三種芽孢桿菌菌劑對烤煙育苗效果的影響

肖雨沁， 雷曉， 張明金， 張遠蓋， 唐珊，姬鴻飛， 王川， 馬翠玲， 景延秋

（1.河南農業大學煙草學院，鄭州 450001；2.四川省煙草公司瀘州市公司，四川 瀘州 646000）

煙草是我國重要的經濟作物，而育苗是煙草生產的必要環節之一，能否培育壯苗直接影響烤煙的產量與品質。在川南植煙地區，煙農每年均按照生產章程進行育苗，在育苗方法上少有創新，大幅度改變育苗方式需要一定時間的過渡，且烤煙的品質和產量無法得到保障。評價壯苗的關鍵指標是在成苗期煙草是否擁有發達的根系。目前，在實際生產中從基質上改良漂浮育苗營養液的配置是有效提高煙草幼苗期根系發育狀況的手段之一。研究表明，在烤煙漂浮育苗和栽培中應用微生物菌肥，有利于提高發芽率和成苗素質［1］；施用微生物菌劑對烤煙不同時期的農藝性狀（如葉面積指數和最大葉面積）具有不同程度的促進作用［2］，還能夠有效促進煙草的生長發育［3］，對根系發育也具有一定的促進作用。

側孢芽孢桿菌（Brevibacillus laterosporus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）和地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）均屬于微生物菌劑，是芽孢桿菌屬中具有生防應用價值的拮抗細菌。芽孢桿菌能改良土壤，使土壤肥力、微生物活性及種群結構得到明顯改善，同時促進農作物根系生長發育，增強農作物的抗病能力［4］。

抗氧化酶是防御氧化物和自由基損害的酶，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）等。陳曉晶等［5］通過對燕麥根系進行鹽脅迫發現，抗氧化酶活性的高低是體現植物抗逆性的重要指標。王宇辰等［6］發現，可溶性蛋白（soluble proteins，SP）是煙草根系細胞中重要的滲透調節物質，對維持細胞膨壓、保持抗氧化酶活性具有重要作用。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是細胞膜脂質過氧化作用的產物，其含量的高低反映了植物遭受逆境傷害的程度［7］。目前，國內外對烤煙移栽后根系發育的生理特性進行了大量研究，但對微生物菌劑在煙草幼苗期根系發育和抗氧化酶活性影響的研究較少，且后期移栽之后對烤煙品質的跟進尚未見報道。因此，本研究通過研究3種微生物菌劑對煙草幼苗根系發育的影響，發掘在實際煙草漂浮育苗效果最佳的微生物菌類，旨在促進煙草幼苗根系發育、提高根系活力，為培育壯苗及提升煙葉品質奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2020年2—9月在四川省瀘州市古藺縣大寨苗族鄉大寨煙站（海拔1 156 m；E 105.65°，N 28.13°）進行。試驗地點氣象概況：2—4月，煙草育苗棚內溫濕度平均值分別為26.5℃和87%；4月中旬移栽后，天氣以陰到多云為主，平均氣溫16～20℃；5—9月，氣溫逐漸升高，降雨量豐富，光照充足。試驗地土壤理化性狀：苗床期，1～5 mm基質粒徑＞40%；容重0.15～0.35 mg·cm-3；總孔隙度70%～95%；電導率800 μS·cm-1；pH 5.0～6.8。移栽后土壤pH 6.45，有機質含量處于中等水平，全氮1.80 g·kg-1，土壤堿解氮含量較豐富，速效磷36.60 mg·kg-1，速效鉀 275.40 mg·kg-1。

以當地主栽品種中川208為供試材料。按照當地優質煙葉技術規范，進行育苗和栽培管理。要求試驗煙苗健壯、無病蟲害，且長勢基本一致。漂浮育苗過程中的營養液為瀘州市煙草公司統一發放的煙草育苗專用肥配制，含有煙苗生長所需要的氮、磷、鉀、鐵、銅、硼、鋅和鉬等營養元素（N+P2O6+K2O≥50%）。

