3株芽孢桿菌及其混合發酵液對西瓜幼苗生長的影響

摘" " 要：為探究芽孢桿菌發酵液對西瓜幼苗生長的影響，提高西瓜幼苗質量，以西瓜品種早佳（8424）為材料，研究不同濃度的3株芽孢桿菌（解淀粉芽孢桿菌sj1606，貝萊斯芽孢桿菌sj1616，枯草芽孢桿菌sj1701）及其混合發酵液對西瓜幼苗生長及生理特性的影響。結果表明，不同芽孢桿菌發酵液均能促進西瓜幼苗的生長發育，其中混合發酵液D4（250 mL·L-1）處理的西瓜幼苗株高和鮮質量較對照（蒸餾水）分別提高了23.27%和21.89%，葉綠素含量相比對照提高了49.66%，解淀粉芽孢桿菌sj1606中A4（250 mL·L-1）處理的過氧化氫酶活性最高，達到243.83 mg·g-1·min-1。通過隸屬函數的綜合指標分析得出，混合發酵液D4處理的西瓜幼苗生長優勢最為明顯。

關鍵詞：西瓜；芽孢桿菌；幼苗生長；壯苗指數；生理特性

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）02-046-06

Effects of three strains of Bacillus and their mixed fermentation broth on the growth of watermelon seedlings

CHEN Su， DUAN Haiming， LI Shuai， YANG Shengyu， ZHOU Hui， GAO Qinghai

（College of Agriculture， Anhui Science and Technology University， Fengyang 233100， Anhui， China）

Abstract： In order to explore the effect of Bacillus fermentation broth on the growth of watermelon seedlings and improve the quality of watermelon seedlings， the watermelon variety Zaojia 8424 was used as the material to study the effects of different concentrations of three Bacillus strains （Bacillus amyloliquefaciens sj1606， Bacillus velezensis sj1616， Bacillus subtilis sj1701） and their mixed fermentation broth on the growth and physiological characteristics of watermelon seedlings. The results showed that all the three Bacillus fermentation broths could promote the growth and development of watermelon seedlings. Among them， the plant height and fresh weight of watermelon seedlings treated with mixed fermentation broth D4 increased by 23.27% and 21.89%， respectively， compared with the control， and the chlorophyll content increased by 49.66%. The catalase activity of Bacillus amyloliquefaciens sj1606 A4 treatment reached 243.83 mg·g-1·min-1. Through the comprehensive index analysis of membership function， it was concluded that the growth advantage of watermelon seedlings treated with mixed fermentation broth D4 was the most obvious.

Key words： Watermelon; Bacillus; Seedling growth; Seedling strength index; Physiological characteristics

西瓜（Citrullus lanatus）屬于葫蘆科西瓜屬作物，中國是世界上西瓜生產和消費第一大國，根據聯合國糧農組織（FAO）數據顯示，中國西瓜產業發展迅速，2022年我國西瓜產量占世界產量的59.3%，種植面積達到140.59萬hm2[1-2]。培育高質量的西瓜幼苗是西瓜高產穩產的基礎，在育苗過程中添加有益微生物是實現西瓜壯苗的一種重要手段[3]。

