玉米根際多功能促生菌的篩選及其對冬小麥-夏玉米輪作體系產(chǎn)量提升效果

常瀘尹 王中華 李鳳敏 高梓源 張輝紅 王祎 李芳 韓燕來 姜瑛

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450046）

黃淮海平原是中國小麥（Triticum aestivum Linn）和玉米（Zea mays Linn）的重要產(chǎn)區(qū)，小麥和玉米的播種面積分別占全國播種面積的38%和28%（國家統(tǒng)計局http://www.stats.gov.cn/sj/zxfb/202302/t20230203_1901673.html）。冬小麥-夏玉米輪作體系是黃淮海平原地區(qū)主要的農(nóng)糧生產(chǎn)體系，保證了該區(qū)糧食的高產(chǎn)。然而，黃淮海平原這一地區(qū)長期以來采用的傳統(tǒng)耕作模式會對農(nóng)田土壤產(chǎn)生頻繁的干擾，導(dǎo)致土壤水分保持能力下降、土壤結(jié)構(gòu)疏松，并會進一步導(dǎo)致農(nóng)田土壤養(yǎng)分的流失［1］。同時不合理施肥導(dǎo)致土壤環(huán)境變差，破壞了土壤中微生物與其他生物的平衡，造成作物產(chǎn)量與品質(zhì)的降低。隨著氮磷養(yǎng)分的不斷積累，農(nóng)業(yè)面源污染勢必會危害國家的糧食安全，影響人民大眾福祉。因此，如何合理優(yōu)化輪作模式下的施肥策略是該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題。

植物根際促生菌（plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）是指那些通過加快物質(zhì)循環(huán)、減弱非生物脅迫、產(chǎn)生植物激素、改善土壤環(huán)境等特性，以達到促生效果的微生物［2］，已被廣泛用于作物增產(chǎn)和加強植株抗逆性［3-5］。PGPR可以直接通過溶磷、解鉀等功能，提高作物對土壤中氮磷鉀的利用率，分泌植物激素如吲哚乙酸（indole-3-acetic acid，IAA），達到促進根的伸長和生長的作用，提高作物汲取水分和養(yǎng)分的能力；間接誘導(dǎo)植物啟動自身的防御機制，調(diào)節(jié)植物內(nèi)激素的平衡，增加細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，增強植物清除活性氧的能力，提高植物對生物與非生物脅迫的抗性［6-7］。目前關(guān)于PGPR的應(yīng)用已取得較好進展，其促生效果和生防能力被廣泛應(yīng)用在不同類型的作物中［8-10］。然而PGPR作為一類多樣且復(fù)雜的微生物群體，在不同環(huán)境不同作物上的應(yīng)用效果往往存在差異。因此篩選能與多種植物建立共生關(guān)系、對不同植物的生長和發(fā)育產(chǎn)生積極影響的廣譜性促生菌變得尤為重要。

砂質(zhì)潮土是黃淮海平原上種植小麥、玉米等糧食作物的一種主要農(nóng)田土壤類型。具有顆粒粗大、結(jié)構(gòu)較差、保水保肥能力較弱等特點，嚴(yán)重限制了小麥、玉米等糧食作物的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。本研究從玉米根際砂質(zhì)潮土中篩選出一株具有產(chǎn)IAA能力，同時兼具溶有機磷、解鉀能力的多功能促生菌，對其進行鑒定、培養(yǎng)條件優(yōu)化、盆栽促生試驗，并在小麥玉米輪作大田中應(yīng)用，研究其對土壤養(yǎng)分、作物產(chǎn)量因素等指標(biāo)的影響，以期提升砂質(zhì)潮土上小麥玉米的增產(chǎn)潛力，探究根際促生菌在復(fù)雜輪作條件下的應(yīng)用效果，拓展優(yōu)質(zhì)菌種資源，為根際促生菌在非寄主作物的應(yīng)用方向提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤 從農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北小麥玉米輪作營養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測實驗站采集幾株長勢較好的玉米，分離其根際土，用于多功能促生菌的篩選。土壤基本性狀如表1。