1.2 處理設計

在育苗期間分別設置單因素處理：不添加微生物菌劑（CK）和添加側孢芽孢桿菌（A）、枯草芽孢桿菌（B）、地衣芽孢桿菌（C），共4個處理，3種微生物菌劑的活菌數均大于100億·g-1。每處理3次重復，共12個小區。小區間利用黑膜將煙苗隔開。每小區四盤煙苗，每盤為160孔膨化聚苯乙烯漂盤，育苗盤規格為：57 cm×36 cm×6 cm，小區長×寬為：228 cm×144 cm，煙苗行距和株距均為3 cm左右。

微生物菌劑于出苗后，待煙苗長到小十字期時第1次施用。將3種微生物菌劑分別稀釋至濃度為1.5 g·L-1（每小區菌劑施加量為7.5 g，以5 L清水混勻）加入育苗營養液中。間隔10 d左右第2次施用，稀釋倍數（1.5 g·L-1）同第1次，施用方式為葉面噴施。于出苗后第50天觀察煙苗的生長發育狀況，并記錄其生長勢。各小區選擇有代表性的煙苗10株，記錄不同處理煙苗的整株鮮重、株高、莖圍、節距、最大葉長、最大葉寬、葉片數及根系主要指標最長根長度、根鮮重、根表面積、根體積、及根系活力，煙苗根系生理指標的測定主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白（SP）含量。

1.3 測定方法

1.3.1 煙草幼苗農藝性狀和根系指標的測定 于出苗后第50天進行取樣。其中，煙苗農藝性狀參照中國煙草行業標準YC/T142-2010［8］進行測定；根表面積和根體積使用甲烯藍法［9］測定；根系活力使用氯化三苯基四氮唑還原法［10］（TTC法）測定。

1.3.2 酶活性及相關指標的測定 每個小區選擇有代表性的煙苗10株，于取樣當天（出苗后第50天）測定根系抗氧化酶活性。其中，SOD活性采用氮藍四唑光化還原法［11］測定；POD活性采用愈創木酚比色法［12］測定；CAT活性采用紫外吸收法［13］測定。MDA含量采用硫代巴比妥酸法［14］測定；SP含量采用考馬斯亮藍G-250法［15］測定。

1.3.3 烤后煙葉常規化學成分檢測 取烤后煙葉C3F，使用近紅外光譜儀（MATRIX-1）進行常規化學成分定量分析［16］。

1.4 數據處理

采用Excel 2019和SPSS 20.0進行數據整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 微生物菌劑對烤煙幼苗農藝性狀及根系生長勢的影響

由表1可知，施用微生物菌劑后，幼苗整株鮮重較CK顯著提高，且A處理又顯著高于B和C處理。微生物菌劑對煙草幼苗株高作用顯著，但3種菌劑間差異不顯著。A處理幼苗的莖圍和節距顯著高于CK和B、C處理。A處理幼苗的最大葉長值較高，B處理幼苗的最大葉寬較高，但A、B處理間差異不顯著。各處理幼苗的葉片數無顯著差異。綜上所述，側孢芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌對烤煙幼苗各項農藝指標有顯著增效作用，且側孢芽孢桿菌的效果最優。對根系進行分析，結果（表2）表明，A、B處理幼苗的單株根鮮重與CK無顯著差異，而C處理顯著低于CK。各處理幼苗的最長根長差異不顯著。A處理幼苗的根表面積顯著大于CK。A、B處理幼苗的根體積較CK顯著增加，且A處理又顯著高于B處理。綜上所述，施用側孢芽孢桿菌對烤煙幼苗根系發育具有顯著促進作用，其幼苗根鮮重、最長根長度、根表面積和根體積均顯著增加。

表1 不同處理烤煙幼苗的農藝性狀及根系指標Table 1 Agronomic traits and root index of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.2 對烤煙幼苗根系活力的影響

由圖1可知，A處理幼苗的根系活力顯著高于CK和B、C處理；而B、C處理幼苗的根系活力與CK差異不顯著。與CK相比，A處理幼苗的根系活力提高了62.26%；B、C處理分別提高了14.33%和5.81%。綜上所述，施用側孢芽孢桿菌促進了烤煙幼苗的根系發育，提高了幼苗的抗逆性，從而增強了根系活力。

