植物根際促生菌普城沙雷菌A21-4對黃瓜生長及土壤微生態的影響

丁方麗李 嫚劉東平張忠良孫治強樸鳳植*申順善*

（1河南農業大學植物保護學院，河南鄭州 450002；2河南農業大學園藝學院，河南鄭州 450002）

植物根際促生細菌（plant growth promoting rhizobacteria，簡稱PGPR）是指自由存在于植物根際范圍中的一類可促進植物生長、防治病害、增加產量的細菌的統稱（Kloepper et al.，1980）。PGPR菌株可通過溶磷、解鉀、固氮、產生植物激素等作用，直接促進植物生長，提高產量；還可以通過產生嗜鐵素和抗生素等抑制病原物的生存與繁殖，進而減輕作物病害，改善植物根際土壤微生態環境，間接促進植物生長（Jung et al.，2007；李冰 等，2015）。如：從辣椒根際分離得到的具有產生IAA能力的枯草芽孢桿菌NJAU-G10能顯著促進辣椒幼苗的生長和根系發育（張楊 等，2015）；枯草芽孢桿菌QM3能顯著增加番茄植株葉片數，促進番茄株高及根系發育，且有效防治番茄早疫病（胡青平 等，2011）；在大豆根際同時接種慢生大豆根瘤菌和膠質類芽孢桿菌后，土壤酶活性顯著提高（劉

麗 等，2015）。由于PGPR具有促進植物生長、防治植物病害和改善植物根際土壤微生態環境的優良特性，因此，很多學者都積極投入到PGPR的開發、應用研究中。邱勤等（2011）研究指出，將PGPR菌劑施于土壤后，能顯著促進苜蓿的生長，同時增加土壤中細菌、真菌、放線菌等微生物的數量，進而提高土壤養分。普城沙雷菌（Serratia plymuthica）A21-4是從洋蔥根際土壤中分離出的辣椒疫病生防菌，能有效定殖在辣椒根系及根際土壤，抑制辣椒疫病的發生（Shen et al.，2005），同時，能顯著促進辣椒生長，改善辣椒根際土壤微生態環境（呂雅悠 等，2016）。在前期A21-4對辣椒的促生作用研究的基礎上，本試驗探究了A21-4對黃瓜生長及根際土壤微生態環境的影響，以期為A21-4在黃瓜實際生產中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

A21-4的利福平標記菌株（100 μL·mL-1）由河南農業大學植物病害生物防治研究室在-80 ℃超低溫冰箱保存備用；黃瓜品種為寒育6號（河南豫藝種業科技發展有限公司選育）；供試培養基為TSA培養基（Tryptic Soy Broth Difco. 30 g，瓊脂 18 g，蒸餾水1 000 mL）、AIA培養基（Actinomycete Isolation Agar Difco. 22 g，蒸餾水1 000 mL）和PDA培養基（Potato Dextrose Broth Difco. 24 g，瓊脂18 g，蒸餾水1 000 mL）。

1.2 試驗方法

本試驗于2017年1～6月在河南省鄭州市毛莊綠園蔬菜基地進行。1月17日在日光溫室穴盤播種育苗，2月17日移栽到大棚，施肥按照蔬菜基地常規管理進行，6月15日拉秧結束。

1.2.1 A21-4菌懸液的配制及處理 將A21-4在TSA培養基上培養48 h后，用0.1 mol·L-1MgSO4無菌溶液配制成108cfu·mL-1的A21-4菌懸液。黃瓜育苗期和田間生育期分別用A21-4菌懸液處理，在育苗期，第1片真葉展開時，用A21-4菌懸液進行灌根處理（50 mL·株-1）；移栽10 d后再用A21-4菌懸液進行灌根處理（200 mL·株-1），以清水處理為對照，每個處理設3次重復，每個重復150株（6行·重復-1，25 株·行-1）。

1.2.2 黃瓜生育指標和生理指標的測定 2月17日，即黃瓜播種后30 d，每個重復選9株，每個處理3次重復，測定黃瓜苗期株高、莖粗、地上部鮮質量、根鮮質量和第3片真葉的葉綠素含量；3月19日，即移栽后30 d，每個重復取5株，每個處理3次重復，測定黃瓜開花期株高、莖粗、葉片數、葉面積和開花數；在黃瓜苗期（2月17日）、開花期（3月19日）、初果期（4月7日）、盛果期（5月2日）和采收后期（6月7日）分別測定根系活力。葉綠素含量的測定采用分光光度法，根系活力的測定采用氯化三苯基四氮唑法（高俊鳳，2006）。

