解磷細菌和叢枝菌根真菌對紫花苜蓿生產性能及地下生物量的影響

孫艷梅，張前兵，苗曉茸，劉俊英，于磊，馬春暉

解磷細菌和叢枝菌根真菌對紫花苜蓿生產性能及地下生物量的影響

孫艷梅，張前兵，苗曉茸，劉俊英，于磊，馬春暉

（石河子大學動物科技學院，新疆石河子 832003）

【】解磷細菌（PSB）和叢枝菌根真菌（AMF）在促進作物養分吸收、提高作物產量等方面具有重要意義。探討PSB和AMF對苜蓿生長及地下生物量的影響，明確PSB與AMF的相互作用對紫花苜蓿生長的機制，以期為紫花苜蓿人工栽培及其高效復合型微生物肥料的研制提供理論依據。試驗采用單因素隨機區組設計，選用4株菌，分別為具有高效解磷能力的巨大芽孢桿菌（Bm）和枯草芽孢桿菌（Bs），以及能與苜蓿根系共生的摩西管柄囊霉（Fm）和幼套球囊霉（Ge），并將這兩類菌雙接種，分別為BmBs、BmFm、BmGe、BsFm、BsGe、FmGe，以加滅活菌為對照（CK），共計11個處理。測定接菌處理后紫花苜蓿地上生物量、株高、莖粗、粗蛋白含量、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、苜蓿植株磷含量、主根長、地下生物量、土壤pH、土壤全磷和速效磷含量，通過隸屬函數法綜合各項指標評價單接種菌和雙接種菌對苜蓿的應用效果。紫花苜蓿的地上生物量、株高、莖粗、粗蛋白含量、植株磷含量、主根長、地下生物量和土壤速效磷含量均為接菌處理顯著高于CK（＜0.05），土壤pH、全磷、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均顯著低于CK（＜0.05）。與CK相比，苜蓿地下生物量、株高和莖粗在單施解磷細菌Bm和Bs處理下分別增加了18.57%—24.49%、8.59%—21.33%和3.86%—9.54%，在單施叢枝菌根真菌Fm和Ge處理下分別增加了9.15%—27.35%、2.51%—18.60%和4.59—8.58%，雙接種BmBs、BmFm、BmGe、BsFm、BsGe、FmGe處理下分別增加了7.66%—41.62%、7.44%—34.56%和5.58%—26.61%。單施Fm和Ge處理苜蓿的主根長均顯著大于單施Bm和Bs處理（＜0.05），但Fm和Ge處理之間、Bm和Bs處理之間差異均不顯著（＞0.05）；雙接菌處理中，FmGe處理苜蓿的主根長最長，且顯著大于其他施菌處理（＜0.05），其中BmBs處理對紫花苜蓿主根長的效應最弱。相關性分析表明，除酸性洗滌纖維含量與莖粗呈負相關不顯著（＞0.05），地下生物量與苜蓿磷呈正相關不顯著（＞0.05），與土壤全磷呈負相關不顯著（＞0.05）外，其他各指標之間均為顯著或極顯著正相關、顯著或極顯著負相關。采用隸屬函數法綜合各項指標進行評價，對苜蓿生產性能影響較大的接菌處理前3位排序為BmFm、BmGe和FmGe處理。PSB和AMF同時接種，對苜蓿植株生長發育和磷營養促生效果優于單一接種PSB或AMF，其促進作用的大小與PSB和AMF的種類有關。從紫花苜蓿生長狀況、植株的磷營養及地下生物量指標綜合考慮，解磷細菌巨大芽孢桿菌（Bm）與叢枝菌根真菌摩西管柄囊霉（Fm）同時接種（即BmFm處理），對紫花苜蓿的生長發育和磷營養的改善效果最好，其次是BmGe處理。

