綠色木霉固態發酵基質及施磷對黃瓜幼苗生長和光合作用的影響

摘要：探究在不同磷水平下施加綠色木霉固態發酵基質對黃瓜幼苗生長和光合作用的影響，為后續深入探究其對黃瓜生長及磷吸收的影響提供理論支持。以黃瓜為試驗材料進行盆栽試驗，設計雙因素試驗，因素1為施加基質處理，因素2為施磷水平處理。植物生長28 d后測定黃瓜幼苗地上形態學指標、根系形態學指標及光合作用參數。結果表明，施加綠色木霉固態發酵基質及施磷對黃瓜幼苗植株生長、葉片光合作用產生了明顯的促進作用。與空白對照相比，施加綠色木霉固態發酵基質處理下黃瓜葉片株高、莖粗、葉面積、地上部鮮/干重、地下部鮮/干重、總根長、根體積、根表面積、分支數、交叉數、葉綠素含量、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）明顯升高。施用220 mg/kg 磷能顯著促進黃瓜生長，同時施用磷和綠色木霉固態發酵基質的作用效果比單施磷更明顯，施用 220 mg/kg 磷和綠色木霉固態發酵基質時作用效果最好，與單施磷相比，黃瓜葉片莖粗、株高、葉面積分別顯著增加了18.43%、12.92%、40.10%，地上部鮮重增加了11.24%，地下部鮮重、地上部干重、地下部干重分別顯著增加了26.58%、19.72%、32.78%，根系形態學指標及葉綠素含量、Pn、Tr、Gs、Ci、WUE均顯著增加。施加綠色木霉固態發酵基質可以增強黃瓜葉片光合作用，促進黃瓜生長，且磷和綠色木霉固態發酵基質同時施用具有一定的協同作用。

關鍵詞：黃瓜；綠色木霉固態發酵基質；根系；氣體交換參數；主成分分析

中圖分類號：S642.206""文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）22-0147-07

磷對植物的新陳代謝和生長發育起著重要作用，是植物體核酸、生物膜、多種蛋白質、磷脂等有機化合物的重要組成成分，還參與植物光合作用、碳代謝、酶活性等諸多生命活動^［1-2］。土壤中的磷含量大多以難溶性磷酸鹽存在，植物不可直接利用這部分磷，而且植物更傾向于吸收磷作為正磷酸鹽，這種離子表現出低溶解性，容易在土壤中固定成難溶性化合物，不利于植物吸收。而施磷肥是一種低效的做法，同時過剩的磷素還會造成土壤污染、土壤板結等環境問題^［3］。

木霉菌（Trichoderma）是一種分布十分廣泛的土壤有益微生物，也是一種高效的拮抗、促生菌，具有良好的生防潛力和應用前景^［4］。綠色木霉（Trichoderma viride）是兼具促生和生防功能并能夠溶解土壤養分的有益真菌，常常被作為生物有機肥中的微生物菌種，因其繁殖速度快、活性高、生產方便等優點，被認為是用來防治植物土傳病蟲害的較好選擇^［5］。筆者所在實驗室前期研究發現，綠色木霉能溶解難溶的無機磷，同時使幼苗中磷含量也有所提高，還能顯著提高番茄、黃瓜等作物的發芽率，并且對植株葉綠素含量、根系生長、保護性酶等具有積極的作用^［6-9］。

黃瓜（Cucumis sativus L.）是世界十大蔬菜栽培作物之一，但是現代農業技術對化肥和農藥的不合理使用影響了黃瓜的營養和品質，不利于農業的可持續發展^［10］。研究結果顯示，施用微生物菌肥可以改善土壤的理化性質，促進植物對營養元素的吸收和利用，提高植物的抗病能力，從而使農作物產量和品質得到顯著提升^［11-12］。木糖渣是經工藝處理得到的廢渣，主要成分為玉米芯、甘蔗渣等木質纖維素，易于被微生物利用和降解^［13］。隨著木糖產業的發展，木糖渣的排放量越來越高，如若任由其隨意堆放，則會對環境造成污染^［14］。因此，對木糖渣的合理利用對工業化生產具有重要意義。研究發現，微生物菌肥可以改善土壤理化性狀、提高土壤酶活性，從而對黃瓜的生長及產量起到促進作用^［15］。目前關于綠色木霉固態發酵工藝的研究報道相對較少，在工業化生產中往往存在菌種種類多、成活率不高和發酵水平低等凸出問題，嚴重阻礙了綠色木霉工業化生產。因此，利用綠色木霉開發高效的木霉菌肥，對微生物菌肥的研發和應用具有重要意義。