圖1 不同處理下烤煙幼苗的根系活力Fig.1 Root activities of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.3 對烤煙幼苗根系超氧化物歧化酶活性的影響

由圖2可知，A、B處理幼苗根系中SOD活性顯著高于CK和A處理；C處理幼苗根系中SOD活性與CK間無顯著差異。由此表明，施用側胞芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌可提高煙草幼苗根系中SOD活性。

圖2 不同處理下煙草幼苗根系的超氧化物歧化酶活性Fig.2 SOD activities in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.4 對烤煙幼苗根系過氧化物酶活性的影響

由圖3可知，A、B、C處理幼苗根系中POD活性顯著高于CK，而3種菌劑間差異不明顯；其中，A處理烤煙幼苗根系中POD活性最高，為2.328 U·g-1·min-1。由此表明，施用微生物菌劑可能增加了漂浮育苗基質的微生物活躍水平，使得根呼吸作用增強，從而促進了根系生長發育，POD活性提高。

圖3 不同處理下煙草幼苗根系的過氧化物酶活性Fig.3 POD activities in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.5 對烤煙幼苗根系過氧化氫酶活性的影響

由圖4可知，A、B處理幼苗根系的CAT活性顯著高于CK和C處理，而C處理與CK間差異不顯著，A處理根系CAT活性又顯著高于B處理；即各處理幼苗根系CAT活性表現為：A＞B＞C、CK。其中，施用側胞芽孢桿菌后，幼苗根系CAT活性最高，較CK提高57%；施用枯草芽孢桿菌后較CK提高31%。

圖4 不同處理下煙草幼苗根系的過氧化氫酶活性Fig.4 CAT activities in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.6 對烤煙幼苗根系丙二醛含量的影響

由圖5可知，A、B處理幼苗根系中MDA的含量顯著低于CK和C處理，而C處理與CK之間差異不顯著，A處理又顯著低于B處理。A、B處理幼苗根系的MDA含量較CK分別降低了57%和32%。由于逆境脅迫下，會導致植株體內MDA積累量增加，加重膜系統遭受活性氧毒害的程度［17］，而施用微生物菌劑A和B很大程度上地提高了烤煙幼苗的抗逆性，促進了根系發育，使得根系中MDA含量顯著降低。

圖5 不同處理下煙草幼苗根系的丙二醛含量Fig.5 MDA contents in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.7 對烤煙幼苗根系可溶性蛋白含量的影響

由圖6可知，A處理幼苗根系中可溶性蛋白含量顯著高于CK，而B、C處理與CK之間差異不顯著。與CK相比，A處理使幼苗根系中可溶性蛋白含量增加14.8%，B和C處理略微增加。可溶性蛋白的親水性較強，能增加細胞的保水能力，從而提高植物的抗逆性［18］。施用側胞芽孢桿菌促進了烤煙幼苗根系的發育，提高了幼苗的抗逆性，使得可溶性蛋白含量上升。

圖6 不同處理下煙草幼苗根系的可溶性蛋白含量Fig.6 SP contents in roots of flue-cured tobacco seedlings under different treatments

2.8 微生物菌劑育苗對烤后煙葉常規化學成分的影響

由表2可知，煙葉中還原糖含量為17.0%～28.0%，鉀含量均大于2.0%；氯含量較低，為0.2%～0.4%；煙堿含量1.8%～3.0%，符合優質煙葉標準；總糖含量16%～28%，其中，C處理總糖含量較低；總氮含量1.4%～2.2%，均符合優質煙葉標準；糖堿比8.5～13.5；氮堿比0.7～1.0，鉀氯比均大于4。不同處理進行比較，B處理煙葉中還原糖含量最高，C處理煙葉中還原糖含量最低，且B、C處理與CK差異顯著；A、B、C處理煙葉中鉀含量顯著低于CK，其中A處理的降幅最小，為12.07%；A處理煙葉中氯含量顯著高于CK，B、C處理煙葉的氯含量顯著低于CK；A處理煙葉中煙堿含量顯著高于CK，B、C處理與CK差異不顯著；各處理煙葉中總糖含量均存在顯著差異，表現為：B＞A＞CK＞C；A處理煙葉中總氮含量顯著高于CK和B、C處理。綜上所述，施用側胞芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的煙葉品質更優，其中施用側胞芽孢桿菌后煙葉化學成分含量較CK顯著提高。