表1 供試土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of soil for testing

1.1.2 培養(yǎng)基 LB固體培養(yǎng)基：蛋白胨（10.00 g）、酵母提取物（5.00 g）、氯化鈉（10.00 g）、瓊脂（20.00 g），蒸餾水（1 000 mL）溶解。調(diào)整其pH值為7.0-7.2，經(jīng)121℃高溫滅菌，持續(xù)時長20 min。

LB液體培養(yǎng)基：不加瓊脂，其他條件同上。

蒙金娜培養(yǎng)基：葡萄糖（10.00 g）、硫酸銨（0.50 g）、七水硫酸鎂（0.30 g）、氯化鈉（0.30 g）、氯化鉀（0.30 g）、硫酸亞鐵（0.03 g）和硫酸錳（0.03 g），蒸餾水（1 000 mL）溶解。將培養(yǎng)基經(jīng)過115℃高溫滅菌，持續(xù)時長為30 min。

有機磷液體培養(yǎng)基：1 000 mL蒙金娜培養(yǎng)基中加入酵母膏（0.40 g）和可溶性卵磷脂（0.20 g），其他條件一致。

解鉀液體培養(yǎng)基：蔗糖（10.00 g）、酵母膏（0.50 g）、硫酸銨（1.00 g）、磷酸氫鈉（2.00 g）、七水硫酸鎂（0.50 g）、碳酸鈣（1.00 g）、鉀長石粉（1.00 g），蒸餾水（1 000 mL）溶解。將培養(yǎng)基經(jīng)過121℃高溫滅菌，持續(xù)時長為20 min。

無機鹽液體培養(yǎng)基：硫酸銨（2.00 g）、磷酸二氫鈉（0.50 g）、磷酸氫二鉀（0.50 g）、七水硫酸鎂（0.20 g）、二水氯化鈣（0.10 g），蒸餾水（1 000 mL）溶解。將培養(yǎng)基的pH調(diào)整為7.0，經(jīng)121℃高溫滅菌，持續(xù)時長為20 min。

1.2 方法

1.2.1 多功能促生菌的篩選及功能鑒定

1.2.1.1 菌株的分離純化 將10.00 g供試土裝入含90 mL無菌水和玻璃珠的250 mL錐形瓶中。在30℃條件下，以150 r/min振蕩20 min，使其混合均勻。靜置10 min，得濃度為0.1 g/mL的菌懸液。稀釋上述制得的菌懸液，得濃度分別為10-2、10-3、10-4、10-5、10-6g/mL的菌懸液。從稀釋度為10-4、10-5、10-6g/mL的菌懸液中，各吸取100 μL，涂于LB固體培養(yǎng)基上。放入30℃恒溫箱倒置培養(yǎng)1 d。培養(yǎng)結(jié)束后，挑選出具有不同形態(tài)和特征的典型單個菌落，進行純化處理。編號，將其保存在4℃的條件下。

1.2.1.2 菌株產(chǎn)IAA能力的測定 將篩選得到的菌株調(diào)節(jié)為OD600為1的菌懸液，按1%（V/V）接種量接種到含L-色氨酸（100 mg/L）的LB液體培養(yǎng)基中。于30℃、180 r/min的條件下，持續(xù)培養(yǎng)1 d。（1）定性測定［11］：純化完成的菌株接種到含L-色氨酸（100 mg/L）的LB液體培養(yǎng)基中。于30℃、180 r/min的條件下置于搖床中，連續(xù)培養(yǎng)1 d。取50 μL菌懸液滴于白瓷板上，加入50 μL 50 mg/L的Salkowski比色液（50 mL 35% HClO4+1 mL 0.5 mol/L FeCl3）。將未接菌的LB液體培養(yǎng)基加入等量比色液作陽性對照。將白瓷板于避光環(huán)境內(nèi)靜置30 min后觀察。如果溶液變紅，則表明菌株能夠分泌IAA。（2）定量測定［12］：將10 mL的菌懸液在10 000 r/min下進行離心，離心時間為10 min，收集2.5 mL的上清液，將未接菌的液體培養(yǎng)基作空白對照，處理與對照均與等量Salkowski比色液混合，避光靜置30 min，測定530 nm下的吸光度值。同時設(shè)置不同濃度梯度的IAA標(biāo)準(zhǔn)溶液（0、10、20、30、40、50、60 μg/mL），比色步驟同上，據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算待測液IAA濃度。

