抗連作菌劑對花生生長和生理特性的影響

梁偉 趙亞慧 杜海巖 咸洪泉 崔德杰

摘要：為探討微生物菌劑對緩解花生連作障礙的作用，利用篩選分離出的化感物質降解菌和抗病原微生物拮抗菌布置田間試驗，研究不同菌劑處理對連作花生生長、生理特性等的影響。試驗共設4個處理：T0（不施用菌劑）、T1（細菌處理）、T2（真菌處理）、T3（復合菌劑處理）。結果表明：施用菌劑處理均能有效提高花生的光合能力，以復合菌劑處理最為顯著;復合菌劑的加入能顯著提高花生葉片可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性，降低MDA含量，有效維持膜結構的穩定性;開花下針期是生物量快速積累時期，地上部生物量符合Logistic方程，與T0相比，施菌劑處理均能顯著提高花生生物量;復合菌劑處理莢果產量兩年分別達?3 608.7 kg/hm2和?3 486.4kg/hm2?，較T0處理分別提高336.3 kg/hm2和368.1 kg/hm2。復合菌劑的施用能有效促進花生生長，緩解花生連作障礙。

關鍵詞：花生連作;降解菌;微生物菌劑;生理特性

中圖分類號：S565.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）01-0079-06

Effects of Resistant Continuous Cropping Microbial Agents on Growth and Physiological Characteristics of Peanut

Liang Wei， Zhao Yahui， Du Haiyan， Xian Hongquan， Cui Dejie

（College of Resources and Environment， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China）

Abstract?The effects of different microbial agents on physiological characteristics of peanut under continuous cropping were studied in order to discuss the role of microbial agents on continuous cropping barrier mitigation. Four treatments were designed as control （T0）， bacterial treatment （T1）， fungi treatment （T2） and mixed microbial agent （T3）， which were degraded bacteria or fungi of allelochemicals and antipathogenic antagonist. The results showed that photosynthesis was improved by all microbial agent treatments， especially T3 treatment. The soluble protein content and the activity of antioxidant enzymes of peanut leaves increased significantly，theMDA content decreased and the membrane structure stability was maintained effectively by adding compound microbial agent. The flowering-needle period was the one for fast accumulation of biomass， and the above-ground biomass was in accord with the Logistic equation. The peanut biomass could be improved by microbial agent treatments compared with T0 treatment. The yield of pods treated with compound microbial agents reached 3 608.7 kg/hm?2 and 3 486.4 kg/hm?2 in the two years， respectively， which increased by336.3kg/hm?2 and 368.4 kg/hm?2 compared with T0 treatment. The application of compound microbial agent could effectively promote the growth of peanut and alleviate the continuous cropping obstacle.

Keywords?Continuous cropping of peanut; Dedrading bacteria; Microbial agent; Physiological characteristics

花生是我國重要的經濟作物，連年種植易導致根際微生物區系真菌化，而且根系分泌的化感自毒物質不斷積累，當其積累到一定程度時便會產生化感自毒作用，使花生病蟲害加劇，嚴重抑制花生的生長，現已認為這是花生產生連作障礙的主要因子[1-5]。袁云云等[5]研究表明，連作花生根系分泌的十六烷酸、油酸、鄰苯二甲酸等化感物質對花生生長有抑制作用。