苜蓿；解磷細菌；叢枝菌根真菌；生產性能；營養品質

0 引言

【研究意義】紫花苜蓿（L.）是多年生優質豆科牧草，具有營養品質好、產草量高、適應性廣等特點，被譽“牧草之王”[1]。磷是植物體內部不可或缺的營養元素，構成植物體生物膜并參與一些特定的生物化學活動[2]。據報道，我國74%的農田土壤缺少磷[3]，人們通過向土壤施加磷肥以提高作物的產量，但磷肥施入土壤后由于淋失、揮發或被土壤中的金屬離子結合形成難溶性磷酸鹽[4]，施入的磷肥中有70%—90%都難以被植物吸收利用，土壤中的全磷量雖然相對較高，但其中的有效磷卻很少[5]，因此，土壤中有效磷含量成為制約我國農業生產發展的重要因素。【前人研究進展】解磷細菌與叢枝菌根真菌均為土壤中重要的植物有益微生物類群，近年來日益成為微生物高效復合肥領域的研究熱點。解磷細菌（phosphate-solubilizing bacteria，PSB）能分泌胞外磷酸酶和有機酸，通過生物途徑促進土壤難溶性磷的轉化，提高土壤中可溶性磷的含量，將植物難以吸收利用的磷素轉化為可供植物吸收利用的形式，進而提高植物對磷的吸收利用效率[6]。研究表明，接種不同解磷菌替代磷肥不僅能夠顯著提高苜蓿的干草產量和粗蛋白含量[7]，而且能夠明顯改善苜蓿的株高、莖粗、干鮮比和葉莖比[8]，以及改善土壤肥力[9]。豆科植物根際土壤微生物中的解磷菌主要是芽孢桿菌屬[10]，添加芽孢桿菌對有機磷、無機磷具有降解效果，均能改善土壤當中的有效磷含量[11]。在添加芽孢桿菌對玉米（L.）生長的研究發現，接菌顯著提高玉米植株的干重、莖粗、磷累積量和改善土壤磷有效性[12]，也能顯著提高油菜（L.）產量及促進根系生長[13]。叢枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）能夠與80%以上的植物形成共生體[14-16]，菌根能擴大植物根系的表面積[17]和其他生理過程[18]，分泌的根系有機物能夠改善土壤礦物質的成分[19]，從而促進植物的生長發育[20-21]。研究表明添加AMF可以改善宿主植物養分和難溶性礦質元素的吸收[22-23]，尤其是在有效磷含量低的土壤上可提高植物對磷素的吸收[24]。接種AMF能積極促進水稻（L）的生長，提高水稻的千粒重和干重[25]。且能與羊草（）形成良好共生關系，顯著提高羊草地上和地下部分全磷含量，進而促進羊草生物量的增加[26]。在番茄（Mill）生產中也有相同的表現[27]。通過接種AMF和PSB對紅三葉草（）和印度印楝（. Juss）生長的研究發現，雙接種AMF和PSB能夠顯著提高植物對磷的吸收，促進植物生長發育[28-29]?？梢姡饬准毦c菌根真菌互作在增加磷素吸收和植物的促生作用上優于單一接種時的效果[30-31]?！颈狙芯壳腥朦c】新疆石河子墾區土壤類型為灰漠土，土壤有效磷含量較低，解決土壤有效磷缺乏問題只能從增施磷肥或高效微生物肥料兩方面入手，但施入土壤的磷肥很容易被固定，并在土壤中富集，在限制苜蓿生長發育的同時，造成土壤磷的污染。因此，挖掘微生物解磷能力，篩選出高效的解磷菌是解決土壤有效磷缺乏的有效途徑。國內外學者將PSB、AMF等植物有益微生物復合接種在作物上，并獲得了顯著協同促生效果，但該類研究大多集中在農作物上[32-34]，將PSB、AMF共同接種于紫花苜蓿的研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】本試驗以紫花苜蓿為研究對象，利用2株解磷細菌與2株叢枝菌根真菌，開展雙接種AMF、PSB試驗，探明其對紫花苜蓿生產性能、根系生物量及土壤磷含量的影響，明確接菌后紫花苜蓿各生長性狀指標之間的關系，以期為紫花苜蓿高效生產及高效復合型微生物肥料的研制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試菌種與植物 從中國農業微生物菌種保藏管中心（Agricultural Culture Collection of China，ACCC）購買具有解磷作用的巨大芽孢桿菌（，Bm）和枯草芽孢桿菌（，Bs）菌種，該2株菌均可以在以Ca3(PO4)2為難解磷源的NBRIP液體培養基中生長并且形成解磷圈。從青島農業菌根研究所購買摩西管柄囊霉（，Fm）和幼套球囊霉（，Ge），此菌種的接種物為孢子、帶菌絲的沙土及其宿主植物的根段混合物，孢子的密度為25—35個/g。供試的宿主植物紫花苜蓿品種為WL354HQ（北京正道生態科技有限公司）。

1.1.2 培養基 牛肉膏蛋白胨液體培養基為牛肉膏5 g·L-1、蛋白胨10 g·L-1、NaCl 5 g·L-1，瓊脂30 g·L-1，pH 7.0。霍格蘭氏營養液Hoagland’s為硝酸鈣945 mg·L-1、硝酸鉀607 mg·L-1、硫酸鎂493 mg·L-1、鐵鹽溶液2.5 mg·L-1、微量元素5 mg·L-1，pH 6.0。