1.2.1.3 菌株溶磷解鉀能力的測定 將得到的產(chǎn)IAA菌株制成OD600為1的供試菌懸液，以1%（V/V）接種于含50 mL有機磷液體培養(yǎng)基和解鉀液體培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中。30℃，180 r/min培養(yǎng)2 d。取培養(yǎng)液20 mL，6 000 r/min離心20 min，分別用鉬藍比色法和火焰分光光度法測定有機磷液體培養(yǎng)基和解鉀液體培養(yǎng)基上清液中的磷［13］、鉀含量［14］。

1.2.2 多功能促生菌的鑒定

1.2.2.1 形態(tài)學(xué)鑒定 篩選得到的菌株接種于LB液體培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)1 d。觀察單個菌落的透明度、大小、顏色、形狀等形態(tài)特征。革蘭氏染色后，用顯微鏡觀察菌株形態(tài)［15］。將菌株接入液體培養(yǎng)基，37℃，180 r/min振蕩培養(yǎng)12 h，通過冷凍干燥法制成電鏡樣品，進行電鏡（日立S-3400N）掃描觀察［16］。

1.2.2.2 生理生化指標(biāo)鑒定 革蘭氏染色、好氧性測試、接觸酶檢測、甲基紅（M.R）試驗、二乙酰（V-P）試驗、淀粉水解試驗、明膠水解試驗、硝酸鹽還原試驗及檸檬酸鹽利用試驗等試驗方法參照《常見細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊》［15］。

1.2.2.3 16S rDNA分子學(xué)鑒定 將多功能促生菌在LB液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)至對數(shù)生長期后，離心收集，使用SDS-CTAB法提取其總DNA［17］，以27f（5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3'）和1492r（5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3'）為PCR擴增引物。PCR產(chǎn)物交由上海英俊生物工程有限公司進行測序，在GenBank中Blast比對測序得到16S rDNA序列的同源序列，以鄰接法（Neighbor-Joining）在MEGA 7.0軟件中構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，并在NCBI上申請登錄號。

1.2.3 菌株促生條件優(yōu)化 在無機鹽培養(yǎng)基中添加L-色氨酸（100 mg/L），并通過調(diào)節(jié)不同參數(shù)來優(yōu)化培養(yǎng)條件。這些參數(shù)包括初始pH（4、5、6、7、8、9、10）、裝液量（25、50、75、100、150）、碳源（葡萄糖、乳糖、蔗糖、麥芽糖、木糖、甘露醇、果糖）以及氮源（硝酸鉀、硫酸銨、硝酸銨、酵母粉、谷氨酸、尿素、蛋白胨）。將OD600為1的菌懸液1%（V/V）接種。接種后，在30℃、180 r/min的條件下培養(yǎng)1 d，測定生長情況（OD600）。同時，使用上述IAA定量測定方法來評估培養(yǎng)基中IAA的含量。

1.2.4 盆栽試驗 玉米盆栽試驗于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室（鄭州）進行，收集0-20 cm土層的砂質(zhì)潮土樣品，去除落葉、小石塊等雜質(zhì)，并經(jīng)過5 mm篩，每盆裝入1.5 kg土樣。20%雙氧水消毒玉米種子表面20 min，使用無菌水進行多次沖洗。于恒溫恒濕（溫度25℃、濕度90%）條件下催芽，選取長勢一致的幼苗，移植到土壤中，每盆一株。將菌懸液在4 000 r/min下離心10 min，去除上清液。再利用無菌水重懸，反復(fù)離心重懸3次，將菌體溶于無菌水中，制成1011CFU/mL的菌水劑。以108CFU/g接種量接種于盆栽土壤，無菌水作為對照，單個處理重復(fù)6盆，以60%田間持水量為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整土壤含水量，定時澆無菌水保持。于種植30 d后采樣。