篩選微生物拮抗菌劑和化感自毒物質降解菌劑，并進行微生物在土壤中的定向培育與馴化，將有助于減輕化感物質對植物的危害，緩解連作障礙。施用微生物制劑可以增加土壤細菌數量，花生SOD活性提高[6-9]。封海勝等[10]研究表明微生物制劑可以顯著促進連作花生的植株生育，使其單株結果數、飽果數、百果重、產量等達到或超過輪作花生的水平。植物的化感作用是釋放的所有化感物質綜合作用的結果，且是至少兩種或兩種以上物質相互作用，大田土壤中除了植物釋放的化感物質外還包括多種物質可能會與化感物質發生相互作用[11，12]。然而目前使用的抗花生連作菌劑大多為單一菌種，功能單一，緩解化感自毒作用的程度有限[13，14]，而且土壤環境中很多因素都限制添加拮抗菌或降解菌在土壤中的定殖和增殖，使其難以發揮應有效果。為此，本研究利用從連作花生土壤中篩選出且對病原菌有拮抗作用的真菌A1黃色藍狀菌（?Talaromyces flavus?）和降解花生主要化感物質（油酸、十六烷酸、鄰苯二甲酸）的A2里拉微球菌（?Micrococcus lylae?）、A3紫金牛葉桿菌（?Phyllobacterium myrisacearum?）和A4理氏勒米諾氏菌（?Leminorella richardii?）三種細菌為供試菌種，并按各種菌的特性優化組合制備復合菌劑進行大田試驗，研究其對花生生長、光合特性及氧自由基代謝相關酶活性動態變化規律等方面的影響，旨在為探究復合菌劑在緩解花生連作障礙上的應用提供理論依據。

1?材料與方法

1.1?供試材料

供試花生品種為花育25號。供試菌種：從7年連作花生地篩選出的花生化感物質降解菌和抗連作生防菌，分別是對病原菌有拮抗作用的真菌A1黃色藍狀菌和分解油酸的A2里拉微球菌、分解十六烷酸的A3紫金牛葉桿菌、分解鄰苯二甲酸的A4理氏勒米諾氏菌三種細菌（均已獲得國家發明專利）。供試培養基：營養瓊脂培養基（NA培養基）、馬丁氏培養基。供試土壤基礎肥力狀況和pH值見表1。

1.2?試驗處理[HT]

試驗于2015、2016年在山東省萊西市三農富康科技示范園內進行。試驗共設4個處理：T0（不施菌劑）、T1（細菌處理）、T2（真菌處理）、T3（復合菌劑處理），具體見表2。播種前將菌液與麩皮拌勻進行撒施，用量為（200 mL+3 kg）/小區，復合菌劑中降解菌有效活菌數總數達24×108cfu/mL，拮抗菌有效活菌數1.1×108cfu/mL。基肥為復合肥（N-P?2?O?5?-K?2?O=13-15-12），施用量1 250 kg/hm2?。小區面積35 m2?，每小區4行，行距42 cm，株距18 cm。隨機區組排列，重復3次。2015年5月3日播種，9月10日收獲;2016年5月3日播種，9月17日收獲。其它按常規田間管理進行。

1.3?測定項目與方法[HT]

于出苗25 d起開始取樣，每15 d取樣一次。105℃殺青0.5 h，75℃烘至恒重，稱重。按小區收獲莢果，曬干后放入室內平衡10 d，稱量計產，計算單株結果數、百果重和出仁率等。地上部生物量累計特征值用Logistic曲線擬合，方程為y=Wm/（1+ae-bt?），求其一階、二階、三階導數，分別得曲線相應的快速積累起始時間（t?1?）、快速積累終止時間（t?2?）、最大積累速率（V?m?）、最大積累速率出現時間（t?m?）。

生理指標的測定：每小區采倒三葉10片，液氮冷凍保存。硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛（MDA）含量;氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性;愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[15]。考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量。

光合特性的測定：采用英國Hansatech公司的葉綠素熒光儀測定最大熒光

（F?m?）、初始熒光（F?o?）、表觀光合電子傳遞速率（ETR）。根據Schreiber和Genty等[16，17]的方法計算出可變熒光（F?v?=F?m?-F?o?）、最大光化學效率（F?v?/F?m?）、潛在光化學活性（F?v?/F?o?）;用Li-6400光合分析儀測定單葉凈光合速率。

1.4?數據處理[HT]

試驗數據采用Microsoft Excel和SPSS 19.0等軟件進行數據處理、統計分析和做圖。

2?結果與分析

2.1?微生物菌劑對葉綠素熒光參數的影響[HT]