基于上述研究現狀，本研究以黃瓜為研究對象，開展施磷及施加綠色木霉固態發酵基質對黃瓜生長及光合作用的影響研究，以期為黃瓜優質高產栽培及高效微生物菌肥的研發提供理論依據。

1"材料與方法

1.1"試驗材料

采用盆栽試驗，基質為滅菌河沙、蛭石。供試黃瓜品種為新津四號。供試菌株為綠色木霉ZXF-LSMM-1，由吉林省植物資源科學與綠色生產重點實驗室提供，保藏于中國微生物菌種保藏委員會普通微生物中心，保藏編號為CGMCC No.40034。供試木糖渣采購于四平市綠箭公司。

1.2"試驗方法

本試驗于2023年4—8月在吉林省植物資源科學與綠色生產重點實驗室的溫室中進行。盆栽使用的花盆直徑15 cm、高13 cm，取滅菌后河沙、蛭石按體積比1 ∶1裝入花盆，每盆2 kg，每盆播種2穴，每穴1粒種子。在2葉1心期時開始試驗處理，每盆加入綠色木霉固態發酵基質15 g。除對照外，其余處理每周澆1次缺磷Hoagland營養液，5周后進行測定。

試驗采用雙因素試驗，因素1為基質處理，包括2個水平：施加發酵基質和不施加發酵基質；因素2為磷水平，包括0 mg/kg（CK）、60 mg/kg（P1）、220 mg/kg（P2）、480 mg /kg（P3），磷肥用 Ca3（PO4）2（分析純）。試驗共設8組處理，6次生物學重復，共計48盆。

1.3"測定指標及方法

1.3.1"生長指標測定"用直尺測定株高、葉長、葉寬；用游標卡尺測定莖粗；葉面積計算公式：葉面積=葉長×葉寬×0.75。測定完將幼苗地上部和地下部分別收獲，稱鮮重，再置于烘箱中105 ℃ 殺青 30 min后，75 ℃烘干至恒重，電子天平測定干重。

1.3.2"根系形態學指標的測定"利用Epson 11000掃描儀（Epson America，Inc.，USA）對黃瓜根系進行全景掃描。采用Win RHIZO 2012b（Regent，Canada）根系分析系統進行分析，從而獲得總根長、根體積、根表面積、交叉數、分支數等特征指標。

1.3.3"氣體交換參數測定"使用便攜式光合作用測定系統（Cirs-3，英國PPsystem）測定植株葉片的氣體交換參數，選取葉片（從上向下數第2張葉片），測定葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、水分利用效率（WUE）。

1.3.4"葉綠素含量"采用分光光度法進行葉綠素含量測定。

1.4"數據處理

使用SPSS 23.0 軟件對數據進行統計分析，并運用Duncan^，s 檢驗法對數據進行差異顯著性水平的檢驗（α=0.05）。利用Origin Pro 2022進行作圖。

2"結果與分析

2.1"綠色木霉固態發酵基質及施磷對黃瓜地上部形態學指標的影響

地上生物量、株高、莖粗是測定黃瓜幼苗生長發育的主要因素。通過對不同處理下黃瓜幼苗生長指標的測定（圖1）可知，與CK相比，P1、P2、P3處理下莖粗分別顯著增加了12.42%、18.14%、12.06%（Plt;0.05）；P2處理下株高顯著增加了21.49%（Plt;0.05），P1、P3處理下株高分別增加了3.99%、11.60%，但不顯著；P1處理下葉面積增加了17.02%，但不顯著，P2、P3處理下葉面積分別顯著增加了44.68%、25.53%（Plt;0.05）。在施加綠色木霉固態發酵基質的條件下，與未施加相比，黃瓜幼苗的株高增加了6.56%～13.68%，莖粗增加了7.88%～18.43%，葉面積增加了5.45%～16.18%。在磷濃度為220 mg/kg+綠色木霉固態發酵基質時的黃瓜生長狀況最好，黃瓜的莖粗、株高、葉面積與單施磷濃度為220mg/kg相比分別增加了18.43%、12.92%、40.10%（Plt; 0.05）。

