根瘤菌接種方式對復播大豆生長發育的影響

吳 樹，徐 玥，胥雅馨，黃興軍，吳全忠，陳國棟，翟云龍

(1.塔里木大學農學院，新疆阿拉爾 843300；2.北大荒集團黑龍江泰來農場有限公司，黑龍江齊齊哈爾 162414)

0 引 言

【研究意義】大豆屬于群體產量作物[1]，是我國重要的油料作物和高蛋白、高脂肪糧飼兼用作物，具有與根瘤菌共生固氮的能力[2,3]。大豆與根瘤菌建立的共生關系，是農業生產中大豆生長所需氮素營養的有效補充[4]。大豆生長所需氮素營養58.7%來自根瘤固氮，39.8%來自于土壤氮[5]。在大豆-根瘤共生體系中大豆根瘤菌通過與大豆植株的相互識別，并形成根瘤，侵染其根部，可從大豆植株吸收養分供自身生長，并以此作為功能結構為大豆提供氮素營養，在培肥地力的同時也能提高大豆產量進而降低大豆生產成本[6-9]。改善了大豆的營養平衡[10]。目前，對豆科植物的共生固氮利用空間還很大[11]。增加大豆共生固氮在農業生產中的應用具有重要意義。在根瘤菌的應用過程中接種方式是非常重要的環節，種植豆科植物必須接種與之相匹配的根瘤菌，在不同地區和生產模式下選擇不同的接種方式才能獲得相對穩定的效果[12,13]。常用接種方式有3種(拌種、種肥、滴施)，每種接種方式對根瘤菌接種效果影響不同，篩選出高效菌株及最佳接種方式對大豆生產至關重要[14]。【前人研究進展】不同地區和生產模式下選擇合適的接種方式才能獲得穩定效果[15]。不同接種方式對根瘤菌占瘤率和接種效果均有較大影響[16]。接種方式一直是根瘤菌應用過程中的關鍵環節，不同接種方式對根瘤菌接種效果影響不同[17]。以拌種的方式接種NM353的間作蠶豆地上部氮素積累量最高，蠶豆結瘤數、瘤重、固氮比例和固氮量均高于試驗中其他3種方式接種的根瘤菌[18,19]。施用固氮菌肥可明顯促進黃芪株高、根長、地上地下干物質的生長[20]。滴施接種根瘤菌可提高根瘤菌的定殖、結瘤和固氮能力[21]。篩選出具有競爭能力強及固氮能力好的優良根瘤菌和與之匹配的大豆品種，對于發揮生物固氮作用十分重要[22]。【本研究切入點】我國各地的土壤條件和大豆品種千差萬別，制約根瘤菌應用于大豆產量提高的障礙性因子是根瘤菌與大豆品種匹配性問題[23]。目前新疆復播大豆的研究多集中在北疆伊犁河谷地區，對南疆研究較少。需研究根瘤菌接種方式對復播大豆生長發育的影響。篩選出適宜新疆南疆復播大豆生長及產量最佳的接種方式及根瘤菌。【擬解決的關鍵問題】研究不同接種方式對大豆農藝性狀、光合特性及產量的影響，篩選出最適宜大豆品種綏農35的接種方式，為新疆南疆復播大豆生產實踐中根瘤菌劑的應用提供菌株材料和接種方案。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年6～10月在新疆阿拉爾市塔里木大學農學試驗站進行，復播大豆前茬作物為冬小麥(9月～翌年6月)，試驗地E 80°30′～81°58′，N 40°22′～40°57′，屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，日平均氣溫≥10℃，無霜期為220 d，年均日照256.3～2 991.8 h，太陽輻射年均133.7～146.3 kcal/cm2，地表水分蒸發強烈，年平均降水量為50 mm左右，降水稀少。