F?v?/F?m?表示原初光能轉化效率與PSⅡ潛在量子效率，其值大小與光合電子傳遞活性成正比[18]。由圖1可知，各處理間F?v?/F?m?值分別為?0.80?、0.81、0.82、0.83，差異不顯著。ΦPS Ⅱ是PSⅡ的實際光化學效率，反映葉片用于光合電子傳遞的能量占所吸收光能的比例[19]。圖1顯示，施用菌劑處理與T0差異顯著，其中以T3最大，說明施用菌劑處理的花生實際光能利用率加大，用于光電子傳遞的能量比例顯著提高。

2.2?微生物菌劑對功能葉凈光合速率的影響[HT]

光合速率的大小是作物光合能力的反映，是作物產量的必要前提[20]。表3顯示，各處理功能葉片凈光合效率呈現先升高后下降趨勢，至出苗55 d，光合速率達到最大值。施用菌劑處理均高于對照，以復合菌劑T3處理最好，各時期比T0提高1170%～1585%，差異達顯著水平。說明菌劑的加入有效提高了花生葉片的光合速率，特別是復合菌劑處理。

2.3?微生物菌劑對葉片超氧化物岐化酶（SOD）活性的影響[HT]

SOD普遍存在于植物體內，是一種清除O·-?2的酶，能防止細胞膜系統遭到破壞，是植物衰老特征的重要指標[21]。圖2所示，各處理SOD活性呈先增后減趨勢，施用菌劑處理顯著高于對照，以T3處理最大。其值在出苗70 d時達到最大，此時期T3處理兩年分別比T0提高10.6%和133%。說明施入菌劑能不同程度地影響花生葉片的SOD活性，且復合菌劑比單一菌劑效果要好。

2.4?微生物菌劑對葉片過氧化物酶（POD）的影響[HT]

POD是細胞清除葉綠體中H?2?O?2?的主要酶之一，其活性的高低可以反映活性氧清除能力的強弱[22]。由圖3可知，各處理花生葉片中POD活性呈先增后降趨勢，于出苗70 d時達到最大。T3處理POD活性處于較高水平，明顯高于其它處理，比T0高10.1%～22.5%。說明復合菌劑比單一菌劑處理更能有效提高花生葉片POD活性，保護膜結構的穩定性。

2.5?[JP3]微生物菌劑對葉片丙二醛（MDA）含量的影響[HT]

MDA是膜脂過氧化的產物，其含量高低與植株的衰老密切相關[23]。由圖4可見，花生生育期內MDA含量基本呈現上升趨勢。兩年施菌劑處理T1、T2、T3分別比T0低3.3%～9.7%、 7.1%～14.3%和 18.8%～19.0%。正常情況下氧自由基的產生和清除處于動態平衡，隨著花生生育期的推進，SOD和POD活性等下降，導致MDA含量增加，引發脂質過氧化反應，不可避免地導致植物衰老死亡。菌劑的加入能有效減緩衰老進程，以復合菌劑處理效果最好。

2.6?微生物菌劑對葉片可溶性蛋白含量的影響[HT]

可溶性蛋白作為葉片光合產物代謝的重要指標，其含量關系到與作物生長發育相關的酶，也是植物衰老的最常見指標之一[24]。從圖5可以看出，主功能葉可溶性蛋白含量約在出苗后55 d達到最大，之后開始快速下降，約在85 d時降幅變小，其含量只相當55 d時的73.8%。各階段可溶性蛋白含量的多少基本為T3﹥T2﹥T1﹥T0， 且T3、T2、T1與T0之間表現為顯著性差異。說明復合菌劑能有效提高植株葉片可溶性蛋白含量，進而間接反映出復合菌劑的加入可有效提高花生的光合能力。

2.7?微生物菌劑對地上部生物量積累的影響[HT]

由表4可知，各處理花生生物量積累符合Logistic方程，各菌劑處理地上部生物量最大積累量均高于對照，以T3生物量最高，最大積累速率最高，說明施復合菌劑能提高花生生物量的積累。T0和T3處理生物量快速積累起始較早，持續時間一般在39 d左右，但是T3處理最大積累速率明顯高于T0。可能是隨著生育期的推進，菌劑在不斷改善連作土壤的微生物區系，使得真菌化的土壤向細菌化過度，良好的土壤環境利于作物生長及生物量的積累。