由圖1可知，單施磷和單施綠色木霉固態發酵基質的黃瓜株高和莖粗F值都達到0.01的顯著水平，說明磷水平和綠色木霉固態發酵基質對黃瓜形態學指標有極顯著影響，同時磷水平與綠色木霉固態發酵基質的交互作用對黃瓜幼苗的葉面積也有極顯著影響。

2.2"綠色木霉固態發酵基質及施磷對黃瓜根系形態學指標的影響

土壤中的水分和養分能夠被植物根系吸收并將植物穩定地固著在土壤中，而根系形態學指標可以很好地反映植物根系的生長情況。由1表可知，與CK相比，P1處理黃瓜幼苗的總根長顯著增加了85.10%（Plt;0.05），其根體積、根表面積、分支數和交叉數均無顯著差異，但有所提高；P2處理黃瓜幼苗的總根長、根體積、根表面積、分支數和交叉數分別顯著增加了237.20%、96.55%、150.52%、54.97%、96.98%（Plt;0.05）；P3處理黃瓜幼苗的總根長和根表面積分別顯著增加了96.87%、62.96%（Plt;0.05）。在施加綠色木霉固態發酵基質的條件下，黃瓜幼苗的總根長、根體積、根表面積、分支數和交叉數均顯著高于未施加各處理，其中P2+M處理黃瓜幼苗各項根系形態學指標最大，相比于P2處理，其總根長、根體積、根表面積、分支數和交叉數分別顯著增加了23.87%、41.22%、23.02%、97.35%、118.10%（Plt;0.05）；與P3相比，P3+M處理黃瓜幼苗總根長、根體積、根表面積、分支數和交叉數分別顯著增加了73.35%、121.88%、77.96%、78.42%、131.17%（Plt;0.05）；CK+M與CK、P1+M與P1處理相比黃瓜幼苗各項根系形態學指標均顯著增加。從表1中還可以看出，單施磷和單施固態發酵基質的黃瓜總根長、根體積、根表面積、分支數和交叉數的F值均達到極顯著水平（Plt;0.001），兩者的交互作用對黃瓜的根體積和分支數并無顯著影響。

2.3"綠色木霉固態發酵基質及施磷對黃瓜物質積累量的影響

植株物質積累量是植株生長的重要指標之一。對施加綠色木霉固態發酵基質及施磷的黃瓜幼苗物質積累量進行交互分析，結果如圖2所示，單施綠色木霉固態基質和單施磷的黃瓜幼苗地上部鮮重、地下部鮮重和地下部干重的F值均達到極顯著水平（Plt;0.01），兩者交互處理對其并無顯著影響。CK處理黃瓜幼苗地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重最低，P2處理黃瓜幼苗地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重均顯著高于CK、P1、P3處理。施加綠色木霉固態發酵基質處理黃瓜幼苗的地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重和地下部干重均有一定的增加。CK+M與CK相較，黃瓜幼苗地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重分別顯著增加了7.41%、28.01%、14.92%、31.81%（Plt;0.05）；P1+M與P1相較，黃瓜幼苗地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重分別顯著增加了8.20%、20.80%、6.39%、15.91%（Plt;0.05）；P2+M與P2相較，黃瓜幼苗地上部鮮重增加了11.24%，地下部鮮重、地上部干重和地下部干重分別顯著增加了26.58%、19.72%、32.78%（Plt;0.05）；P3+M與P3相較，黃瓜幼苗地上部鮮重、地上部干重分別增加了4.05%、7.83%，地下部鮮重和地下部干重分別顯著增加了18.39%、13.22%（Plt;0.05）。試驗結果表明，同時施磷及綠色木霉固態發酵基質可以在一定程度上加快黃瓜植株的生長和干物質的積累。