1.2 試驗區域概況

試驗于2017年4月在新疆石河子市石河子大學農學院試驗站（44°18′ N，86°03′ E）進行。該地區為溫帶大陸性氣候帶，干燥少雨，氣溫日差較大，年平均氣溫為11.2—13.9℃，年平均降水量為203.1—394.9 mm，年蒸發量為1 000—1 500 mm。試驗用的土壤采自石河子市天業集團農業示范園區試驗田（44°26′ N，85°95′ E），該地土壤類型為灰漠土，土壤容重為1.48 g·cm-3，田間持水量為24.6%，土壤飽和體積含水量為29.2%，0—20 cm耕層土壤含有機質25.3 g·kg-1，堿解氮72.6 mg·kg-1，全氮1.61 g·kg-1，速效磷16.3 mg·kg-1，全磷0.21 g·kg-1，速效鉀 139.6 mg·kg-1，pH為7.75。采集的土壤樣品經自然風干后過2 cm篩，去除土壤中的石塊和其他植物根段，測定其基本理化性質備用。

1.3 盆栽試驗設計

先復壯巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌種，后接種至選擇性培養基牛肉膏蛋白胨液體培養基中進行擴繁，采用GB/T 13092—2006所述方法進行平皿涂布，每個梯度3次重復，將菌落數在30—300的平板作為有效計數板，菌落以肉眼可見為準，菌液中的菌落數約為109cfu·mL-1后備用。試驗采用單因素隨機區組設計，選取2株解磷細菌，分別為巨大芽孢桿菌（Bm）和枯草芽孢桿菌（Bs）；2株叢枝菌根真菌，分別為摩西管柄囊霉（Fm）和幼套球囊霉（Ge），以及解磷細菌和叢枝菌根真菌兩兩雙接種處理：BmBs、BmFm、BmGe、BsFm、BsGe、FmGe，以加滅活菌為對照（CK），共計11個處理進行盆栽試驗。土壤在121℃下高溫濕熱滅菌備用，挑選籽粒碩大的種子，用75%的酒精消毒30 s，然后用5%的次氯酸消毒12 min，再以無菌水沖洗種子多次后播在育苗盤中，育苗盤大小為72 孔/板，孔徑 4 cm，每孔1粒種子，育苗盤中種子播種深度為1—2 cm。種子播種完后加入上述的菌，其中Bm和Bs處理在育苗盤中加入10 mL，Fm和Ge處理為每孔接菌10 g，讓其均勻分布于苜蓿種子周圍。于2017年3月16日將育苗盤置于恒溫培養箱中25℃催芽，培養條件為光照12 h（25℃），黑暗12 h（20℃），光照強度300 μmol·m-2·s-1，空氣濕度為55%。同時，將24 cm×16 cm×19 cm（盆口直徑×盆底直徑×高）規格的黑色塑料盆在酒精里浸泡20 min后備用，于4月2日將選取長勢均勻一致的幼苗15株置于盆栽盒中，移栽時每盆裝5.0 kg滅菌土，同時再補充一次菌。以Ca3(PO4)2為唯一磷源，施肥時間為分枝期及每1茬刈割后，具體施肥時間為2017年5月7日，6月30日。每個處理6次重復，共計66盆。每隔10 d定量（每盆100 ml）給每個處理施加不加磷酸的Hoagland’s溶液，具體添加時間為3月16日、3月26日、4月5、4月15日及4月25日，在添加Ca3(PO4)2后停止施用，用稱重法將盆栽土壤濕度控制在田間持水量的65%—75%。在盆栽周圍設置支架，在支架上裝上白色塑料篷布，如遇下雨天將塑料篷布展開，以防止降雨對盆栽試驗的影響。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 苜蓿生物量 以每盆為單位，在6盆中選取長勢一致的苜蓿3盆，于2017年6月26日刈割第1茬，8月15日刈割第2茬，用剪刀將植株地上部分離土壤表面5 cm剪下稱重，記錄苜蓿鮮草產量，將苜蓿地下部分沖洗干凈并收集根系，稱取并記錄鮮重。將苜蓿地上部分植株和地下部分根系在烘箱中于105℃殺青30 min后，于65℃烘干至恒重，測定其含水率并折算出苜蓿地上生物量（g/pot）和苜蓿地下生物量（g/pot）。具體計算公式如下：

苜蓿地上生物量=植株鮮重生物量×（1-含水率）（1）

苜蓿地下生物量=根系鮮重生物量×（1-含水率）（2）

1.4.2 株高測定 測定地上鮮重生物量的同時，在3盆中隨機選取長勢均勻一致的紫花苜蓿30株，用鋼卷尺測定其到地表的垂直高度，求其平均值。

1.4.3 莖粗測定 在株高測定的同時，對測定株高的30株紫花苜蓿單株，用游標卡尺測量距離地面5 cm處的莖粗，求其平均值。

1.4.4 營養品質測定 粗蛋白質含量（CP）測定采用GB/T6432—94，酸性洗滌纖維（ADF）與中性洗滌纖維（NDF）含量根據Van Soest等[35]方法測定。