1.2.3 黃瓜產量和品質相關指標的測定 黃瓜采收期，每個重復選取30株（6行·重復-1，5株·行-1），每個處理3次重復，采集黃瓜果實，采用稱重法測定單株黃瓜果實質量，直至結果期完結后，計算單株產量和每667 m2產量。黃瓜初果期、盛果期和采收后期分別測定品質相關指標，VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，蛋白質含量采用考馬斯亮藍G250法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定（蒼晶和趙會杰，2013）。

1.2.4 黃瓜根際土壤酶活性的測定 在黃瓜開花期、初果期、盛果期和采收后期分別測定根際土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性。黃瓜根際土壤樣品的采集：輕輕撥開黃瓜表層土壤，收集黃瓜根際土壤，過60目篩，每處理3次重復。脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定（關蔭松，1986）。

1.2.5 黃瓜根際土壤微生物數量的測定 在黃瓜開花期、初果期、盛果期和采收后期分別測定黃瓜根際土壤細菌、真菌和放線菌的數量。土壤樣品的采集方法同1.2.4，根際土壤微生物的測定采用稀釋平板涂布法。稱取1 g土樣，倒入裝有100 mL無菌水的三角瓶中，充分振蕩，然后用無菌水進行梯度稀釋，配制成一系列濃度梯度的稀釋液，將0.1 mL的稀釋液均勻涂布在含PCNB的TSA平板上，置于28 ℃恒溫箱中培養3 d后調查細菌數量；將0.1 mL的稀釋液均勻涂布在含乳酸的PDA平板上，置于26 ℃恒溫箱中培養5 d后調查真菌數量；將0.1 mL的稀釋液均勻涂布在含乳酸的AIA平板上，置于28 ℃恒溫箱中培養7 d后調查放線菌數量。調查細菌和真菌采用新鮮土樣，調查放線菌采用自然風干的土樣。

1.2.6 黃瓜根際土壤速效氮、磷、鉀的測定 在黃瓜開花期、初果期、盛果期和采收后期分別測定黃瓜根際土壤速效氮、磷和鉀的含量。土壤樣品的采集方法同1.2.4，速效氮含量的測定采用堿解擴散法，速效磷含量的測定采用碳酸氫鈉法，速效鉀含量的測定采用乙酸銨浸提，火焰光度法（鮑士旦，1999）。

1.3 數據處理與分析

采用Excel 2003和SPSS 13.0軟件進行數據分析，采用Duncan氏新復極差法（SSR法）進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 A21-4對黃瓜生育指標和生理指標的影響

A21-4處理能顯著促進苗期和田間生育期黃瓜生長發育。在苗期，株高、莖粗、地上部鮮質量和根鮮質量分別比對照增加48.17%、3.62%、111.25%和53.03%，葉綠素含量比對照增加27.84%（表1）；在開花期，黃瓜株高、莖粗、葉片數、葉面積和開花數分別比對照增加27.57%、13.63%、22.35%、36.64%和23.42%（表2）。同時，A21-4處理顯著提高了黃瓜各生育期的根系活力，在苗期、開花期、初果期、盛果期和采收后期，分別比對照提高70.83%、40.50%、73.58%、112.61%和50.00%（表3）。

2.2 A21-4對黃瓜產量和果實品質相關指標的影響

A21-4顯著提高了黃瓜產量，每667 m2產量達到2 512.74 kg，比對照增產32.22%（表4）。同時，A21-4顯著增加了黃瓜果實的蛋白質、可溶性糖和VC含量，在黃瓜初果期、盛果期和采收后期，蛋白質含量分別比對照增加150.51%、17.51%和25.65%，可溶性糖含量分別比對照增加1.07%、3.51%和13.75%，VC含量分別比對照增加123.44%、11.76%和59.06%（表5）。

表1 A21-4對黃瓜苗期生育指標和葉綠素含量的影響

表2 A21-4對黃瓜開花期生育指標的影響

表3 A21-4對黃瓜根系活力的影響

表4 A21-4對黃瓜產量的影響

表5 A21-4對黃瓜果實品質相關指標的影響

2.3 A21-4對黃瓜根際土壤酶活性的影響

A21-4顯著提高了黃瓜根際土壤酶活性。在黃瓜開花期、初果期、盛果期和采收后期，A21-4處理的黃瓜根際土壤脲酶活性分別比對照提高15.05%、20.05%、14.37%和29.29%，磷酸酶活性分別比對照提高36.28%、57.77%、146.02%和115.74%，蔗糖酶活性分別比對照提高10.26%、25.69%、208.33%和55.56%，過氧化氫酶活性分別比對照提高70.00%、62.50%、14.77%和20.97% （圖1）。