2.4"綠色木霉固態發酵基質及施磷對黃瓜光合作用參數的影響

對施磷及固態發酵基質對黃瓜幼苗葉片光合參數進行交互分析，結果如圖3所示，單施磷、單施綠色木霉固態發酵基質及兩者交互的胞間CO2濃度（Ci）、凈光合速率（Pn）、水分利用效率（WUE）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導度（Gs）均達到極顯著水平（Plt;0.01），說明施加一定濃度磷及綠色木霉固態發酵基質對黃瓜幼苗的光合作用有一定的促進作用。

由圖3-A可知，黃瓜幼苗葉片的葉綠素含量在磷濃度為220 mg/kg和施加綠色木霉固態發酵基質處理最高。圖3-C數據顯示，CK的凈光合速率顯著低于各施磷處理，比P1、P2和P3處理組分別顯著降低了64.35%、93.52%、94.44%（P＜0.05），表明施磷有利于提高黃瓜幼苗同化 CO2的能力。同時施加綠色木霉固態發酵基質的各處理的凈光合速率顯著高于未施加綠色木霉固態發酵基質各處理，說明綠色木霉固態發酵基質對黃瓜幼苗的光合作用有一定的促進作用。圖3-D數據顯示，在施加綠色木霉固態發酵基質的條件下，隨施磷量的增加，WUE呈現出先增后降的趨勢。P1+M、P2+M和P3+M處理分別比CK+M顯著增加了13.93%、56.08%和35.64% （P＜0.05）。各施磷濃度處理組間也有一定差異，P2處理組顯著高于CK，增幅為95.41%（P＜0.05），同時顯著高于P1處理，增幅為45.53%（P＜0.05）。由圖3-E可知，施磷后黃瓜植株蒸騰速率加快，當施磷量為 220 mg/kg 同時施加綠色木霉固態發酵基質時，蒸騰速率達到最大值9.27 mmol/（m²·s）。胞間CO2濃度和氣孔導度與蒸騰速率一致，隨施磷量的增加呈現先增后降的趨勢（圖3-B、圖3-F）。

2.5"黃瓜生長指標與光合作用參數的相關性分析

采用相關性熱圖對黃瓜葉片株高、莖粗等生長指標和光合作用參數之間相關性進行分析（圖4）。結果表明，黃瓜幼苗地上部形態學指標株高、葉面積與物質積累量地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重之間均呈顯著正相關（P＜0.05）；

黃瓜幼苗的根系形態學指標與物質積累量、胞間CO2濃度、蒸騰速率均呈顯著的正相關關系（P＜0.05）；葉綠素含量與物質積累量、根系形態學指標均存在顯著的正相關（P＜0.05）。

2.6"黃瓜植株葉片生長指標及光合作用參數的主成分分析

對黃瓜14個指標進行主成分分析，結果如圖5所示，將累計貢獻率≥85%的提取出來作為主成分，本研究共取得2個主成分Y1、Y2，其對應的方差貢獻率分別為68.9%、12.4%。從表2中可以看出，第1主成分中的根表面積和WUE系數（0.305）大于其他因子，因此可分別稱為根表面積因子和WUE因子；第2主成分中的莖粗系數（0.592）大于其他因子，因此可稱為莖粗因子。

將8個處理中的14個指標試驗數據代入對應的表達式中，得到各指標的綜合得分值（Y值）和各處理的排序（表3）。根據上述綜合評價模型計算出各處理的綜合評價分值，得分越高則表明該處理下植株綜合品質越好。通過綜合評價結果可知，不同處理的排名依次為P2+M、P3+M、P1+M、P2、CK+M、P3、P1、CK，其中P2+M得分最高，為3.713；其次是P3+M和P1+M，得分分別為2.003和1.179。由此可知施加綠色木霉固態發酵基質對黃瓜幼苗的促生效果顯著。

