甘蔗與大豆間作的根際促生菌篩選及促生效應研究

卜俊瑤 Abdullah Khan 蔣雨珂 王梓軒

[摘 要] 為探究甘蔗與大豆間作過程對甘蔗和大豆光合作用量、生物量及根際微生物的影響，選擇中蔗1號與桂春豆9號進行甘蔗大豆間作、甘蔗單作、大豆單作3種種植模式試驗。結果表明，甘蔗與大豆間作模式對甘蔗的光合作用量、株高、葉長、根長度、根深度、根寬度及根際土C、N、P含量均有顯著影響，與大豆間作的甘蔗光合作用量、株高、葉長、根長度及根際土C、N、P含量分別提高了6.2%、5.4%、7.6%、48.5%和43%、17%、33%，并在間作的甘蔗根際土中培養出了產吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）量最高的菌種，IAA產量達0.704 mg/L。因此，甘蔗與大豆間作是一種可以有效增加產量且綠色的生產模式。

[關鍵詞] 甘蔗;大豆;間作;產量

[中圖分類號] S565.1;S566.1 [文獻標識碼] B [文章編號] 1674-7909（2020）01-92-4

甘蔗是我國重要的糖料作物，甘蔗的糖產量占全國總糖產量的90%以上。我國甘蔗種植面積約為160萬hm2，我國是世界上第三大甘蔗種植大國。但是，甘蔗幼苗期長，種植之間的行距相對于其他禾本科作物來說較寬，而且葉面積系數小，致使光能利用率低，導致我國的甘蔗栽培成本相比其他作物來說偏高。在有限的空間及成本下將大豆與甘蔗間作，可以提高甘蔗生物量及空間利用率[1]。間作是指同一田地上同時種植2種或2種以上生長季節相近或具有部分相同生育期的作物，這也是中國傳統農業栽培方法之一。豆科、禾本科作物間作因種間促進及生態位互補作用而在世界范圍內被廣泛應用[2]。本試驗在前人試驗研究的基礎上選用中蔗1號與桂春豆9號，在間作模式下探究其對甘蔗和大豆光合作用量、根際微生物及根際土C、N、P含量的影響，為甘蔗和大豆間作提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試甘蔗品種為中蔗1號，大豆品種為桂春豆9號。試驗用塑料盆，高45 cm，直徑30 cm。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗采用盆栽法。試驗于廣西大學溫室進行，種植時每株施用有機肥約500 g，其他時間不施肥。種植完成后每株灌溉約700 g水。試驗設甘蔗—大豆間作、大豆單作和甘蔗單作3個處理，每個處理5次重復，在間作處理區內甘蔗與大豆按照1∶2的比例栽種。

1.2.2 測定內容。①大豆種植后55 d左右，對甘蔗和大豆的株高、葉長進行測量，以了解大豆對甘蔗促生的外在表現情況。

②間作體系中甘蔗與大豆的光合作用，采用GFS—3000便攜式光合熒光測量系統測量。

③根際土C、N、P含量：N含量采用凱氏定氮法測定，P含量采用鉬銻抗比色法測定，C含量采用重鉻酸鉀—硫酸氧化法測定。

④甘蔗、大豆根分析：將新鮮采集的甘蔗、大豆根進行拍照，并采用Root Analyze軟件分析。

⑤篩選產吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）的菌種并計算IAA產量：將剛采集的新鮮根際土放于室溫下自然風干，取10 g風干土樣放入250 mL三角瓶中并加入90 mL滅菌水，放入30 ℃、150 r/min的搖床上振蕩20 min后取出靜置10 min[3]，取其上清液進行10倍遞減稀釋，稀釋度采用103～105，將稀釋液分別涂于牛肉膏蛋白胨平板上，培養條件為30 ℃、32 h，倒置培養[4]。挑取單菌落純化后接種于含有L-色氨酸（100 mg/L）的LB液體培養基中，32 ℃、180 r/min條件下搖床培養20 h。將篩選出的細菌制成菌液，采用SaLkowski比色法，并測量其OD530值，繪制IAA標準曲線，計算不同菌產IAA的能力，篩選出產量最高的菌株甘油管保存[5]。

1.3 數據處理及分析

采用Excel和GraphPad Prism 8軟件進行數據整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 間作對甘蔗與大豆株高、葉長的影響

甘蔗與大豆間作模式下甘蔗的株高、葉長明顯高于甘蔗單作，分別高出5.4%（見圖1）、7.6%（見圖2），可見甘蔗具有明顯的間作優勢[6]。甘蔗與大豆間作模式下大豆的株高、葉長分別低于大豆單作12.8%（見圖3）和7.0%（見圖4），可見間作模式下大豆表現出間作弱勢。

2.2 間作對甘蔗、大豆光合作用的影響

植物光合作用強度影響著植物生長繁殖速度，光合作用速率和光合產物形成最終影響作物產量和品質[7]。由圖5和圖6可知，在甘蔗、大豆生長期，間作模式下甘蔗光合作用高于甘蔗單作6.2%，間作模式下大豆光合作用高于大豆單作22.9%，表明甘蔗與大豆間作促進了雙方的光合作用，從而加速了甘蔗生長。