到目前為止，已經證實有20多個種屬的根際微生物具有促進植物生長的能力，其中芽孢桿菌屬是研究最多且應用最廣泛的一類細菌[4-6]。芽孢桿菌（Bacillus spp.）是一類重要的微生物菌種資源，其具有耐熱性好、抗逆性強、穩定性高，且來源廣泛等特點[7-8]。同時，芽孢桿菌能夠固氮、解磷和解鉀，還可以合成植物激素，如植物生長素（IAA）、細胞分裂素（CTK）、赤霉素（CA）和乙烯等物質來刺激和調節植物的生長狀況[9-10]。劉麗英等[11]研究表明，枯草芽孢桿菌制備的菌肥SNB-86處理連作平邑甜茶，其幼苗鮮質量和干質量分別比連作土對照增加了171.5%和142.3%，株高和地徑分別比連作土對照增加了97.9%和57.6%。姜海燕[12]研究指出，接種枯草芽孢桿菌可以促進西瓜植株的生長發育，植株干、鮮質量及葉片數均有所提高。畢延剛等[13]研究表明，堆肥中的微生物和枯草芽孢桿菌均可顯著減弱病原菌對黃瓜生長的抑制作用，在接種病原菌的基質中，添加堆肥和微生物的黃瓜幼苗植株總生物量均顯著高于未添加處理。筆者以西瓜品種早佳（8424）為試驗材料，研究3株芽孢桿菌及其混合發酵液對西瓜幼苗生長和生理特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜材料為早佳（8424），由昌吉市綠力種業有限公司生產；3株芽孢桿菌分別為解淀粉芽孢桿菌（sj1606）、貝萊斯芽孢桿菌（sj1616）和枯草芽孢桿菌（sj1701），由安徽科技學院農學院實驗室保存提供；育苗基質為園藝作物育苗有機基質，由江蘇培蕾科技發展有限公司生產。

1.2 方法

1.2.1 發酵液制備方法 將培養3 d的解淀粉芽孢桿菌sj1606、貝萊斯芽孢桿菌sj1616和枯草芽孢桿菌sj1701分別接種于裝有LB液體培養基[9]的試管中，搖培20 h，以空白LB培養基調零，在600 nm波長下調節OD值到1.0，將3株菌分別接種至裝有LB液體培養基的三角瓶中，混合菌液以1∶1∶1的比例接種，然后以33 ℃、130 r·min-1搖培3 d。將培養好的芽孢桿菌發酵液分別用蒸餾水稀釋至100、150、200、250和300 mL·L-1備用。

1.2.2 試驗設計 試驗于2023年3－5月在安徽科技學院農學院實驗室中進行。將西瓜種子浸種催芽后播種于50孔的穴盤（54 cm×28 cm）中，每孔播種1粒種子，放到人工氣候箱中培養。待西瓜出苗7 d后，選擇整齊一致無病害的幼苗進行處理，在西瓜幼苗根際周圍灌入20 mL不同濃度芽孢桿菌發酵液，采用完全隨機區組設計，每個處理10次重復，共210株。本試驗共設置21個處理，其中A1、A2、A3、A4、A5處理分別為100、150、200、250、300 mL·L-1的解淀粉芽孢桿菌sj1606發酵液，B1、B2、B3、B4、B5處理分別為100、150、200、250、300 mL·L-1的貝萊斯芽孢桿菌sj1616發酵液，C1、C2、C3、C4、C5處理分別為100、150、200、250、300 mL·L-1的枯草芽孢桿菌sj1701發酵液，D1、D2、D3、D4、D5處理分別為100、150、200、250、300 mL·L-1的混合發酵液，以每株20 mL的蒸餾水處理為CK。待西瓜幼苗生長到4葉1心時測定西瓜幼苗生長指標和生理指標，各處理重復測定3次。

1.2.3 西瓜生長指標測定 測量子葉至根基部位置為株高，子葉下方1/3處直徑為莖粗測量點。用清水將整株植株清洗干凈，吸干多余水分，用天平分別稱量地上部和地下部質量后，于105 ℃下殺青15 min，并于75 ℃烘干至恒質量，分別稱量地上部和地下部干質量。

1.2.4 葉綠素含量測定 使用手持式葉綠素儀（SPAD 502-plus）測定葉綠素含量，測定方法：每個處理測定3株，葉片選擇西瓜幼苗相同葉位的葉片，每個葉片測量3次取平均值。

1.2.5 生理指標測定 采用紫外吸收法[14]測定過氧化氫酶活性；采用考馬斯亮藍G-250染色法[14]測定可溶性蛋白含量；采用硫代巴比妥酸法[14]測定丙二醛含量；采用TTC法[14]測定根系活力；采用活體法[15]測定硝酸還原酶活性。