3"討論與結論

生物量是農作物生長水平的重要指標，對衡量作物生長狀況、各種育苗技術措施所產效果具有重要的參考價值^［16］。在本試驗中，對單施磷和單施綠色木霉固態發酵基質進行交互效應分析發現，無論是單施還是兩者交互都會對黃瓜的株高、莖粗、葉面積產生一定影響。本研究結果顯示，施加綠色木霉固態發酵基質后能使黃瓜幼苗長勢旺盛，這說明發酵基質中的營養元素能夠直接被植物吸收。王茂等將發酵后中藥渣用于生菜種植，結果發現施加發酵后中菜藥渣可促進生植株發育，提高作物產量^［17］。本試驗與之相一致，施加綠色木霉固態發酵基質和施磷均能影響植株的生物量，在磷水平為220 mg/kg時效果顯著，施加綠色木霉固態發酵基質可以使黃瓜幼苗株高增加12.92%，葉面積增加40.10%。

根系是植物的營養器官，龐大的根系可以更好地促進植物吸收土壤中的水分和養分，植物生長的好壞可從根系形態變化中直接體現^［18］。本研究結果顯示， 施加綠色木霉固態發酵基質和施磷可以使植株總根長、根體積、根表面積等根系形態學指標顯著增加，說明綠色木霉固態發酵基質可以使植株根系龐大，增加根系分布，從而提高植物對土壤養分的利用率和抗倒伏能力，這與王引權等的試驗結果^［19］相一致。對單施磷和單施綠色木霉固態發酵基質進行交互效應分析后發現，磷水平和綠色木霉固態發酵基質的施加均對黃瓜植株根系產生了顯著的影響，在一定程度上說明一定磷水平和綠色木霉固態發酵基質的施用可以使黃瓜地下部分獲得比地上部分更多的有機物來促進根的生長，進而獲得更多的營養物質。

本研究結果顯示，施磷處理與對照相比，黃瓜幼苗地上部鮮重、干重和地下部鮮重、干重均明顯增加，同時施加綠色木霉固態發酵基質的黃瓜幼苗的物質積累量明顯高于未施加各處理。對單施磷和單施綠色木霉固態發酵基質進行交互效應分析后發現，施磷情況下對黃瓜幼苗物質積累量的影響作用最明顯。對黃瓜形態學相關的指標進行相關性分析發現，與黃瓜生物量相關的指標間均存在顯著的正相關關系，表明黃瓜幼苗根系吸收、利用磷素及營養物質的能力增強，從而對黃瓜的生長發育起到了積極的作用。

光合作用為植物自身生長發育提供營養物質，是植物的能量來源和生理基礎^［20］。本研究結果顯示，在相同磷水平下，施加綠色木霉固態發酵基質能顯著提高黃瓜幼苗的葉綠素含量，其中在磷水平為220 mg/kg時效果更優。試驗結果表明，施磷及施加綠色木霉固態發酵基質均能使黃瓜葉片氣孔導度和胞間CO2濃度明顯上升，蒸騰速率、水分利用效率等光合各項指標也均顯著增強，這與林宇嵐等的研究結果^［20］一致。因此說明施加一定量的磷和綠色木霉固態發酵基質能夠通過提高黃瓜的光合性能，進而促進幼苗的生長發育。對單施磷和單施綠色木霉固態發酵基質進行交互效應分析后發現，磷水平對黃瓜幼苗的光合參數的影響作用最明顯。

通過主成分分析，將8個處理黃瓜幼苗的14個生長指標轉化為2個主成分，而主成分載荷矩陣反映各個指標對主成分負荷的相對強度和作用方向，即該指標對主成分量的影響程度^［21］。這2個主成分的累計貢獻率為81.3%，可以代表全部指標信息的81.3%。綜合評價得分最高的處理為P2+M，其次是P3+M、P1+M，說明施加綠色木霉固態發酵基質對黃瓜的生長發育起到了一定促進作用。

本試驗通過研究供磷水平和施加綠色木霉固態發酵基質對黃瓜幼苗生長和光合作用的影響，發現當施磷220 mg/kg和施加綠色木霉固態發酵基質時，黃瓜地上部形態學指標、根系形態學指標以及光合作用參數均明顯增加，說明綠色木霉固態發酵基質對黃瓜的生長具有促進作用。

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