1.4.5 植株和土壤磷含量 在苜蓿地上生物量測定的過程中，將取回的鮮草樣品和根系烘干磨成粉末后，將其置于600℃茂福爐中燒成白色的灰分，用鹽酸溶解灰分，過濾后用鉬銻抗比色法測苜蓿植株磷含量[36]。在苜蓿第2茬刈割后將盆栽中的土壤取出，過2 mm篩后裝入塑料自封袋中，用于土壤全磷和有效磷含量的測定。土壤全磷（total phosphorus，TP）采用硫酸－高氯酸消煮鉬銻抗比色法測定，有效磷（available phosphorus，AP）采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測定[37]。

1.4.6 主根長測定 將盆栽中的土壤取出后，將已經測定株高和莖粗的10株紫花苜蓿根系用水沖洗干凈，將主根拉直用鋼卷尺測定主根的長度，求其平均值。

1.5 數據處理分析

利用Microsoft excel 2007和DPS 7.05進行數據處理分析，采用新復極差法（Duncan）對數據進行差異顯著性分析。采用隸屬函數評價法評價出最佳處理，具體公式為：

UX(+) = (Xij-Ximin) / (Ximax-Ximin) （4）

UX(-) =1-UX(+) （5）

式中，Xij為第i個處理第j個指標測定值；Ximax、Ximin為所有供試對象中第j項指標的最大值、最小值。UX(+)為各指標呈正相關隸屬函數值，UX(-)為各指標呈負相關隸屬函數值。

2 結果

2.1 接種不同菌對紫花苜蓿地下生物量及土壤磷含量的影響

通過對單接和雙接菌處理下紫花苜蓿的地下生物量及土壤磷含量進行測定，結果表明（表1），所有接菌處理下紫花苜蓿的主根長、地下生物量和土壤速效磷均顯著高于CK（＜0.05），而pH和全磷含量均顯著低于CK（＜0.05）。單接Bm和Bs處理苜蓿的主根長均大于Fm和Ge處理（＜0.05），但Bm和Bs之間、Fm和Ge處理間差異均不顯著（＞0.05）；單接Fm和Ge處理的地下生物量均顯著高于Bm和Bs處理（＜0.05），且Bm和Bs、Fm和Ge之間差異均顯著（＜0.05）。雙接菌處理中，FmGe處理的苜蓿主根長顯著大于其他施菌處理（＜0.05），其中BmBs處理對紫花苜蓿主根長的效應最弱。紫花苜蓿地下生物量、速效磷含量均在BmFm處理下達到最大值，分別為20.94 g/pot和31.19 mg·kg-1。與CK相比，土壤pH、全磷含量均為接菌處理顯著低于CK（＜0.05），且在BmFm處理下達到最低值，為7.15和0.836 g·kg-1?？梢?，接種不同菌處理對提高紫花苜蓿主根長、地下生物量及速效磷含量具有較為顯著的促進作用，能夠降低土壤pH和全磷含量。雙接菌具有一定的正向協同作用，雙接菌更有利于改善苜蓿的根系生長。

2.2 接種不同菌對紫花苜蓿生長的影響

紫花苜蓿地上生物量、株高和莖粗是衡量其生長的重要指標。通過盆栽試驗中接種單菌及雙接種菌處理對紫花苜蓿生長的測定，結果表明（表2），所有接菌處理的紫花苜蓿地上生物量、株高和莖粗均顯著高于CK（＜0.05），且與CK相比，苜蓿地上生物量、株高和莖粗在單施解磷細菌Bm和Bs處理下分別增加了18.57%—24.49%、8.59%—21.33%和3.86%—9.54%，單施叢枝菌根真菌Fm和Ge處理下分別增加了9.15%—27.35%、2.51%—18.60%和4.59%—8.58%，雙接BmBs、BmFm、BmGe、BsFm、BsGe、FmGe處理下分別增加了7.66%—41.62%、7.44%—34.56%和5.58%—26.61%。在單接菌條件下，紫花苜蓿地上生物量、株高均為Bm處理顯著大于Bs、Fm和Ge處理（＜0.05），Fm處理顯著大于Ge處理（＜0.05）。單獨接PSB和AMF中，苜蓿的莖粗在Fm處理下最好。雙接菌處理中，苜蓿地上生物量、株高和莖粗均在BmFm處理下達到最大值，但雙接菌BmBs處理的紫花苜蓿地上生物量、株高顯著低于單接Bm和Bs處理（＜0.05），FmGe處理苜蓿的株高和莖粗均顯著高于單施Fm和Ge處理（＜0.05）。不同接菌處理下紫花苜蓿地上生物量、株高和莖粗均為第1茬大于第2茬。上述結果表明，在本試驗條件下，單接和雙接菌處理對苜蓿地上部分生長有明顯的促進作用，即對苜蓿地上部的生長具有顯著的正效應。