2.8?微生物菌劑對花生產量及其構成因素的影響[HT]

如表5所示，除2015年的T1處理外，兩年中各菌劑處理均可顯著提高花生莢果產量、百果重等。T3處理莢果產量最高，兩年分別為3 608.7 kg/hm2?和3 486.4 kg/hm2?，較T0增加336.3kg/hm2和368.1 kg/hm2?，同樣與菌劑單施處理間差異也達顯著水平，比T1和T2處理分別提高?8.1%、?7.8%和4.8%、5.1%。百果重也以T3最高，兩年分別比對照提高12.9%和14.6%。

3?討論

花生連作條件下，根系分泌的酚酸類有機酸等不斷積累，定向影響著土壤及根際微生物的生長發育和繁殖，形成了特定的連作花生土壤微生物類群，土壤有益菌數量減少，而花生根系分泌物又和土壤微生物區系存在極密切關系[25]，反過來影響花生根系分泌物，進而影響化感作用的強弱。根系分泌的化感自毒物質積累會抑制花生對養分的吸收、使作物光合產物減少以及破壞花生的細胞膜穩定性等，最終影響花生產量和品質。研究中發現，各菌劑處理特別是復合菌劑處理，實際光化學效率、凈光合速率等顯著高于空白處理，這與尤升波等[26]的研究結果基本一致。可能是復合菌劑補充了有益微生物，抑制病原菌的生長，并且可以降解土壤中主要的化感物質，減輕分泌物的化感自毒作用，進而促進植物根系對營養物質的吸收。根系對養分的吸收利用激發了作物的光合能力，在提高光合電子傳遞的同時減少了熱耗散，這有利于碳水化合物的形成，是作物高光合產量的重要保障。試驗中復合菌劑處理的地上部生物量較高，說明復合菌劑的加入能有效提高連作花生的光合能力，保證花生正常生長。

SOD、POD是植物抗氧化酶系統中的主要酶類，能清除植物體內的活性氧自由基，正常情況下其產生和清除處于動態平衡。花生根系分泌物的積累會打破這種平衡，導致花生葉片細胞膜過氧化，膜脂過氧化產物 MDA 含量增加，膜損害加劇[21]。試驗中復合菌劑處理，各時期花生葉片可溶性蛋白含量及SOD、POD活性顯著高于空白處理，而MDA含量明顯降低。說明復合菌劑的加入能有效提高花生抗氧化酶活性，增加膜結構的穩定性。主要原因是菌劑加入使得花生抗逆性增加，更好地進行光合作用，保證花生的正常生長，進而減輕連作障礙。

復合菌劑的施用顯著增加花生的生物產量、莢果產量、百果重等，這與封海勝等[10]的研究結果相似。但施用菌劑的增產效果年度間差異較大，說明菌劑對花生連作障礙的緩解作用易受其它因素的影響。可能是由于第一年花生生育期內雨水充足，可更好地滿足花生植株對水的要求，微生物菌劑能保證正常繁殖擴散，進而發揮其應有的效應。而第二年花生生育前期雨水不足，而且沒有及時補灌，導致土壤干旱加重，微生物菌劑較難生長繁殖，作用受限。這說明施用微生物菌劑的同時，要確保水肥條件滿足要求，為其更好地在土壤中定殖和增殖提供有利環境。

4?結論

本試驗施用菌劑處理均能有效提高花生的光合能力，以復合菌劑處理最為顯著。復合菌劑的加入能有效促進花生的光合作用，促進生物量積累，提高膜結構穩定性;顯著提高花生葉片可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性，降低MDA含量;能顯著提高花生生物量和莢果產量，后者兩年分別達到?3 608.7kg/hm?2和3 486.4 kg/hm?2，較不施菌劑處理分別提高336.3 kg/hm?2和368.1 kg/hm?2。復合菌劑的施用能有效促進花生的生長，緩解花生連作障礙。

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