供試大豆品種為綏農35，生育期118.6 d左右，屬高油大豆品種，無限結莢習性，籽粒橢圓形，屬大粒種，種皮黃色，種臍淺黃色，無光澤。

供試根瘤菌為SMH12、T6、SN7-2，由華中農業大學提供，分離自阿拉爾墾區鹽堿地土著根瘤菌，濃度為2.0×108活菌/mL。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用裂區試驗設計，主區為接種方式：拌種、種肥、滴施；副區為接種根瘤菌：不接種根瘤菌(CK)、接種根瘤菌SMH12、T6和SN7-2。每試驗小區根瘤菌劑用量2 mL。3次重復，小區面積4.5 m×2 m，總面積9 m2。種植模式采用40 cm等行距條播，密度2.5×105株/hm2。拌種：將根瘤菌液加水與種子充分混和攪拌，對照為等量清水拌種，攪拌均勻后平攤于陰涼通風處至干燥，當天播種完畢。種肥：根瘤菌液由草炭吸附，制成固體顆粒，人工點種前作種肥施于種子下方，當天施肥當天播種，對照為施入等量草炭。滴施：于大豆一節期(V1)，將根瘤菌液加水攪拌均勻，隨水滴施入大豆根系處，對照為滴施等量清水。試驗于2020年6月24日人工點播，2020年10月8日收獲。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 農藝性狀

在每個小區選取長勢均勻，連續取5株具有代表性的植株，于大豆完熟期(R8)考種，記錄株高、莖粗、主莖節數。

1.2.2.2 葉面積指數與光合勢

于大豆四節期(V4)、盛花期(R2)、盛莢期(R4)、鼓粒期(R6)、完熟期(R8)時用Li-6400光合儀于晴天12:00～14:00測定倒三葉中間小葉的胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)。在各處理小區選取4株植株，采用ImageJ軟件測算葉面積，并計算出葉面積指數(LAI)及光合勢(LAD)。

1.2.2.3 大豆產量及構成

于大豆完熟期(R8)每個小區取中間2行1 m行長實收計產，取其中長勢均勻一致的大豆10株進行室內考種，考種指標為單株粒重、單株莢數、單株粒數和百粒重。

1.3 數據處理

采用MicrosoftExcel2016數據分析軟件進行數據整理，用DPS7.05對數據進行顯著性差異分析，顯著性水平為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同接種方式對復播大豆農藝性狀的影響

研究表明，不同接種方式接種根瘤菌除種肥方式接種T6根瘤菌外其余各處理均對大豆平均株高、莖粗、主莖節數生長均具有促進作用。根瘤菌T6處理對大豆株高促進效果最佳，達到51.37 cm，根瘤菌SN7-2處理對大豆莖粗與主莖節數促進效果最佳，分別達到0.56 cm和13.4節；根瘤菌SMH12處理大豆對大豆株高促進效果最好，達到48.70 cm，根瘤菌SN7-2處理對大豆莖粗與主莖節數促進效果最好，分別達到0.60 cm和11.4節，CK處理株高與主莖節數最低，根瘤菌T6處理莖粗最低，但與CK處理呈不顯著差異；根瘤菌T6處理株高、莖粗、主莖節數均為最佳，分別達到了54.20 cm、0.66 cm、14.4節，滴施T6根瘤菌處理對促進大豆生長較好，有利于大豆植株形態的建成。根瘤菌SMH12處理主莖節數最少，達到11.6節，與CK處理相比未達到顯著差異水平。

3種接種方式中拌種方式對大豆平均主莖節數生長促進效果最佳，對平均莖粗生長促進效果最低；種肥方式對大豆平均株高、主莖節數促進效果最低；滴施方式對大豆平均株高、莖粗促進效果最佳。3種根瘤菌處理中根瘤菌T6處理對大豆平均株高、主莖節數生長效果最佳；根瘤菌SN7-2對大豆平均莖粗生長效果最佳。