表1 不同菌處理下紫花苜蓿地下生物量及土壤磷含量

同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同

Different lowercase letters in the same column mean significant differences at 0.05 level. The same as below

表2 不同菌處理下紫花苜蓿生長

2.3 接種不同菌對紫花苜蓿營養品質的影響

單接菌及雙接菌處理下紫花苜蓿的營養品質如表3所示，所有接菌處理下紫花苜蓿的粗蛋白含量、苜蓿植株磷含量均顯著高于CK（＜0.05），中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均顯著低于CK（＜0.05）。單施Bm和Bs處理及Fm和Ge處理下，紫花苜蓿的粗蛋白量差異均不顯著（＞0.05），但雙接菌BmFm處理的粗蛋白含量顯著大于單接Bm、Bs、Fm和Ge處理（＜0.05），但與BmFm與BmGe、BsFm、BmGe和FmGe處理差異均不顯著（＞0.05）。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量代表適口性，其含量越高，適口性越差，不同接菌處理條件下紫花苜蓿中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量在BmFm處理下達到最小值。紫花苜蓿磷含量在單接菌條件下為Bm和Bs處理高于Fm和Ge處理，但差異不顯著（＞0.05），雙接菌條件下BmFm處理顯著高于其他雙接菌處理（＜0.05），除BmBs外，其他雙接菌處理均高于單接菌Bm、Bs、Fm和Ge處理。不同接菌處理條件下紫花苜蓿的粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均為第1茬大于第2茬。苜蓿磷含量反之，為第1茬小于第2茬。

2.4 接種不同菌處理下紫花苜蓿各指標相關性分析

皮爾遜相關系數是一種度量兩個變量間相關程度的方法，它是一個介于1和-1之間的數值，其中，1表示變量完全正相關，0表示不相關，-1表示完全負相關。通過皮爾遜相關性分析表明（表4），紫花苜蓿的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量與苜蓿地上生物量、株高、莖粗和粗蛋白含量呈極顯著負相關（＜0.01），pH除與中洗洗滌纖維含量和主根長呈極顯著正相關（＜0.01），與其他指標均呈極顯著負相關（＜0.01）。速效磷含量除與中性洗滌纖維含量、pH和土壤全磷含量呈極顯著負相關（＜0.01），與其他指標均呈極顯著正相關（＜0.01）。其他指標除酸性洗滌纖維含量與莖粗呈負相關不顯著（＞0.05）；地下生物量與苜蓿磷呈正相關不顯著（＞0.05），與土壤全磷呈負相關不顯著外（＞0.05），其他各指標之間呈顯著或極顯著正相關、顯著或極顯著負相關。

表3 不同菌處理下紫花苜蓿的營養品質

表4 不同菌處理下紫花苜蓿各指標相關性分析

*表示在0.05水平（雙側）上顯著相關，**表示在0.01水平（雙側）上顯著相關

*represents significant correlation at 0.05 level (bilateral)，** represents significant correlation at 0.01 level (bilateral)

2.5 接種不同菌對紫花苜蓿生長、營養品質和地下生物量的綜合評價

由于各處理在不同指標上表現均不相同，而以任何一個單一指標評價最優接菌處理均是不全面的[38]。以主根長、地下生物量、pH、土壤全磷、速效磷、苜蓿地上生物量、株高、莖粗、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、苜蓿磷含量、含量總計12個指標，對接種不同菌處理下紫花苜蓿的生長、營養品質及地下生物量和土壤磷含量進行綜合評價（表5）。其中主根長、地下生物量、速效磷、地上生物量、株高、莖粗、粗蛋白含量、苜蓿磷含量為正向指標，pH、全磷含量、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量為負向指標。將12項指標的隸屬函數值進行綜合價值排序，平均值越大綜合價值越高，反之越差。各不同接菌處理下苜蓿各生產指標綜合排序，前3位為BmFm、BmGe和FmGe處理。

