不同載體及菌肥浸提液對(duì)蘇丹草種子 萌發(fā)的影響

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)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(lái)，大量施用化肥造成的資源浪費(fèi)，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(wèn)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(zhǎng)提供必需的營(yíng)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(diǎn)，對(duì)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(lái)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(duì)作物及其環(huán)境沒(méi)有毒害，能為微生物提供良好環(huán)境進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖等優(yōu)點(diǎn)[6-7]。目前，針對(duì)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(bào)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(duì)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(zhǎng)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(yíng)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(gòu)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(guò)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(jiàn)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(wú)菌水100 mL，200 r/min振蕩30 min，過(guò)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(yàn)設(shè)計(jì) 將蘇丹草種子在無(wú)菌操作臺(tái)中分別用70%酒精、1%升汞、無(wú)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(gè)培養(yǎng)皿中均勻植入50粒種子，每個(gè)處理重復(fù)3次，同時(shí)設(shè)置對(duì)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(shí)記錄種子發(fā)芽數(shù)。

1.2.4 測(cè)定指標(biāo)與方法 浸種7 d后測(cè)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(cè)定其芽長(zhǎng)、苗重、主根長(zhǎng)、根表面積、根體積和根系平均直徑，根系指標(biāo)通過(guò)LA2400 Scanner根系掃描儀進(jìn)行測(cè)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(jì)分析，多重比較采用Duncan法，并且對(duì)不同處理間所測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)照含量分別降低5.8%和8.1%，說(shuō)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(duì)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(duì)照升高3.16%，且與其余處理差異顯著。在浸提液濃度為25%時(shí)，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(shí)，復(fù)合菌肥載體浸提液F3、F4和F6較對(duì)照而言分別降低10.6%、22.4%、21.2%，并且差異顯著。浸提液對(duì)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(shí)，較對(duì)照而言，單一菌肥載體浸提液以菌糠對(duì)苗重的增重效果最大，復(fù)合菌肥載體以花土對(duì)苗重的減少影響最大，分別是對(duì)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(shí)，所有單一菌肥載體中只有木炭較對(duì)照有所降低，且差異顯著；混合載體中F6有所降低，與對(duì)照差異不顯著，其余載體較對(duì)照呈增加趨勢(shì)。當(dāng)浸提液體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，所有菌肥載體中只有泥炭有所降低，但與對(duì)照差異不顯著，說(shuō)明25%的浸提液對(duì)蘇丹草苗重的影響不大，其濃度適宜蘇丹草幼苗的生長(zhǎng)。10%處理組中，單一菌肥載體中只有木炭較對(duì)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(duì)蘇丹草芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響

相較于對(duì)照，各菌肥浸提液處理對(duì)蘇丹草芽長(zhǎng)的影響各異，單一載體菌肥浸提液體積分?jǐn)?shù)為100%時(shí)，只有除木炭，泥炭，馬鈴薯渣差異不顯著，其余各供試載體對(duì)芽長(zhǎng)的影響差異顯著，花土、有機(jī)堆肥、菌糠分別較對(duì)照增加13.7%、13.7%、25.5%(表4)。混合載體菌肥浸提液中F6與對(duì)照差異不顯著，其余載體對(duì)蘇丹草芽長(zhǎng)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(gè)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(duì)芽長(zhǎng)的影響大于單個(gè)載體；25%和10%處理下，單個(gè)處理中均以花土和有機(jī)堆肥對(duì)芽長(zhǎng)的影響最大，但兩者之間差異不顯著，混合載體處理下F5對(duì)芽長(zhǎng)的影響最大；在不同的濃度處理下，以50%浸提液對(duì)蘇丹草芽長(zhǎng)的影響最大。菌肥浸提液的濃度不同，對(duì)蘇丹草主根長(zhǎng)的影響各異，在100%濃度處理下，單一菌肥載體浸提液主根長(zhǎng)以有機(jī)堆肥、菌糠的表現(xiàn)最優(yōu)，較對(duì)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(duì)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(zhǎng)分別以F3、F4、F5/F2、F4和F6影響最大，且與對(duì)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(zhǎng)和主根長(zhǎng)

2.3 不同載體及菌肥浸提液對(duì)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(zhǎng)(表5)；100%混合載體浸提液處理下F6根直徑較對(duì)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(duì)照，25%浸提液處理下以F1、F4的根直徑長(zhǎng)于對(duì)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(duì)照降低6.9%，且與對(duì)照差異不顯著。50%的浸提液對(duì)根系體積的影響都大于對(duì)照，其余載體的浸提液對(duì)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(duì)根系表面積的影響以以泥炭的最大，較對(duì)照增加107.1%，混合載體浸提液以F5的影響最大，較對(duì)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(duì)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(duì)蘇丹草生長(zhǎng)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(zhǎng)、苗重、主根長(zhǎng)、根表面積、根系平均直徑和根體積7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。在7個(gè)因子中，25%處理組前3個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到91.686%，而50%處理組的前3個(gè)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(duì)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(zhǎng)、根表面積和根體積的載荷值大，第2主成分芽長(zhǎng)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(píng)價(jià) 以12種不同基質(zhì)為載體的菌肥浸提液浸種對(duì)蘇丹草種子的發(fā)芽率和幼苗生長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng);X3為苗重;X4為主根長(zhǎng);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(shuō)明菌肥浸提液的濃度(體積分?jǐn)?shù))對(duì)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(wú)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(yíng)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(huì)影響其潛在的利用率和經(jīng)濟(jì)價(jià)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(xiàng)重要技術(shù)，也是檢測(cè)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(duì)照，而其余不同濃度載體浸提液對(duì)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(shí)，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(duì)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(duì)較高所致。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同體積分?jǐn)?shù)的浸提液和菌肥載體對(duì)蘇丹草芽長(zhǎng)的影響變化不明顯，而對(duì)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(duì)芽長(zhǎng)和苗重較對(duì)照變化各異，但載體相同時(shí)，菌肥浸提液能明顯促進(jìn)蘇丹草芽的生長(zhǎng)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(zhǎng)速度，也可能是載體中的有效元素被添加的菌劑生命活動(dòng)所利用，減少或解除了載體中有害成分對(duì)蘇丹草種子生長(zhǎng)的抑制作用。在促進(jìn)芽長(zhǎng)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(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的主要部位，也是微生物活動(dòng)最旺盛的部位，微生物會(huì)通過(guò)根系向環(huán)境中分泌釋放生長(zhǎng)代謝物，其代謝產(chǎn)物會(huì)促進(jìn)或抑制植物本身的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)揮著重要作用[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明不同載體的菌肥浸提液對(duì)蘇丹草根長(zhǎng)、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(guò)一系列的代謝過(guò)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(zhǎng)發(fā)育；植物根際促生菌還可以分泌生長(zhǎng)激素類物質(zhì)，這些生長(zhǎng)素可以被植物根系直接吸收利用，以促進(jìn)根系的生長(zhǎng)發(fā)育；或植物根際促生菌通過(guò)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(yíng)養(yǎng)成分，促進(jìn)根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，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(duì)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(bào)道，100%羊糞有機(jī)肥浸提液對(duì)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。總體而言，菌肥載體浸提液對(duì)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(yíng)養(yǎng)元素組成更為全面，有利于蘇丹草種子吸收更多的營(yíng)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(zhǎng)。

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(zhǎng)、苗重、根長(zhǎng)、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。