2.4 A21-4對黃瓜根際土壤微生物數量的影響

A21-4能顯著增加黃瓜根際土壤細菌（采收后期除外）和放線菌的數量，顯著減少真菌的數量。在黃瓜開花期、初果期、盛果期和采收后期，A21-4處理的黃瓜根際土壤細菌的數量分別比對照增加25.75%、26.19%、18.31%和10.49%，放線菌的數量分別比對照增加63.00%、64.86%、11.66%和106.75%，而真菌的數量分別比對照減少36.40%、36.81%、26.55%和45.81%（表6）。

2.5 A21-4對黃瓜根際土壤速效氮、磷、鉀含量的影響

A21-4顯著增加了黃瓜根際土壤速效氮（開花期除外）、磷和鉀的含量（圖2）。在黃瓜開花期、初果期、盛果期和采收后期，A21-4處理的黃瓜根際土壤速效氮含量分別比對照增加1.47%、8.86%、61.12%和22.59%，速效磷含量分別比對照增加35.16%、26.94%、6.98%和10.02%，速效鉀含量分別比對照增加27.84%、9.66%、13.71%

和29.33%。

表6 A21-4對黃瓜根際土壤微生物的影響

圖1 A21-4對黃瓜根際土壤酶活性的影響

圖2 A21-4對黃瓜根際土壤速效氮、磷、鉀含量的影響

3 結論與討論

PGPR是定殖于植物根際環境中的一類能夠促進植物生長、提高作物產量和減輕植物病害等的有益細菌。一般認為，PGPR菌株通過溶磷、固氮、分泌生長激素等直接作用促進植物生長，也通過抑制有害微生物而間接促進植物生長（田婧 等，2016）。李想等（2017）的研究表明，枯草芽孢桿菌LX-4、地衣芽孢桿菌LX-5和解淀粉芽孢桿菌LX-7不僅能通過產生生長素、細胞分裂素和赤霉素等有效促進煙草的生長，還具有廣譜抑菌效果。環狀芽孢桿菌XD-K-2能通過解鉀作用顯著促進小白菜地上部生長，同時增加根際土壤中全鉀含量（陳易 等，2016）。多黏類芽孢桿菌Cp-S316能夠通過產生肽類活性物質強烈抑制煙草赤星病菌菌絲生長，進而促進煙草的健康生長（王智文 等，2007）。A21-4對辣椒具有促生長和增產效果，同時能改善辣椒根際土壤微生態環境，并有效防治辣椒疫病的發生（呂雅悠 等，2016）。本試驗結果表明，A21-4對黃瓜生長同樣具有顯著的促進效果，可以提高黃瓜品質、調節黃瓜根際土壤微生態環境，是具有應用潛力的微生物資源。另外，之前的室內試驗結果表明，A21-4具有解磷和產生吲哚乙酸的功能（張維娜，2013），能降低黃瓜根際土壤疫霉菌和腐霉菌的密度，但A21-4發揮促生作用的具體機制及其應用技術還需要進一步探討。

植物根際土壤酶活性、土壤微生物、土壤理化性質與寄主植物生長有密切關系。土壤酶活性反映了土壤的健康狀況，土壤過氧化氫酶能轉化土壤中有機質，土壤脲酶能促進氮素循環，土壤磷酸酶與土壤有機磷的轉化有關。土壤速效養分可直接被植物吸收利用，與土壤酶活性密切相關（陳志芳 等，2014）。本試驗中，A21-4顯著提高了黃瓜根際土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性，進而提高了辣椒根際土壤速效氮、磷和鉀含量。另外，土壤微生物也直接參與植物根際有機質的分解和養分的轉化，且和土壤酶活性密切相關。吳傳萬等（2014）的研究結果表明，土壤磷酸酶活性與細菌和放線菌數量具有顯著正相關；脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性與真菌數量極顯著負相關，并與放線菌數量極顯著正相關。本試驗結果表明，A21-4提高了黃瓜根際土壤細菌和放線菌的數量，而減少了真菌的數量，這與土壤酶活性和速效氮、磷、鉀含量的提高具有一定的正相關關系。A21-4對土壤酶活性、土壤速效養分和土壤微生物的具體影響，及其相關性有待進一步研究。

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