2.3 間作對甘蔗、大豆根際土C、N、P含量的影響

C、N、P含量會通過影響甘蔗大豆根際土中聯合固氮菌群落結構和固氮活性而影響甘蔗生物固氮效率[8]。因此，了解根際土C、N、P含量有利于探究甘蔗與大豆間作時的生長代謝情況。如圖7～9所示，間作甘蔗根際土的N、P、C含量分別高于單作甘蔗17%、33%、43%。如圖10～12所示，間作大豆根際土的N、P、C含量分別高于單作大豆22%、33%、27%。這結果表明甘蔗與大豆間作可以提高土壤C、N、P含量，從而提高土壤基礎肥力。

2.4 甘蔗大豆間作對甘蔗、大豆根系的影響

如圖13顯示，間作的甘蔗根長約長于單作甘蔗48.5%，根深約大于單作甘蔗51.7%，根寬約小于單作甘蔗22.9%;間作的大豆根長約短于單作大豆70.0%，根深約小于單作大豆88.0%，根寬約大于單作大豆20.8%。這表示間作模式下甘蔗根系比單作甘蔗更加壯碩，根系可吸收營養的面積更大，更有助于實現甘蔗高產。

3 討論與結論

前人對甘蔗與大豆間作已有許多研究，如李志賢指出甘蔗間作豆科作物和綠肥均能有效提高甘蔗的產量（11.3%～33.8%）和品質（錘度1.1%～18.5%），而甘蔗間作同時能實現對農田空間的有效使用和肥料的高效利用（“綠色農業”和“化肥零增長”）[9]。本試驗表明，間作處理下甘蔗的株高、葉長等均高于單作，但間作的大豆卻呈現弱勢，但總體來說間作還是表現出絕對優勢的體系[10]。

本試驗研究表明，間作的甘蔗、大豆光合作用均高于單作，從而使間作的甘蔗、大豆生長更加旺盛，而且間作的甘蔗、大豆的根際土中C、N、P含量也都大于單作，有效提高了土壤肥力，從而促進作物生長[11]。

IAA是植物生長素的一種[12]，IAA能促進植物細胞快速增長，還具有促進細胞分裂、分化和調節生根等生理功能[13]。在甘蔗、大豆的間作根際土中培養出了IAA產量最高的菌株，可說明間作模式為一部分有益微生物提供了更有利的生長環境，從而更好地促進植物生長繁殖[14]。

此外，間作的甘蔗根長、根深均大于單作，雖然根寬略小于單作，但總體來看，間作的甘蔗根系明顯強壯于單作甘蔗根系。這可能是因為大豆根部的根瘤菌等微生物的加入，促進了甘蔗對養分的吸收，使甘蔗長得更加強壯，但大豆反之，但總體來說，間作依然是優勢體系。

參考文獻

[1]楊建波.間作大豆對甘蔗生長及內生細菌、固氮細菌多樣性的效應[D].南寧：廣西大學，2014.

[2]肖相政，劉可星，廖宗文.生物有機肥對番茄青枯病的防效研究及機理初探[J].農業環境科學學報，2009（11）：2368-2373.

[3]邢芳芳，高明夫，胡兆平，等.1株高產IAA菌株的篩選、鑒定及對白菜的促生作用[J].江蘇農業科學，2016（10）：458-460.

[4]Chen H. A Study on GC-MS-SIM Method for Measuring Content of IAA in Plant Tissue[J].Journal of Beijing Forestry University，1991（3）：65-61.

[5]姚玉玲，王穎，王玉琴，等.矮生蒿草內生細菌溶磷、抑菌和產IAA能力的測定及鑒定[J].草地學報，2014（6）：1252-1257.

[6]敖俊華，江永，周文靈，等.甘蔗/大豆間作模式的生產力分析[J].廣東農業科學，2014（3）：29-32.

[7]郭建英.一種測試植物生長高度的實驗系統[J].科學之友，2008（18）：121-122.

[8]彭東海，楊建波，李健，等.間作大豆對甘蔗根際土壤細菌及固氮菌多樣性的影響[J].植物生態學報，2014（9）：959-969.

[9]李志賢，王建武，楊文亭，等.甘蔗/大豆間作減量施氮對甘蔗產量、品質及經濟效益的影響[J].應用生態學報，2011（3）：167-173.

[10]楊萍，李杰，張中凱，等.施氮對胡麻/大豆間作體系作物間作優勢及種間關系的影響[J].草業學報，2016（3）：181-190.

[11]劉秀梅，馮兆濱，張樹清，等.納米-亞微米級復合材料對褐潮土有機無機復合體含量及各粒級復合體中C、N、P含量與分布的影響[J].植物營養與肥料學報，2007（1）：57-63.

[12]Sachdev D P，Chaudhari H G，Kasture V M，et al. Isolation and characterization of indole acetic acid（IAA） producing Klebsiella pneumoniae strains from rhizosphere of wheat（Triticum aestivum） and their effect on plant growth[J].Indian Journal of Experimental Biology，2009（12）：993-1000.

[13]Zhang D Y，Liu Y，Yue W U，et al. Isolation and identification of IAA-producing strains from peanut rhizosphere and its promoting effects on peanut growth[J].Chinese Journal of Oil Crop Sciences，2016（1）：104.

[14]石杰.利用紫花苜蓿和根際有益微生物修復庫區低肥力土壤的可行性研究[D].重慶：西南大學，2009.