1.2.6 壯苗指數及隸屬函數值 壯苗指數及隸屬函數值計算公式如下，其中丙二醛含量的隸屬函數值用（1）式計算，其他指標均用（2）式計算。

壯苗指數=（莖粗/株高+根干質量/地上部分干質量）×全株干質量。

Xu =1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）； " " " （1）

Xu =（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）" "。 " " " （2）

式中X為測定指標值，Xmin為該指標測定最小值，Xmax為該指標測定最大值，平均隸屬函數值越大表示西瓜綜合指標越好。

1.3 數據分析

采用Excel 2003處理數據及繪圖，采用SPSS 26.0對數據進行單因素方差分析和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同芽孢桿菌發酵液對西瓜幼苗生長的影響

由表1可知，不同芽孢桿菌發酵液，以及不同濃度對西瓜幼苗生長的影響各有差異。與對照相比，不同發酵液處理在一定濃度下對西瓜幼苗的生長具有促進作用。其中，混合發酵液D4處理的株高和莖粗均最大，分別達到23.63、0.467 cm，較CK分別提高了23.27%和26.22%，顯著高于其他處理。在植株鮮質量方面，D4處理也達到最高，地上部和地下部鮮質量分別達到8.854 g和0.923 g，分別較CK提高了21.19%和29.09%；B3處理的地上部和地下部鮮質量分別達到8.321 g和0.830 g，相比CK分別提高了13.89%和16.08%，均顯著高于CK。從壯苗指數看，A4和D4處理分別達到0.076和0.077，與CK相比分別提高了38.18%和40.00%，顯著高于除B3外的其他處理。不同發酵液在一定濃度下處理的西瓜幼苗生長指標相較于CK均有提高，說明芽孢桿菌發酵液在一定程度上能夠促進西瓜幼苗的生長發育，但不同芽孢桿菌發酵液的最適促生濃度不同，其中解淀粉芽孢桿菌sj1606、枯草芽孢桿菌sj1701和混合發酵液對西瓜幼苗促生最適宜濃度（φ）為250 mL·L-1，其株高、莖粗和干鮮質量均在此濃度下達到最高值；貝萊斯芽孢桿菌sj1616的最適濃度則為200 mL·L-1。

2.2 不同芽孢桿菌發酵液對西瓜幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素含量能夠在一定程度上反映植物的光合作用質量。由圖1可知，不同芽孢桿菌發酵液處理均可使西瓜幼苗葉片葉綠素SPAD值有一定的提高，其中混合發酵液D4處理的西瓜幼苗葉片葉綠素SPAD值最高，達到64.10，較CK提高了49.66%，其次是B3處理，達到了59.53，D3和A4處理次之，分別達到57.13和57.46，而枯草芽孢桿菌sj1701的處理中，C4處理為54.23，均顯著高于CK。

2.3 不同芽孢桿菌發酵液對西瓜幼苗根系活力的影響

從圖2可以看出，混合發酵液D4處理西瓜幼苗根系活力高達39.49 μg·g-1·h-1，較CK提高了27.05%，顯著高于其他處理。單一菌株發酵液處理中根系活力最高的分別為：A4（37.96 μg·g-1·h-1）、B3（37.89 μg·g-1·h-1）和C4（36.13 μg·g-1·h-1），與CK相比分別顯著提高了22.13%、21.91%和16.25%。由此說明，單一菌株發酵液和混合發酵液均能提高西瓜幼苗的根系活力，其中以混合發酵液D4處理效果最好。

2.4 不同芽孢桿菌發酵液對西瓜幼苗生理特性的影響

從表2中可以看出，單一菌株發酵液A4處理的西瓜幼苗過氧化氫酶活性最高，為243.83 mg·g-1·min-1，與CK相比顯著提高了11.98%。混合發酵液D3處理的可溶性蛋白含量（w）最高，為29.40 mg·g-1，較CK顯著提高了21.84%。混合發酵液D5硝酸還原酶活性最高，為31.82 μg·g-1·h-1，較CK顯著提高了19.18%。丙二醛含量（b）最低的處理為混合發酵液D3（2.64 mmol·g-1），CK的丙二醛含量最高，為3.15 mmol·g-1。