拌種/滴施T6處理組合分別對大豆平均主莖節數及株高效果最好，滴施SN7-2處理組合對大豆平均莖粗促進效果最好。表1

表1 不同接種方式下復播大豆的株高、莖粗及主莖節數變化Table 1 Effects of different inoculation methods on plant height, stem thickness and main stem node number of multiple seeding soybean

2.2 不同接種方式對葉面積指數的影響

研究表明，各處理大豆LAI由V4期開始快速上升至鼓粒期達到峰值，在R8期由于大豆葉片脫落LAI為0，大豆LAI各處理均高于CK處理，接種方式和根瘤菌均對大豆光合作用具有促進的作用，有利于大豆植株形態的建成。

大豆LAI在各個生育進程的表現為SN7-2>T6>SMH12>CK，3種菌劑處理在R2期時差異明顯，在V4期時SMH12、T6、CK三種處理差異不大，但SN7-2處理大豆LAI明顯高于三者，SN7-2對提高大豆光合利用效率具有促進作用，CK處理大豆在V4期時LAI較低，而其它3種菌劑處理大豆V4期LAI處于同一水平均顯著高于CK處理，大豆在R2期與R6期時LAI差異顯著，其表現由高到低依次為SN7-2>SMH12>T6>CK，在V4期與R4期CK和T6處理大豆LAI近乎相同，但在R2期和R6期具有顯著差異，SN7-2>SMH12>T6>CK；3種菌劑處理大豆LAI在各生育期均顯著高于CK處理，在R2期3種菌劑處理大豆LAI基本處于同一水平，但大豆LAI均顯著高于CK處理，在R6期大豆LAI表現為T6>SN7-2>SMH12>CK，與CK處理相比高出43.98%、40.22%、18.79%。

不同接種方式LAI不同，不同接種方式對促進植株葉片利用效率不同，其中滴施處理大豆LAI最高為1.65，與CK處理大豆LAI差異顯著，說明滴施處理對提高大豆植株葉片光合效率有重要影響。其中滴施T6處理平均LAI最大，其次為拌種(1.53)，最小的為種肥(1.47)，滴施T6處理對促進大豆光合作用效果最好。圖1

圖1 不同接種方式下復播大豆葉面積指數變化Fig.1 The effects of different inoculation methods on leaf area index of multiple soybean

2.3 不同接種方式對葉片光合勢的影響

研究表明，大豆葉片LAD隨著生育進程的推進呈逐漸上升的趨勢，LAD速率從R2～R4期開始隨后每一個生育進程均在逐步加快，R4～R6期達到最大值，R2～R4期LAD上升速率最快。

3種菌劑處理LAD在各個生育進程中大小始終表現為SN7-2>T6>SMH12>CK，大豆LAD在V4～R2期大豆各處理間均不顯著，SN7-2處理在R4～R6期達到最大值，較CK處理增加22.42%，CK處理LAD在各生育進程均為最低值，3種菌劑處理對大豆光合作用促進明顯，SN7-2處理對促進大豆光合作用效果最大，有利于花后保持較高的光合能力；大豆LAD在R2～R4期及R4～R6期始終大小順序均為SN7-2>T6>SMH12>CK，但在V4～R8期LAD大小順序為SN7-2>SMH12>T6>CK，SMH12處理在V4～R2期生育進程中對提升大豆LAD較T6處理促進效果好，3種菌劑處理與CK處理間均達到顯著差異；3種菌劑處理大豆LAD在各生育階段與CK處理間均表現出顯著差異，在R2～R4期SMN12與SN7-2處理間差異不顯著，滴施方式下2種菌劑處理在V4～R2和R2～R4期對大豆LAD影響效果相同。

不同接種方式處理大豆LAD在V4～R2生育階段均較弱，在R2～R6期大豆LAD明顯變強且均高于CK處理，3種菌劑均能不同程度的增加大豆LAD。做種肥SMH12處理大豆LAD最高，滴施T6處理與SN7-2處理大豆LAD最高。在不同接種方式下大豆LAD表現為滴施>拌種>種肥。3種菌劑處理的大豆LAD表現為SN7-2>T6>SMH12>CK，滴施接種SN7-2對大豆LAD生長促進效果最佳。圖2