表5 不同菌處理下紫花苜蓿各指標綜合評價

3 討論

3.1 接種PSB和AMF對紫花苜蓿生物量的影響

接種不同菌對紫花苜蓿地上生物量及地下生物量的影響，實質上是通過不同菌的功能改善土壤當中營養物質形態以便于植物體吸收，或加強植物根系的吸收能力進而促進植物的生長。本研究中，接種菌處理的紫花苜蓿地上生物量、株高、莖粗、主根長、地下生物量均顯著高于CK（表1—2）。研究表明磷素營養與植物生長發育有關，解磷細菌能改善土壤有效磷含量進而改善了苜蓿生物量變化[9]。土壤磷含量增加后會顯著增加紫花苜蓿葉片中的葉綠素含量，提高了苜蓿光合作用速率[39]，從而促進苜蓿植株生長，提高紫花苜蓿干草產量，故土壤當中的有效磷增多對苜蓿干物質的累積有一定的促進作用[40]。而土壤有效磷增多時，苜蓿的根系能立馬反映并利用它進行根系本身的生長發育，然后將養分運輸到地上部分，同時促進地上和地下生物量的增加。其他研究認為，添加PSB促進植物生長是通過誘導植物分泌生長激素或降低抑制植物生長激素的形成，從而促進植物的生長和發育[41]。添加AMF相較于CK，能與紫花苜蓿的根系形成共生體，菌根的菌絲可以直接吸收水分，且菌絲將根系的表面積擴大，在相同的條件下，吸收的養分和水分的利用效率隨之提高[42]。本研究中Fm處理下苜蓿的地上生物量、株高、地下生物量顯著高于Ge處理（＜0.05）（表1—2），菌根的生長發育依賴于AM真菌與宿主植物的根系親和力以及二者之間的相互選擇性，紫花苜蓿接種Fm和Ge兩種菌，兩者形成菌絲的能力不同，對植物生長的影響也有所不同，同時也說明Fm與苜蓿植物具有更好的親和性。

本研究中接種FmGe處理在紫花苜蓿促生長方面高于單獨接種Fm或Ge處理（表1）。在其他植物上也有相似的結論，如在百合（）上接種AMF顯著增加其生長量，混合接種AMF對百合生長指標和生理特性各指標的影響效果顯著高于單一菌種[43]，在郁金香（）上混合接種AMF的促生效應最好[44]。本研究中BmFm、BmGe處理對苜蓿促生的效果優于FmGe處理（表1—2），研究表明，雙接種條件下，AMF與植物是互惠共生的關系，在互惠共生體中，共生體的利益應該與雙方合作者的利益是一致的[45]，真菌菌絲能從土壤中將養分元素集中吸收并轉運到根系內[46]，進而促進各自的生長和營養吸收，真菌和解磷細菌的合作擴大了植物對養分的吸收范圍，同時也能增加土壤難溶性磷的活化和植物對磷的吸收利用[18]，同時，AMF促使根系分泌出更多微生物利用的資源，根系分泌物除了為根際微生物提供豐富的營養物質外，通過誘導趨化性運動吸引微生物向根際聚集和定殖，進而影響其他微生物在植物根際定殖[47]。雙接種所含的有益微生物在生長繁殖過程中不但能夠直接給作物提供某些營養元素，產生對植物有益的代謝產物，而且能夠不同程度地刺激和調節植物生長使其生長健壯，營養狀況得到改善，從而達到增產效果[48]。研究表明雙接菌提高了根際土壤中的微生物數量及土壤酶活力，在提高土壤肥力的同時，改善了土壤微生物的多樣性[49]，故不同功能土壤微生物發揮不同的功能作用，促進苜蓿各方面的營養，從而使苜蓿達到促生效果。磷營養在苜蓿生產中發揮著巨大的作用，接種PSB和AMF兩者相互作用有利于土壤的磷循環[28]，故解磷細菌與菌根真菌互作在增加磷素吸收和植物的促生長作用上優于單一接種[29-30]。本研究中并不是所有的雙接菌處理對苜蓿生長都有協同作用，不同菌促進紫花苜蓿生長的作用機制存在一定的差異，與枯草芽孢組合的BmBs、BsFm、BsGe處理在地下生物量、株高等方面均比與巨大芽孢桿菌組合的BmFm、BmGe處理效果差，且BmBs處理對苜蓿的促生效果差于BsFm、BsGe處理（表1—2），這主要是由于枯草芽孢桿菌對真菌、細菌、病毒和菌原體等具有良好的抑制作用[50]，故與枯草芽孢桿菌結合的菌在生產性能和營養品質等方面表現較差，但是BmBs、BsFm、BsGe處理也高于CK，因為微生物有很大一部分具有活化養分的功能，它們能夠將難溶性的無機化合物或有機氮或者磷轉化為植物可直接吸收利用的有效養分，同時當這類功能性微生物衰老死亡后，體內貯存的養分釋放成為土壤有效養分[51]。