2.5 不同芽孢桿菌發酵液對西瓜幼苗生長的綜合評價

從表3中可以看到，混合發酵液D4處理的平均隸屬函數值最高，達0.95，貝萊斯芽孢桿菌sj1616中的B3處理和混合發酵液D3處理次之，分別達到0.76和0.70，CK的隸屬函數值為0.00。由此可見，不同處理的西瓜幼苗綜合生長指標均高于CK，其中D4處理的西瓜幼苗質量明顯優于其他處理。

3 討論與結論

西瓜幼苗生長質量對西瓜的產量和品質都有直接影響，因此，提高西瓜幼苗質量對西瓜產量和品質的提升具有重要意義[16]。有研究表明，微生物能夠在代謝過程中分泌植物生長激素（如IAA、CA和乙烯等），可以直接促進作物生長[17-18]。武慧等[19]研究表明，枯草芽孢桿菌與哈茨木霉的混合菌液灌根能夠顯著提高黃瓜幼苗的凈光合速率，從而促進黃瓜幼苗生長。孫中華等[20]研究表明，枯草芽孢桿菌B67對黃瓜幼苗根系的生長具有促進作用，在水培條件下，20%枯草芽孢桿菌B67發酵液處理21 d的黃瓜幼苗根長相比清水處理提高了82.6%。欒換換等[21]和楊倩等[22]研究發現，芽孢桿菌ZJM-P5能夠提高小紅豆幼苗的氮肥利用率和對磷肥的吸收效率，促進其根系伸長、增大根面積和提高根冠比。本研究結果表明，3株芽孢桿菌發酵液對西瓜幼苗均有促生效果，在一定濃度下芽孢桿菌發酵液能夠顯著提高西瓜幼苗的株高、莖粗、干鮮質量和壯苗指數，其中混合發酵液處理的促生效果優于單一菌劑，這可能與微生物之間的互作機制有關。這與黃文茂等[23]的研究結果相似，其研究結果表明，貝萊斯芽孢桿菌HP9和堅強芽孢桿菌HP10混合菌劑灌根，花生的莖部、根部整體增長更均衡，植株的鮮質量明顯增加，呈現出一定的協同促生效應。

作物益生菌不僅能夠促進作物生長，還能對作物的生理指標產生影響，改善作物品質并提高抗逆性[24]。有研究指出，植物根際促生菌如假單孢屬（Pseudomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、農桿菌屬（Agrobacterium）、埃文氏菌屬（Eriwinia）和黃桿菌屬（Flavobacterium）等能夠誘導植物細胞的防御反應從而增強植株的抗逆性[25]。葉綠素含量與光合作用有很大的關系，葉綠素含量提高，光合反應增強，從而提高植物的光合速率[26]。本研究結果表明，3株芽孢桿菌及其混合發酵液在一定濃度時均能提高西瓜幼苗葉綠素含量、過氧化氫酶活性和可溶性蛋白含量，降低丙二醛含量，提高根系活力。這與買買提吐遜·肉孜等[27]的研究結果相似，其研究發現育苗基質中添加解淀粉芽孢桿菌FZB-42能夠顯著提高黃瓜幼苗的葉綠素含量和SOD、POD、CAT活性，降低MAD含量，可能是微生物的分泌物（如ACC脫氧酶、吲哚乙酸和鐵載體等物質）刺激植物發生一系列的生理生化反應。

綜上所述，3株芽孢桿菌發酵液和混合發酵液均能在一定程度上促進西瓜幼苗生長發育，提高幼苗質量并影響其生理特性。筆者僅研究了3株芽孢桿菌及其混合發酵液對西瓜品種早佳（8424）苗期生長的影響，3株芽孢桿菌制成混合菌劑的最佳比例配置，以及3株菌的協同作用機制等仍需進一步研究。

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