測(cè)采用稀釋平板計(jì)數(shù)法和觀察法,具體方法見文獻(xiàn)。于青稞不同生育期測(cè)定植株自然高度,每樣地隨機(jī)取10株,求平均值;每小區(qū)隨機(jī)以30cm×30cm樣方收獲地上部和地下部生物量,稱鮮重,測(cè)根體積,于70℃下烘干至恒重,稱干重;主根長(zhǎng)度采用每樣地隨機(jī)取10株,求平均值的方法;成熟時(shí)各小區(qū)單打單收,測(cè)定各小區(qū)子粒產(chǎn)量,求平均值。不同生育期地上部粗蛋白含量用半微量凱氏定氮法;葉綠素含量用POC21型數(shù)字顯示葉綠素測(cè)定儀,每小區(qū)測(cè)定30株植物的旗葉,求其平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2003軟件處理,SAS8.0統(tǒng)計(jì)軟件做方差分析,LSD法多重比較。2結(jié)果與分析2.1不同bn處理前后bn聯(lián)合固氮菌肥對(duì)株高的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在苗期,與對(duì)照(CK)相比,除BN處理外,各處理均有提高,差異顯著(P<0.05);而抽穗期、灌漿期和乳熟期增加幅度較小,且與對(duì)照間無顯著差異(圖1)。2.2全量化肥處理整個(gè)生育期中,各施肥處理地上部生物量均高于對(duì)照。固氮菌肥處理(BN)在整個(gè)生育期內(nèi)雖表現(xiàn)出了一定的促進(jìn)效果,但與對(duì)照無顯著差異;而半量氮肥+固氮菌肥處理(1/2CN)表現(xiàn)出較好的促生效果,地上生物量比對(duì)照增加8.53%～18.98%,除抽穗期外,差異顯著,但與全量氮肥處理(CN)相比,差異不顯著(灌漿期、完熟期除外)(表2)。說明抽穗期和乳熟期,1/2CN與CN處理的效果相近。表2還看出,整個(gè)生育期中,各施肥處理地下部生物量均高于對(duì)照。除完熟期外,固氮菌肥處理(BN)與對(duì)照無差異;除抽穗期、灌漿期外,半量氮肥+固氮菌肥處理(1/2CN)表現(xiàn)出較好的促生效果,比對(duì)照可增加地下生物量13.11%～59.67%,差異顯著,但與全量氮肥處理(CN)相比,差異不顯著。2.3整個(gè)生育期內(nèi)最大影響效果比較從主根長(zhǎng)度(圖2)和根體積(圖3)來看,固氮菌肥處理(BN)在整個(gè)生育期內(nèi)雖表現(xiàn)出了一定的促進(jìn)效果,但與對(duì)照無顯著差異;而半量氮肥+固氮菌肥處理(1/2CN)表現(xiàn)出較好的促生效果,比對(duì)照可增加根體積14.45%～56.25%,但除灌漿期外,差異不顯著。2.4聯(lián)合固氮肥料對(duì)綠色草坪和土壤粗蛋白含量的影響2.5施肥處理比對(duì)照的確定聯(lián)合固氮菌肥對(duì)青稞子粒產(chǎn)量的影響(表3)看出,各施肥處理比對(duì)照均有顯著增加,其中以CN和1/2CN處理較好,增產(chǎn)率分別達(dá)70.97%和32.15%。3對(duì)田間促生效果的影響微生物肥料作為一類農(nóng)用活菌制品,其中微生物生存受許多環(huán)境因素的影響,如:水分含量、pH、溫度、載體性質(zhì)、保存方式等。有效活菌數(shù)(CFU)是衡量其質(zhì)量的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)所用的以泥炭為載體制作的聯(lián)合固氮菌肥,保存半年時(shí)的有效活菌數(shù)不低于2×108個(gè)/g,雜菌率小于等于20%,符合《農(nóng)用微生物菌劑》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB20287-2006)要求(表4)。本試驗(yàn)結(jié)果表明,聯(lián)合固氮菌肥可促進(jìn)青稞的生長(zhǎng)。在青稞整個(gè)生育期內(nèi),各施菌肥處理對(duì)青稞(乳熟期)、地上和地下生物量、主根長(zhǎng)度、根體積、粗蛋白含量、子粒產(chǎn)量,均顯著高于對(duì)照。1/2CN處理下,對(duì)于株高(苗期)、生物量(灌漿期、乳熟期和完熟期)、主根長(zhǎng)度(乳熟期)、(灌漿期)、地下生物量(乳熟期和完熟期)、粗蛋白含量(整個(gè)生育期)、子粒產(chǎn)量,與對(duì)照相比差異顯著。其中1/2CN處理的效果雖略低于CN,但兩者間并無顯著差異?？梢?兩處理促生效果相近,即在該地區(qū)以“聯(lián)合固氮菌肥+半量氮肥”的施用方式可以節(jié)省一半氮肥(56.25kg/hm2)。因此,在生產(chǎn)中,聯(lián)合固氮菌肥應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,科學(xué)合理地與氮肥配合使用。這與席琳喬等、韓文星等的研究結(jié)果一致。近年來國(guó)外學(xué)者有關(guān)聯(lián)合固氮細(xì)菌對(duì)禾本科植物促生作用的研究已有大量報(bào)道。如Yanni等從水稻根際分離出聯(lián)合固氮細(xì)菌(Rhizobiumleguminosarumbv.trifolii)并接種于水稻,發(fā)現(xiàn)可顯著增加宿主植物的粗蛋白含量,極顯著地增加子粒產(chǎn)量、子粒粗蛋白含量和水稻收獲指數(shù);在田間用1/3氮肥用量加聯(lián)合固氮(R.trifolii)菌肥施用于水稻,獲得了與施用全量氮肥(144kg/hm2)相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量,相當(dāng)于節(jié)約氮肥96kg/hm2。Yanni、Biswas等人還發(fā)現(xiàn),在田間接種聯(lián)合固氮菌后可使總產(chǎn)量和氮素積累分別增加3.6t/hm2和19%～28%;Peng等研究發(fā)現(xiàn)水稻在接種聯(lián)合固氮菌后可提高氣孔電導(dǎo)率,從而使水稻葉片的光和速率提高12%,產(chǎn)量增加16%;Govindarajan等將BurkholderiaMG43接種于甘蔗,發(fā)現(xiàn)其可代替一半氮肥,可節(jié)省氮肥70kg/hm2。從這些研究看出,聯(lián)合固氮菌肥在田間的應(yīng)用效果存在著較大差異,國(guó)外相關(guān)研究聯(lián)合固氮菌肥可節(jié)約氮肥70kg/hm2和96kg/hm2,高于本研究的結(jié)果。不同土壤類型和氮含量、宿主植物、接種方式等諸多因素都可影響聯(lián)合固氮菌肥的施用效果。因此,如何優(yōu)化各種因子,達(dá)到最好的田間接種效果還需要進(jìn)