3.2 接種PSB和AMF對紫花苜蓿營養品質的影響

本研究中，接種菌處理的紫花苜蓿粗蛋白、磷含量均顯著高于CK（＜0.05），NDF和ADF均顯著小于CK（＜0.05）（表3）。雙接菌通過提高土壤生物有效磷濃度和改善營養物質循環來促進菌根的發展進而促進植物的生長，同時，通過改變土壤、植物有效磷濃度會影響植物光合作用進而影響生物固氮[52]，從而提高苜蓿粗蛋白含量。苜蓿營養品質的形成是紫花苜蓿生物量一種轉化，一般地上部分的生物量受光合作用的影響較大，通過光合作用累積生物量，而累積后較多的養分含量才能進一步的改善苜蓿品質。且AM真菌不僅能促進植物吸收養分同時還能明顯減少養分損失[53]，故使得植物體內部的蛋白含量在逐漸增加。在肥力較豐富的土壤環境，會促進植物生長發育，植物發育較好后植株體的木質化隨之降低，故NDF和ADF小于CK。

3.3 接種PSB和AMF對紫花苜蓿土壤磷含量的影響

本研究中，接種菌處理的紫花苜蓿土壤速效磷顯著高于CK，全磷和pH顯著低于CK（表1）。PSB和AMF能夠分泌有機酸，有機酸當中的H+使得土壤pH降低，其中有機酸能夠降解土壤中難溶性磷酸鹽，故使得全磷含量下降，速效磷含量增加[54]。同時，釋放出的酸性物質將土壤當中的難溶性磷溶解供給植物吸收利用，其本身還能夠分泌磷酸酶對有機磷進行降解消化[55]，另外有機酸還可以與磷酸根離子之間競爭磷吸附位點，減少土壤對磷酸根的吸附，溶解土壤中的磷酸鈣鹽，還可以使土壤對磷的吸附位點消失進而使得更多的有效磷釋放出來[56]。故添加菌能提高土壤有效磷含量，降低土壤全磷含量。新疆地區屬于鹽堿地，在盆栽種植條件下，不斷地澆水會使得土壤板結化嚴重，PSB在生長過程中分泌的大量有機酸能改善土壤理化結構[11,19]，使土壤疏松，非毛細管孔隙增加[57]，可以給予苜蓿一個更好生長的環境。PSB對其他作物的促進作用也有相似報道，在添加巨大芽孢桿菌對玉米（L.）生長的研究發現，接菌顯著改善土壤磷有效性[12]，且添加巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌對有機磷、無機磷具有降解效果，均能改善土壤當中的有效磷含量，但兩者解磷能力大小具有差異，巨大芽孢桿菌的解磷能力強于枯草芽孢桿菌[11]，而AMF不僅改善土壤理化性狀，還能通過促使土壤中的其他微生物繁殖，使這些微生物參與降解植物殘體[58]，微生物大量的繁殖及植物降解也能分泌大量的有效磷，及降低土壤全磷的含量。

3.4 隸屬函數分析評價不同組合的最優接菌模式

單接PSB或AMF與雙接PSB和AMF方式對紫花苜蓿的生長、營養品質和地下生物量的影響不同（表1—3），通過一個指標來評價最優接菌模式并不能全面說明不同接菌處理的優劣，而采用隸屬函數分析的方法能夠綜合多項指標來評價最優接菌模式[38]。本研究表明，按照不同施菌最優組合排序，滴灌苜蓿各茬次最優組合為BmFm處理（表5），說明當雙接種菌中PSB為巨大芽孢桿菌、AMF為摩西管柄囊霉，能夠更有效提高紫花苜蓿干草產量，溶解更多的土壤全磷，促進苜蓿植株對速效磷的吸收，并提高苜蓿的營養品質。同時，相同功能菌或不同功能菌對紫花苜蓿影響不同，只有選擇合適的接菌處理才能達到提高苜蓿生產性能，改善營養品質及土壤肥力等效果，并提高土壤有效磷。本研究發現，土壤速效磷與紫花苜蓿的生產性能和品質呈正相關，pH、全磷含量與紫花苜蓿的生產性能和品質呈負相關（表4），說明各菌通過改善土壤營養狀況，以及苜蓿根系情況來提高苜蓿生產性能。本文對不同菌對紫花苜蓿的促生長特性、解磷菌的解磷機理以及叢枝菌根真菌促生長等問題沒有涉及，在后續工作中尚需進一步的深入研究。

4 結論

在單接種解磷細菌條件下，接種巨大芽孢桿菌有利于促進紫花苜蓿生長及溶磷。在單接種叢枝菌根真菌條件下，接種摩西球囊霉有利于促進紫花苜蓿的主根長、地下生物量。枯草芽孢桿菌與其他菌種結合雖然會產生抑制作用，但對苜蓿的促生效果大于不接菌處理，仍具有一定的正向促進作用。采用隸屬函數法從紫花苜蓿生長、營養品質、地下生物量和土壤磷含量綜合評價，巨大芽孢桿菌與摩西管柄囊霉同時接種，對紫花苜蓿的生長發育和磷營養的改善效果最好，且優于單一接種，其促進作用的大小與解磷菌的種類有關。