表2 不同處理中部烤后煙葉的化學常規成分Table 2 Chemical components of central tobacco leaves under different treatments

2.9 微生物菌劑育苗對烤煙產值產量的影響

由表3可以看出，施用微生物菌劑處理的產量均高于CK。其中，A處理較CK增產35%；B和C處理較CK分別增加了30.2%和17.8%。且A、B、C處理的產值和均價也高于CK。其中，A處理的上等煙比例較高，較CK增加了24.3個百分點；中上等煙比例較CK增加16.4個百分點，因此，A處理的產值最高。由此表明，在苗期施用側胞芽孢桿菌能顯著提升中、上等煙比例，從而增加煙葉產值。

表3 不同處理烤煙的產值和產量Table 3 Output value and yield of flue-cured tobacco under different treatments

3 討論

瀘州煙區位于云、貴、川、渝交界處，大部分種植區處于山地煙和中海拔地域，因此煙地不同的土壤環境成為影響煙葉品質的主要因素之一［19］。微生物能將土壤有機質分解轉化成腐殖質，即將土壤中難吸收的大分子物質轉化分解為可被植物吸收的小分子物質，還可以分泌大量幾丁質酶，阻止有害菌群侵入，防止病蟲害的發生，從而促進煙草根系生長。本研究發現，苗期施用微生物菌劑后，烤煙幼苗的農藝性狀和根系生長勢明顯提高，根系活力也得到了極大地提升，根系中抗氧化酶活性顯著增強，丙二醛含量顯著降低，可溶性蛋白含量增加，且烤制后煙葉的化學成分更加協調。

由于基質和土壤中的大量元素無法被植物直接吸收，需經過微生物的分解轉化釋放成為有效元素才能被植物吸收。因此，施用微生物菌劑能改善煙草根際微生態環境，從而提升煙葉品質，是優質煙葉生產的有效栽培措施之一［20-21］。本研究發現，微生物菌劑對烤煙幼苗根系的生長發育有極大地促進作用，可能是因為微生物改善了烤煙育苗基質的微生態環境，從而影響了烤煙苗期根際微生物狀態，但仍需進一步研究。

根系活力是反映植物根系生長狀況最直接的指標之一。沈杰等［22］發現，育苗基質中添加10%的EM菌肥可顯著提高煙株幼苗的根系活力，促進細根生長，增加幼苗干物質積累，增強幼苗抗逆性。本研究發現，苗床期施用微生物菌劑能大幅度提高烤煙幼苗的根系活力，且不同菌劑的效果存在一定差異。其中，施用側孢芽孢桿菌對根系活力的增效作用最顯著。

抗氧化酶是植物體內保護性酶，其活性的高低是植物抗逆水平的直接反映［23］。在漂浮育苗生產中，溫度的影響煙苗發育的重要因素之一，苗床期氣溫多變極易引發煙苗根系問題［24］。施用微生物菌劑增強了烤煙幼苗的根系活力，提高了根系中SOD、POD、CAT活性，一定程度上提高了烤煙幼苗的抗逆能力。丙二醛含量反映了膜脂過氧化的程度［25］，微生物菌劑處理后，幼苗根系中MDA含量顯著降低，這可能是由于抗氧化酶活性的增強清除了更多的自由基，使得丙二醛含量急劇下降。可溶性蛋白含量高低反映了植物細胞的保水狀態，施用微生物菌劑后，可溶性蛋白含量增加，表明烤煙幼苗根系的保水能力變強，根系生長發育狀況呈正向發展。

微生物菌劑提高了烤煙幼苗的抗逆性，增強烤煙幼苗的保護性酶活性，增加根系的保水能力，從而促進幼苗根系的生長發育，有利于形成壯苗；為后期煙葉的高產和優質奠定了良好的基礎。因此，在瀘州煙區實際生產中，推薦將向煙草漂浮育苗營養液中添加側孢芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌作為烤煙育苗時期促進根系生長發育的調控手段，促進煙苗根系發育，培育壯苗。