圖2 不同生育階段大豆光合勢比較Fig.2 Comparison of soybean photosynthetic potential at different growth stages

2.4 不同接種方式對葉片光合參數的影響

研究表明，大豆Ci、Tr、Gs、Pn各處理與CK處理均呈現顯著差異。各根瘤菌處理大豆Tr、Gs、Pn均大于CK處理，Tr與Pn最高均為SN7-2處理，Gs最高為T6處理，Ci指標與之相反，CK處理明顯高于3種菌劑處理；SN7-2處理大豆Tr、Gs、Pn為3種菌劑處理的最大值，3種菌劑處理其總體變化趨勢一致，SN7-2>SMH12>T6>CK，除SMH12處理與CK處理Ci無顯著差異外，其余處理間均達到極顯著差異水平，Ci以SN7-2處理最低，相比CK處理降低6.78%；T6處理Tr、Gs、Pn均為最大值，分別比CK處理提高19.62%、37.62%、9.06%，CK處理Ci為最大值，T6處理對大豆Tr、Gs、Pn的促進比SMH12和SN7-2處理效果更加明顯。

3種接種方式均不同程度的提高了大豆鼓粒期的光合參數。大豆Tr、Gs、Pn均表現為拌種>滴施>種肥，3種接種方式中拌種處理能夠最大限度提高大豆植株光合能力，為適宜大豆接種根瘤菌的接種方式。3種菌劑處理大豆Tr、Gs、Pn均值表現為SN7-2>SMH12>T6>CK，Ci為CK處理最大，SN7-2處理最低，拌種SN7-2處理提高大豆植株光合參數為最佳，容易積累較多的干物質而促進大豆產量提高。表2

2.5 不同接種方式對產量及產量構成因素的影響

研究表明，不同接種方式接種不同根瘤菌其大豆產量及構成因素影響均存在一定差異。3種接種方式產量均值大小依次為拌種>滴施>種肥，拌種處理單株粒重及產量均為最高，且顯著高于其它3種處理，拌種處理對大豆單株粒重具有較好的提高；種肥處理產量最低，且單株粒重、單株莢數、單株粒數均值均為最低，但百粒重為3種處理中最高；滴施處理百粒重均值最低，單株莢數與單株粒數最高，滴施處理對大豆單株莢數及單株粒數促進效果較好。

根瘤菌SMH12采用拌種與種肥處理大豆單株粒重、單株莢數、單株粒數、百粒重與CK處理相比均達到顯著差異水平，SMH12采用滴施處理大豆單株莢數和百粒重與CK處理相比并無優勢；根瘤菌T6拌種處理大豆百粒重與做種肥處理大豆單株粒重、百粒重與CK處理相比有所下降，其余各處理單株粒重、單株莢數、單株粒數、百粒重均高于CK處理；根瘤菌SN7-2處理單株粒重、單株莢數、單株粒數產量與根瘤菌SMH12、T6、CK處理相比均為最高，SN7-2處理對大豆生長及產量提升最佳。

拌種SN7-2產量最高為5 946.0 kg/hm2，產量較高的組合為滴施T6(5 888.6 kg/hm2)、種肥SN7-2(5 461.6 kg/hm2)、種肥SMH12(5 446.6 kg/hm2)表3

表2 不同接種方式鼓粒期光合特征參數Table 2 Photosynthetic characteristic parameters of different inoculation methods atbulking stage

表3 不同處理大豆的產量及其構成因素Table 3 Yield and yield components of soybean

3 討 論

大豆與根瘤菌的共生固氮效應是根瘤菌與大豆品種的匹配性、根瘤菌的結瘤固氮能力等環境因素密切相關，是非常復雜的過程[24,25]。接種根瘤菌是提高大豆品質與產量、減少化肥的施用量、提高大豆對氮肥利用率的關鍵措施[26]。使用不同接種方式接種根瘤菌對大豆生長及產量具有不同影響，使用最佳的接種方式能讓根瘤菌更好地定殖在根系周圍從而提高占瘤率及產量[27-29]。