用高效液相色譜（HPLC）法測定土壤IAA含量［18］。用鉬藍比色法［19］和火焰分光光度法［19］分別測定速效磷和速效鉀含量。采集植株樣品測定相對葉綠素含量（soil and plant analyzer develotrnent，SPAD）、鮮重、株高、植株全氮磷鉀含量［19］。采集樣本當(dāng)天，用根系掃描儀（V700 PHOTO，Epson，日本）和圖像分析軟件（WinRHIZOTM2003b，加拿大）測總根長（total root length，RL）、根表面積（root surface area，RSA）、根體積（root volume，RV）、根平均直徑（root average diameter，RD）、根尖數(shù)（root tips，RT）、根分枝數(shù)（root forks，RF）和根系構(gòu)型分級參數(shù)。據(jù)根系直徑（RD，mm）對RL、RSA和RV進行區(qū)間等級定義：I級：RD 0.0-0.5 mm；II級：RD 0.5-1.0 mm；III級：RD 1.0-1.5 mm；IV級：RD＞1.5 mm［20］。

1.2.5 田間試驗 試驗在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北小麥玉米輪作營養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測實驗站進行，供試土壤為砂質(zhì)潮土，土壤理化性狀見表1，小麥品種為矮抗58。小麥基施復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15）600 kg。將制成的以骨粉為載體的YM3菌劑（有效活菌數(shù)1011CFU/g）按40 kg/hm2施用，每處理重復(fù)3次。拔節(jié)期時開溝追施尿素120 kg/hm2。隨機區(qū)組劃分，設(shè)置10個小區(qū)，每個小區(qū)面積為18 m2。在小麥成熟期，取1 m雙行的穗數(shù)，隨機選20株小麥測定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、成熟期地上部生物量，計算小麥產(chǎn)量。通過五點取樣法，采集0-20 cm土層土樣，測定土樣中pH、IAA、有效氮、速效磷、速效鉀含量，具體測試方法同盆栽試驗。

于小麥?zhǔn)斋@后進行夏玉米播種，供試玉米品種為豫單9953，玉米行距60 cm，株距27 cm。玉米基施上述復(fù)合肥650 kg/hm2，不追肥。在玉米播種期常規(guī)施肥基礎(chǔ)上施用同種微生物菌劑，采用與小麥季相同的施用方式和施用量。每處理重復(fù)3次，設(shè)置10個小區(qū)，隨機區(qū)組劃分，單個小區(qū)的面積為50 m2。在玉米收獲期，取2 m雙行的穗數(shù)，隨機選取3株玉米測行粒數(shù)、穗粗、穗長、穗行數(shù)、百粒重、單穗重、穗禿頂長，計算玉米產(chǎn)量。通過五點取樣法，采集0-20 cm土層土樣。測定土樣中pH、IAA、有效氮、速效磷、速效鉀含量，具體測試方法同盆栽試驗。

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 試驗所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Office 2020、SPSS 23.0統(tǒng)計，Origin 2021和Metabo Analyst作圖，單因素方差分析采用LSD法檢驗處理間的差異顯著性（P＜0.05），相關(guān)性通過Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 多功能促生菌的篩選

從玉米根際分離篩選出16株細(xì)菌，命名為YM1-YM16，對這16株菌的各項促生能力進行定量評估發(fā)現(xiàn)，其中菌株YM3兼具產(chǎn)IAA、溶有機磷、解鉀能力，其產(chǎn)IAA能力可達到59.21 mg/L，對有機磷的轉(zhuǎn)化量達0.72 mg/L，對鉀長石粉的轉(zhuǎn)化量達18.56 mg/L。

