航天搭載硅鏈霉菌的分離鑒定及對伽師瓜產量、品質、土壤質量的影響

汪亞潔，王曉樺*，唐天成

新疆山川秀麗生物有限公司，烏魯木齊 830011

土地資源是農業發展不可替代的基礎性資源，也是保持生態環境穩定的關鍵因素。受氣候、經濟壓力和土壤資源本底條件的影響，新疆綠洲生態環境極為脆弱。同時長期以來農民為追求經濟效益過量施用化肥、連年重茬等不合理地人為管理措施導致土壤板結、耕地退化、次生鹽漬化等問題，對新疆作物高產穩產形成了潛在威脅，這也是阻礙農業生產持續發展的主要瓶頸之一[1-3]。近年來，為落實中央農村工作會議和中央一號文件要求，強化綠色引領，聚焦重點發力，扎實推進化肥減量增效，促進農業可持續發展。開展化肥使用量零增長行動，集成推廣生物有機肥替代部分化肥的生產技術模式，對深入推進化肥減量增效工作，全面推動農業高質量發展、綠色發展有重要意義[4-5]。硅鏈霉菌Streptomyces silaceus 是生物有機肥中非常重要的一類肥料，它具有促進土壤有機物質分解礦化，改善土壤結構、促進植物生長、提高作物抗病、抗逆能力的多重作用[6]。本研究通過神舟九號飛船搭載硅鏈霉菌菌肥進行誘變，誘變菌株耐受pH 范圍更廣、抗逆性更強，制備太空生物有機肥并應用于伽師瓜生產，驗證其對伽師瓜產量和品質的效果，旨在為區域內土壤肥力保育、化肥減量增效提供技術支撐，對于促進和保障農業可持續發展有重要的現實意義。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 分離鑒定菌株

搭載神舟九號航天飛船的菌肥返回地面后，由中國科學院微生物應用研究所保藏中心保藏，對搭載菌肥進行菌株分離鑒定工作。分離鑒定用的培養基采用高氏一號培養基。

1.1.2 試驗地概況

大田實驗于2018年4月-2018年8月，在伽師縣和夏阿瓦提鄉（N39°35′21.51′′，E77°21′34.15′′）進行，前茬作物為伽師瓜，三年平均產量2822 kg/hm2。試驗地海拔1188 m，屬于典型的暖溫帶內陸干燥氣候，光照充足，熱量豐富，溫差大，年平均降雨量64.6 mm，年均蒸發量2066 mm，年平均氣溫11.8℃，全年日照時數為2 922.4 h，無霜期平均在231 d。土壤質地沙壤土，肥力中等。土壤養分情況：有機質11.4 g/kg、速效磷15.8 mg/kg、速效鉀143 mg/kg、堿解氮63 mg/kg、pH 值8.26。

1.1.3 供試肥料

試驗選用的生物有機肥由本地推廣應用較多的4 家生產廠家提供，其中某A 公司提供的生物有機肥A（N-P2O5-K2O 為2.11-2.55-1.67，有效活菌數為1.34 億/g，有機質為60%）；新疆山川秀麗生物有限公司提供的太空生物有機肥B（NP2O5-K2O 為2.51-2.23-1.54，有效活菌數為2.12億/g，有機質為54%，即誘變菌株制備所得）；某C 公司提供的生物有機肥C(N-P2O5-K2O 為1.91-2.43-1.71，有效活菌數為0.52 億/g，有機質為46%）；某D 公司提供的生物有機肥D（N-P2O5-K2O 為2.51-2.23-1.54，有效活菌數為0.22 億/g，有機質為50%）。

1.2 試驗設計

試驗采用當地主栽品種：卡拉庫賽。通過前期生物有機肥合理施用技術研究試驗，得出生物有機肥在伽師瓜上的合理施用量為1800 kg/hm2。在此基礎選用了4 家生產廠家提供的生物有機肥，共設5 個處理，每個處理3 次重復，共計15 個試驗小區，小區長15 m，寬2.8 m，小區面積42 m2。試驗區田間管理與當地伽師瓜管理一致。

CK 處理：常規施肥，當地傳統施肥習慣。（基肥磷酸二銨900 kg/hm2，追肥尿素150 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2)；