孟慶英等[30]研究表明，根瘤菌的施用可增加豆科植株的株高、主莖節數、單株莢數和單株粒數，且有效增加了大豆產量，與CK相比增產19.44%，與試驗結果相同，在試驗中，3種根瘤菌劑均能促進大豆各性狀生長，T6根瘤菌相比于SMH12根瘤菌對大豆株高、莖粗、主莖節數、節間長度和LAI生長效果好。李富寬等[31]研究表明，接種根瘤菌有提高豆科植物莖粗的傾向。在試驗中接種SN7-2根瘤菌對大豆莖粗促進效果最佳。鄭浩宇等[32]研究表明，接種根瘤菌與適量氮肥復合使用對大豆生育前期光合指標有所提高，不同的施氮處理對大豆的光合速率產生較大影響，減氮50%+接種根瘤菌能夠明顯增加大豆的光合速率。馬家斌等[33]研究表明，接種根瘤菌B.Japonicum5136后大豆葉片的Gs和Pn分別增加15.76%、26.52%，大豆光合性能和固氮能力改善效果明顯，試驗中3種菌劑對大豆Tr、Gs、Pn均有促進作用，其中SN7-2根瘤菌對Tr、Gs、Pn促進效果最佳。胡倡等[34]、姬月梅等[35]、楊升輝等[36]研究表明，接種根瘤菌對大豆有一定的增產效果。與試驗研究結果一致，接種根瘤菌可以增加大豆產量，3種菌劑中對大豆產量表現為SN7-2>SMH12>T6，拌種方式接種SN7-2處理的大豆產量最高，達到5 946.0 kg/hm2，滴施接種T6處理大豆產量次之，達到5 888.6 kg/hm2。

李濤等[17]對大豆使用不同接種方式的試驗證明拌種處理對大豆產量的提高最佳。張俊等[37]研究表明，拌種方式可提高葉面積和光合速率提高器官含氮量及產量。試驗中拌種方式對大豆主莖節數、單株粒重、Tr、Gs、Pn及產量促進效果最佳，拌種方式有利于提高大豆光合性能，增加大豆產量。趙念力等[38]研究表明，種肥方式接種根瘤菌可增加大豆百粒重。試驗結果與其試驗結果相同，用作種肥處理可增加大豆的百粒重。熱比姑麗·熱合曼等[39]研究表明，滴施接種能夠提高根瘤菌結瘤能力，改善氮素營養，增加苜蓿產量，提升品質。試驗中滴施處理對大豆莖粗、LAI生長效果較好，對大豆單株莢數及單株粒數促進效果最佳，滴施方式有利于增加大豆抗倒伏性及籽粒產量的形成。3種接種方式中對大豆產量最好的為拌種方式，滴施其次，種肥最低。不同接種方式接種根瘤菌對綏農35具體生長發育有待深入研究。

4 結 論

拌種接種SN7-2根瘤菌對大豆單株粒重、Tr、Gs、Pn促進效果最佳；種肥接種SMH12根瘤菌對大豆百粒重促進效果最佳；滴施方式接種T6根瘤菌對大豆株高、LAI促進效果最佳；滴施接種SN7-2根瘤菌對大豆莖粗、LAD、單株粒數、單株莢數促進效果最佳；拌種方式接種T6根瘤菌對大豆主莖節數促進效果最佳；拌種SN7-2處理組合對大豆產量提升效果最佳，達到5 946.0 kg/hm2，產量提升效果較好組合為滴施-T6，達到5 888.6 kg/hm2，種肥-SN7-2為5 461.6 kg/hm2，種肥-SMH12為5 446.6 kg/hm2。