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Effects of phosphorus-solubilizing bacteria and Arbuscular Mycorrhizal Fungi on production performance and root biomass of alfalfa

SUN YanMei, ZHANG QianBing, MIAO XiaoRong, LIU JunYing, YU Lei, MA ChunHui

(College of Animal Science & Technology, Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang)

【】Phosphorus-solubilizing bacteria (PSB) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play an important role in promoting nutrient uptake and increasing yield of crop. In order to explore the effects of PSB and AMF on growth and root biomass of alfalfa and to clarify the interaction between PSB and AMF, the mechanism of their effects on alfalfa growth were studied, so as to provide theoretical basis for alfalfa artificial cultivation and the development of high-efficiency compound microbial fertilizer.【】Single factor randomized block design was used in the experiment, and four kinds of bacteria were selected, including(Bm) and(Bs) with high phosphorus-solubilizing ability, and(Fm) and(Ge), which could coexist with alfalfa roots, and the two types of bacteria were double inoculated with BmBs, BmFm, BmGe, BsFm, BsGe, FmGe, and adding inactivated bacteria as a control (CK), respectively. A total of 11 treatments.. After inoculation of the bacteria, the hay yield, plant height, stem diameter, crude protein concentration, neutral detergent fiber, acid detergent fiber, phosphorus concentration, taproot length, root biomass of alfalfa were determined, and pH value, total phosphorus, available phosphorus concentration of soil were also analyzed. Then, the effects of single and double inoculation on alfalfa were evaluated by membership function analysis.【】The above-ground biomass, plant height, stem diameter, crude protein concentration, phosphorus concentration, taproot length, under-ground biomass, soil available phosphorus under inoculated bacteria treatments were significantly higher than that under CK (＜0.05), while neutral detergent fiber and acid detergent fiber of alfalfa, pH value and total phosphorus concentration under soil inoculated bacteria treatments were significantly lower than that under CK (＜0.05). Comparisons between inoculated bacteria and CK, above-ground biomass, plant height and stem diameter of alfalfa increased by 18.57%-24.49%, 8.59%-21.33% and 3.86%-9.54% under PSB in Bm and Bs treatments, respectively, and increased by 9.15%-27.35%, 2.51%-18.60 and 4.59%-8.58% under AMF in Fm and Ge treatments, respectively; BmBs, BmFm, BmGe, BsFm, BsGe, and FmGe treatments increased them by 7.66%-41.62%, 7.44%-34.56% and 5.58%-26.61%, respectively. The taproot length of alfalfa in single inoculated Fm and Ge treatments were significantly longer than those treated with Bm and Bs (＜0.05), but the differences between Fm and Ge, Bm and Bs treatments were not significant (＞0.05); under the mixed inoculation treatments, the FmGe was the largest and significantly larger than that under other inoculation treatments in the taproot length of alfalfa (＜0.05); BmBs treatments was the weakest. The correlation analysis showed that there was no significant negative correlation between acid detergent fiber concentration and stem diameter (＞0.05); The under-ground biomass had no significant positive correlation with alfalfa phosphorus (＞0.05), and no significant negative correlation with soil total phosphorus (＞0.05). The comprehensive assessment various indicator of alfalfa by a membership function analysis showed that BmFm＞BmGe＞FmGe, which were the top three treatments for alfalfa production performance.【】The effect of simultaneous inoculation of PSB and AMF on alfalfa plant growth and phosphorus nutrition was better than that of single inoculation of PSB or AMF, and the effect was related to the types of PSB and AMF. Considering the growth status, plant phosphorus nutrition and underground biomass of alfalfa, the effect of simultaneous inoculation of phosphorus-solubilizing bacteria was(Bm) and arbuscular mycorrhizal fungus was(Fm) on alfalfa growth and phosphorus nutrition were well improved, and the next was BmGe treatments.

alfalfa; phosphate-solubilizing bacteria; arbuscular mycorrhizal fungi (AMF); growth; nutritional quality

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.004

2019-01-29；

2019-04-08

國家自然科學基金（31660693）、中國博士后科學基金（2018T111120，2017M613252）、石河子大學青年創新人才培育計劃（CXRC201605）、兵團農業技術推廣專項（CZ0021）、國家牧草產業技術體系項目（CARS-34）

孫艷梅，E-mail：157372541@qq.com。

張前兵，E-mail：qbz102@163.com。通信作者馬春暉，E-mail：chunhuima@126.com

（責任編輯 楊鑫浩）