T1：在CK 處理基礎上，施用1800 kg/hm2生物有機肥A，尿素減量120 kg/hm2；

T2：在CK 處理基礎上，施用1800 kg/hm2太空生物有機肥B，尿素減量120 kg/hm2；

T3：在CK 處理基礎上，施用1800 kg/hm2生物有機肥C，尿素減量120 kg/hm2；

T4：在CK 處理基礎上，施用1800 kg/hm2生物有機肥D，尿素減量120 kg/hm2；

生物有機肥施用方式為：在第一次灌水前，根部附近開溝一次性施用。

1.3 試驗方法

1.3.1 形態特征觀察

將搭載誘變菌種和CK 菌種樣品分別制成不同稀釋倍數的懸液，分別涂布于高氏一號培養基上，置于28℃培養，經過4 d、14 d 后，在40倍光學顯微鏡下、3000 倍、10000 倍、15000 倍電子顯微鏡下分別觀察菌株的形態特征。

1.3.2 土壤理化性質的測定

分別于施肥前（2018 年3 月28 日）、收獲后（2018 年9 月22 日）采集各處理土壤樣品，風干處理后用于測定土壤理化性質[7]。有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用火焰光度法測定；土壤pH 采用電位法測定。

1.3.3 伽師瓜產量、品質的測定

伽師瓜成熟后，按照測產要求測定單瓜重，并折算產量。

伽師瓜品質的測定[8]：可溶性糖采用酮蒽法測定；可溶性固形物含量采用ATAGO-數顯測糖儀測定；可滴定酸含量采用NaOH 滴定法測定；維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定。

1.4 統計分析

數據采用Excel 2010 整理。

2 結果與分析

2.1 表觀鑒定

2.1.1 菌體電子顯微鏡觀察表觀特征

搭載誘變菌株和CK 菌株經高氏一號培養基14 d 的培養后，采用電子顯微鏡觀察形態特征，結果顯示：在3000 倍、10000 倍、15000 倍電鏡下分別觀察到搭載誘變菌株和CK 菌株的培養，基絲均為米白色，氣絲為淡黃色，孢子為白色，二者螺旋狀孢子絲特征基本一致。

圖1 3000倍電鏡下菌絲形態

圖2 10000倍電鏡下孢子絲形態

圖3 15000倍電鏡下孢子絲形態

2.1.2 生長速率

對兩個菌株的生長速率進行培養觀察和對比，結果顯示：搭載誘變菌株和CK 菌株分別在高氏一號培養基上培養4 d 后，可以觀察到搭載誘變菌株的生長速率快，明顯高于CK 株。

圖4 菌株培養4 d生長情況

2.2 不同生物有機肥對伽師瓜產量、品質及土壤質量的對比試驗

2.2.1 各處理對伽師瓜瓜地土壤質量的影響

表1 所示，各處理下伽師瓜瓜地的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀殘留量均低于施肥前含量，各化肥減量增施生物有機肥處理與常規施肥CK 比較，各處理均低于CK。各化肥減量增施生物有機肥處理下土壤堿解氮較試驗前降低幅度為7.94%～14.28%，與CK 比較，T2 處理土壤堿解氮殘留量減少最顯著，為6.90%；T1、T3、T4 處理減少不顯著，分別為1.72%、1.72%、3.45%。各處理下速效鉀殘留量方面，T2 處理速效鉀殘留量減少最顯著，各化肥減量增施生物有機肥處理與常規施肥CK 比較，T2、T4、T3減少幅度均高于CK，分別降低了5.04%、5.04%、3.60%，而T1 處理速效鉀殘留量略高于CK，但不顯著。各處理土壤有效磷殘留量均低于施肥前，且化肥減量增施生物有機肥處理與CK 相比有效磷殘留量減少幅度在0.64%～1.91%，差異不顯著。土壤有機質含量方面，各處理下的有機質含量均高于施肥前，表現出T2>T1>T3=T4>CK，與CK 相 比，T2 處理增幅最顯著，為6.31%。T2 處理土壤pH 值較CK 降低了0.06 個單位，而T3、T4 和T1 處理土壤pH 值較CK 有所降低，但不顯著。