2.2 促生菌形態(tài)及生理生化特性鑒定

通過平板劃線法得YM3單菌落，YM3菌落不規(guī)則排列，不透明，暗黃色，表面粗糙，褶皺，邊緣粗糙（圖1-A）。革蘭氏染色陽性，菌體呈桿狀（圖1-B）。菌體大小為（2.42-3.67）μm×（0.63-0.89）μm（圖1-C）。YM3為兼性厭氧菌，除甲基紅（M.R）反應(yīng)為陰性外，其他生理生化指標(biāo)皆為陽性（表2）。

圖1 YM3的菌落圖（A），革蘭氏染色圖（B）及電鏡圖（C）Fig. 1 Colony diagram（A）, gram staining diagram（B）and electron microscope diagram（C）of YM3 strain

表2 YM3菌株的生理生化特性Table 2 Physiological and biochemical characteristics of YM3 strain

據(jù)16S rDNA的測序結(jié)果和 GenBank 已登錄的核苷酸序列進行同源性比較，菌株YM3與Bacillus subtilis JCM 1465（NR113265）同源性達99%，N-J方法構(gòu)建YM3的16S rDNA系統(tǒng)發(fā)育樹（圖2）。綜合菌株形態(tài)與生理生化特征，鑒定菌株YM3為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），將序列上傳NCBI，獲得登錄號KP743130。

圖2 YM3菌株16S rDNA序列的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig. 2 Phylogenetic tree of 16S rDNA gene sequence of YM3 strain

2.3 不同培養(yǎng)條件對菌株促生能力的影響

不同培養(yǎng)條件對YM3產(chǎn)IAA能力的試驗結(jié)果表明，pH為4和10時YM3基本不生長，pH為5-9時，IAA產(chǎn)量較穩(wěn)定，維持在61.80 mg/L上下（圖3-A）。通氣量隨裝液量增加而減少，裝液量為25 mL/250 mL時，YM3產(chǎn)IAA量達頂峰，峰值為65.17 mg/L（圖3-B）。以麥芽糖為碳源時，菌體產(chǎn)IAA能力達到65.69 mg/L（圖3-C）。以蛋白胨為氮源時，菌體產(chǎn)IAA能力達到64.56 mg/L（圖3-D）。

圖3 不同培養(yǎng)條件下YM3菌株的產(chǎn)IAA能力和生長狀況（OD600）Fig. 3 IAA-producing ability and growth status（OD600）of YM3 strain under different cultural conditions

2.4 多功能促生菌劑在玉米盆栽試驗中的促生效果

與對照處理相比，接種YM3菌水劑使土壤IAA、速效鉀、速效磷分別顯著增加75.00%、20.00%，48.66%（圖4）。YM3顯著增加了玉米幼苗的RL、RSA、RV、RT和RF，分別增加了67.95%、59.21%、51.13%、71.34%和92.06%。此外，YM3還顯著提高了I級徑級（RD 0.0-0.5 mm）區(qū)間的RL（72.48%），RSA（59.47%）和RV（65.29%）。因此，施加YM3明顯促進了根系的生長（表3）。施加YM3后玉米鮮重、SPAD、全磷、全鉀、株高、全氮顯著提高了39.86%、18.27%、52.26%、36.53%、23.51%、17.68%（圖5）。

圖4 接種菌株YM3培養(yǎng)30 d后土壤IAA及速效鉀、速效磷含量Fig. 4 Soil IAA, available potassium, and available phosphorus contents after 30 d of inoculation with strain YM3

圖5 接種菌株YM3對玉米幼苗生長狀況和養(yǎng)分含量的影響Fig. 5 Effects of inoculation with strain YM3 on the growth status and nutrient content of maize seedlings

表3 接種菌株YM3對玉米幼苗根系結(jié)構(gòu)和根系分級的影響Table 3 Effects of inoculation with strain YM3 on the root system structure and root classification of maize seedlings