表1 各處理對土壤養分變化分析表

2.2.2 各處理對伽師瓜產量的影響

表2 所示，各處理可增加伽師瓜的產量，T1、T2、T3、T4 較CK分別平均增產3849 kg/hm2、6728 kg/hm2、254 kg/hm2、909 kg/hm2，各處理對伽師瓜產量的影響有所差異，表現出T2>T1>T3>T4>CK。T2 處理與CK 相比增加最顯著，增產率達16.24%，而T4、T3 處理與CK 相比無顯著性增加，增產率僅為2.19%、6.15%。T2 處理對伽師瓜的增產作用優于T1、T3、T4、CK 各處理。

表2 各處理對伽師瓜產量對比試驗結果分析表

2.2.3 各處理對伽師瓜品質的影響

表3 所示，各處理可改善伽師瓜的品質。各化肥減量配施生物有機肥處理下伽師瓜的可溶性固形物含量均高于CK，即T2>T3>T1>T4>CK，其中T2 處理含量最高，為11.07%，比CK 顯著提高了16.53%，其次為T3、T1 處理，分別比CK 顯著提高了14.00%、10.53%，而T4 處理與CK 相比，增加的不顯著；而各化肥減量配施生物有機肥處理下伽師瓜的可滴定酸度較CK 相比有所改善，但差異不顯著；伽師瓜維生素C 方面，表現出T2 處理含量最高，為21.92 mg/100 g，比CK顯著提高了11.95%，而T1、T3 和T4 處理較CK 分別提高了2.24%、2.71%、1.38%，但差異不顯著；T2 處理下固酸比較CK 顯著提高24.86%，固酸比最高，其次為T1、T3、CK、T4；各化肥減量配施生物有機肥處理下伽師瓜的折光邊糖、折光心糖均高于CK，T3 處理的折光邊糖、折光邊糖最高，且T3>T2>T1>T4>CK，T2、T1、T4、CK 間的差異不顯著。

表3 各處理對伽師瓜品質對比試驗結果分析表

3 討論與結論

地球上的生物總是處于一定的重力環境之中，重力環境的改變會影響微生物的生長、發育和繁殖過程，而空間環境中，微生物處于微重力狀態，空間各條件下，如宇宙射線、交變磁場、微重力、高真空等多重復雜環境因素會對微生物生長、繁殖產生一定的影響。通過對搭載誘變菌株和CK 菌株形態觀察發現，搭載誘變菌株和CK 菌株形態基本一致，無顯著差異；但生長速率方面，搭載誘變菌株的生長速率明顯高于CK菌株。Klaus 等[9]研究大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等，發現與地面重力條件下的細菌生長過程相比，生長速度明顯加快；王佳平等[10]研究模擬微重力可導致白色念珠菌靜止期縮短，對數期提前，生長速度明顯加快，與本研究結果相似。

長期以來，老百姓主要以常規施肥模式，大量施用化肥為主，達到作物增產的目的。但是過量的施用化肥，一方面會使作物品質降低，肥料利用率低下，另一方面，會使土壤中殘留養分過多積累，造成土壤養分失衡，破壞土壤質量狀況，最終影響作物的產量和品質[11-13]。淦靜怡等[14]研究結果表明，生物有機肥的合理施用會使甜瓜產量增產。本研究中減量化肥配施不同生物有機肥的各處理與常規施肥（CK）相比，能有效減少殘留在土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀，同時提高土壤有機質含量，改善土壤質量狀況。而T2 處理中采用的生物有機肥，核心菌種是經過太空搭載誘變的具有抗逆性強，生長速度快的硅鏈霉菌菌株，用該菌株生產太空生物有機肥。硅鏈霉菌具有微生物能解離土壤中的氮、磷、鉀養分功能，減少了土壤中殘留養分，還可以將養分供給作物生長，這或許也是引起作物產量增加的原因[15-16]。

本研究還表明，施入磷酸二銨1200 kg/hm2，追肥尿素30 kg/hm2，太空生物有機肥1800 kg/hm2情況下，伽師瓜的產量和品質都高于常規施肥，表現最優。這可能是由于生物機肥除了含有較高的有機質、氮、磷、鉀養分，還含有多種微生物菌種，能改良土壤促進被土壤固定養分的釋放，為作物提供所需的養分。

合理的化肥減量配施生物有機肥，可降低化學肥料的投入量，提高肥料的利用率，節約成本；同時，還能提高土壤有機質含量，改善土壤質量結構，減少土壤中營養元素的殘留，供給作物生長所需，提高伽師瓜產量并改善品質。