2.5 玉米幼苗及土壤中各指標(biāo)之間的主成分分析、熱圖分析以及相關(guān)矩陣

PC1和PC2在幼苗和土壤指標(biāo)的整體變異中分別占了68.9%和21.6%（圖6-A）；CK和YM3處理顯著分離（圖6-B）；PC1和PC2同時顯著影響了植物全氮、SPAD、株高、植株鉀、鮮重、根尖數(shù)、根表面積、根體積、植株磷、土壤IAA、速效磷鉀、根分枝數(shù)、總根長、根長V級、根表面積V級、根體積V級（圖6-C）。熱圖與相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤IAA、速效磷、速效鉀均與總根長、根表面積、根體積、鮮重、株高、SPAD、植株全氮、植株全磷、根長I級、根表面積I級、根體積I級呈顯著正相關(guān)（圖7）。

圖6 玉米幼苗及土壤中各指標(biāo)之間的主成分分析Fig. 6 Principal component analysis between maize seedlings and soil indicators

圖7 玉米幼苗與土壤中指標(biāo)之間的相關(guān)性分析和熱圖Fig. 7 Correlation analysis and heat map among indicators in maize seedlings and soil

2.6 多功能促生菌劑在冬小麥-夏玉米輪作田間的促生效果

施YM3菌劑使小麥土壤有效氮、速效磷、速效鉀含量顯著提高了9.08%、13.78%、16.66%（圖8-A）。小麥千粒重、有效穗數(shù)、成熟期地上部生物量分別顯著提高了7.63%、78.47%、82.53%，總產(chǎn)量顯著提高了42.18%（圖8-B）。玉米土壤有效氮、速效磷、速效鉀含量分別增加0.77%、19.18%、15.95%（圖8-C）。玉米穗長、行粒數(shù)、單棒重分別顯著增加了6.74%、22.15%、11.88%，穗禿頂長降低27.57%，總產(chǎn)量顯著提高了13.22%（圖8-D）。

圖8 YM3對冬小麥夏玉米土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量性狀的影響Fig. 8 Effects of YM3 on the soil physicochemical properties and yield traits of wheat and corn

3 討論

植物根際促生菌的應(yīng)用對作物產(chǎn)量的提高有著至關(guān)重要的作用［21］。本研究在玉米根際土壤中篩選得到一株多功能促生菌株YM3，鑒定為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）。芽孢桿菌屬（Bacillus）是多種植物根際微生物群落的優(yōu)勢屬［22-23］，已被應(yīng)用于多種促生研究。Nunes等［24］發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌能夠產(chǎn)生IAA，促進番茄（Solanum lycopersicum Linn）生長。王舒等［25］從油茶（Camellia oleifera Abel）根際分離出一株芽孢桿菌屬的高效溶磷菌，溶磷率為19.75%。盡管芽孢桿菌在不同作物中有良好的促生效果，但目前的研究主要集中在篩選和驗證菌株的某一項特定能力方面，兼具多功能的促生菌研究較少。本研究篩選到的菌株YM3兼具產(chǎn)IAA、溶有機磷、解鉀功能，產(chǎn)IAA能力達59.21 mg/L。

菌株YM3在裝液量為25 mL/250 mL時，產(chǎn)IAA量最多，隨裝液量升高，菌株IAA產(chǎn)量下降。徐文思等［26］發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象，其篩選得到的巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）在裝液量為50 mL時產(chǎn)IAA量最多，隨后IAA產(chǎn)量隨裝液量增加而減少。推測是由于YM3為兼性厭氧菌，且IAA分泌為好氧代謝，裝液量的提高使瓶內(nèi)供氧量減少，YM3的生長和IAA代謝被抑制，導(dǎo)致IAA產(chǎn)量減少。

玉米盆栽試驗中，接種YM3使土壤IAA、速效磷、速效鉀含量顯著增加。施加YM3菌劑使玉米幼苗的RL、RSA、RV、RT和RF分別顯著增加67.95%、59.21%、51.13%、71.34%和92.06%。另外，YM3還顯著提高了I級徑級區(qū)間的RL（72.48%），RSA（59.47%）和RV（65.29%）。良好的根系特征是植物生長的關(guān)鍵［27］，IAA能控制根的伸長以及側(cè)根的形成［28］。同時根系生長也與磷、鉀密切相關(guān)，Niu等［29］研究表明，主根的伸長與磷含量直接相關(guān)。Tian等［30］研究顯示，鉀累積量與根長呈正相關(guān)。He等［31］同樣發(fā)現(xiàn)了促生菌改良植物根系的現(xiàn)象，枯草芽孢桿菌通過刺激側(cè)根形成，改善沙蒿（Artemisia desertorum Spreng）的根系。因此，施加YM3增加了土壤中速效磷、速效鉀、IAA的含量，促進了玉米根系的生長，有益于吸收更多水分和營養(yǎng)成分以供給地上部，根系和地上部協(xié)同作用，進一步促進了植株的生長。

近年來PGPR研究取得了不少進展，但由于PGPR根際遷移機制復(fù)雜多樣，PGPR野外效果難以重現(xiàn)［32］。為探究YM3在輪作大田中能否同樣發(fā)揮較好的促生效果，在黃淮海平原冬小麥-夏玉米輪作體系的砂質(zhì)潮土上進行了大田試驗，結(jié)果表明：YM3菌劑處理后，輪作體系下小麥、玉米的產(chǎn)量分別顯著提高了42.18%和13.22%。李剛強等［33］將兩株固氮芽孢桿菌菌劑應(yīng)用于小麥玉米輪作大田中，兩種菌劑分別使小麥產(chǎn)量提高23.83%和13.84%，玉米產(chǎn)量提高9.30%和9.78%。相較而言，YM3在輪作體系中的增產(chǎn)率更高，可能由于YM3篩選自大田試驗供試土壤，適應(yīng)性較強。

前期研究表明，一些促生菌株不僅能夠在原寄主植物的根際環(huán)境中生存，在其他種屬植物的根際中也能發(fā)揮促生作用。Sapre等［34］從小麥根際得到一株克雷伯氏屬（Klebsiella）的促生菌，將其應(yīng)用在燕麥（Avena sativa Linn）生長中，得到了良好的促生效果。雖然促生菌在非寄主植物上的作用已得到廣泛研究，但其在黃淮海平原小麥玉米輪作體系中的應(yīng)用研究仍相對較少。本研究表明，篩選自玉米根際土的YM3菌株不僅在玉米盆栽試驗中促生效果較好，而且在輪作制度下的土壤中適應(yīng)性強，該多功能菌株在實際生產(chǎn)中具有廣譜性。

YM3不僅增加了土壤中礦質(zhì)營養(yǎng)元素的含量，其分泌的IAA還促進了作物根系生長，使作物能夠更好地從土壤中汲取養(yǎng)分，促進植物生長。其在輪作制度下復(fù)雜的微生物環(huán)境中也能發(fā)揮作用，提高小麥和玉米的產(chǎn)量。有研究表明，枯草芽孢桿菌對多種植物病原體有拮抗作用［35-37］，其在輪作制度下的生防效果有待進一步研究。

4 結(jié)論

本研究篩選得到的一株枯草芽孢桿菌YM3，具有分泌IAA、溶有機磷和解鉀的能力。接種YM3菌水劑使玉米盆栽土壤中IAA、速效磷、速效鉀顯著提高，根長、根表面積、根體積顯著提高。根系構(gòu)型的改善促進了玉米植株對養(yǎng)分的吸收，鮮重、株高、SPAD、全氮磷鉀均顯著提高。同時，接種YM3菌劑可顯著提高小麥玉米輪作大田試驗兩種作物產(chǎn)量。本研究表明，接種YM3可使土壤肥力得到改善，小麥玉米輪作體系中作物產(chǎn)量得到提高。