微生物菌肥對(duì)甜高粱幼苗生長(zhǎng)和抗逆性的影響

微生物菌肥對(duì)甜高粱幼苗生長(zhǎng)和抗逆性的影響

與傳統(tǒng)施肥相結(jié)合的微生物肥在農(nóng)業(yè)和環(huán)保中的應(yīng)用研究微生物肥料作為一種新興的肥料，可以促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，為植物創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，提高植物的抗逆性，對(duì)提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量具有重要意義。目前,中國(guó)約有二十幾個(gè)省(市)將微生物肥料應(yīng)用于30多種作物上,其中禾谷類作物應(yīng)用最多,其次是油料和纖維類。不同作物因不同的生理特點(diǎn)、環(huán)境、接種物的種類和農(nóng)業(yè)措施,應(yīng)用微生物肥料效果也不盡相同。近年來(lái),微生物肥料的功效已得到人們的認(rèn)可,但在生產(chǎn)中的效果還不穩(wěn)定,這是由于對(duì)一些制約微生物菌肥肥效的因素研究還不是很全面。中國(guó)微生物菌肥的研究是從在豆科植物上應(yīng)用根瘤菌接種劑開(kāi)始的,起初只有大豆和花生根瘤菌劑,20世紀(jì)50年代開(kāi)始陸續(xù)從原蘇聯(lián)引進(jìn)自生固氮菌、解磷細(xì)菌和硅酸鹽細(xì)菌劑、“5406”抗生菌肥料、固氮藍(lán)綠藻肥、VA菌根等,20世紀(jì)80年代至90年代,相繼應(yīng)用聯(lián)合固氮菌和生物鉀肥作為拌種劑,近幾年,推廣應(yīng)用由固氮菌、磷細(xì)菌、鉀細(xì)菌和有機(jī)肥復(fù)合制成的生物肥料做基肥施用。微生物菌肥和化肥、有機(jī)肥等混合施用,比傳統(tǒng)施肥增產(chǎn)超過(guò)1%的報(bào)道占52.8%。雷春意在3年的時(shí)間里對(duì)小麥、玉米、番茄、馬鈴薯4種作物進(jìn)行微生物肥料應(yīng)用的田間試驗(yàn),結(jié)果得出化肥基肥用量降低25%~45%,4種作物的產(chǎn)量比常規(guī)施肥分別提高4.7%、18.1%、11.5%、36.2%。馮明印等研究生物菌肥在大豆上的應(yīng)用效果,得出在浸種和鼓粒期噴施菌肥葉面素后,大豆產(chǎn)量增幅3.10%~10.28%。目前中國(guó)生產(chǎn)和應(yīng)用的菌肥主要有根瘤菌、固氮菌、磷細(xì)菌、鉀細(xì)菌、EM菌肥料等。研究表明,微生物菌肥的使用具有可以減少化肥用量、增產(chǎn)效果明顯、重構(gòu)健康的土壤、提高作物抵抗病蟲(chóng)害、促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、提高抗逆能力等作用,另外,微生物菌肥還可以在環(huán)保工作中有廣闊的應(yīng)用前景。甜高粱SorghumbicolorL.(Moench)是普通高粱的一個(gè)變種。它與普通高粱一樣有較高的籽粒產(chǎn)量和莖稈產(chǎn)量,并且出汁率高,含糖量也較高,可作為優(yōu)良的飼料作物和糖料作物,是一種具有極大開(kāi)發(fā)潛力的新型能源作物。利用甜高粱莖稈生產(chǎn)酒精已經(jīng)成為一種新興的生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè),對(duì)解決當(dāng)前能源問(wèn)題具有重要意義。甜高粱種植區(qū)主要分布在干旱、半干旱地區(qū),雖然甜高粱本身具有較強(qiáng)的耐旱性,但水源不足仍是制約其產(chǎn)量的一個(gè)重要因素。要增強(qiáng)甜高粱對(duì)干旱和鹽脅迫的抗性,除了傳統(tǒng)的選育抗旱和抗鹽堿的甜高粱品種外,到目前為止,國(guó)內(nèi)還鮮有將微生物菌肥應(yīng)用到甜高粱生產(chǎn)上的相關(guān)報(bào)道,因此,研究微生物菌肥對(duì)于甜高粱抗旱和抗鹽堿的影響也非常的有意義。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所的陳曉華博士惠贈(zèng)本實(shí)驗(yàn)一種含有淀粉芽孢桿菌FZB42(BacillusamyloliquefaciensFZB42)活孢子的發(fā)酵液(試用裝),當(dāng)這種發(fā)酵液與生長(zhǎng)中的植物根系接觸,孢子就會(huì)發(fā)芽并在根部形成菌落,與病原真菌和細(xì)菌抗衡,促使植物分泌激素等;同時(shí),淀粉芽孢桿菌FZB42產(chǎn)生的物質(zhì)能通過(guò)增加根毛和提高可溶性磷的含量來(lái)刺激植物生長(zhǎng),從而提高產(chǎn)量和誘導(dǎo)植物抗性提高。因此,這種發(fā)酵液對(duì)植物的影響是許多有利于植物生長(zhǎng)的因素共同作用的結(jié)果,但是在單子葉作物水稻上施用效果則不穩(wěn)定?？紤]到水稻生長(zhǎng)環(huán)境特殊,土壤含水量非常高,厭氧條件下可能會(huì)影響菌肥功效的發(fā)揮。因此,筆者通過(guò)浸種和灌根兩種處理以及組合處理,探討了這種發(fā)酵液對(duì)旱生植物甜高粱種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和抗逆性的影響,為以后能否將這種發(fā)酵液應(yīng)用于干旱區(qū)甜高粱生產(chǎn)提供了初步依據(jù)。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)材料和處理本實(shí)驗(yàn)使用的甜高粱品種是BJ-17,由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)植物分子學(xué)實(shí)驗(yàn)室保存。1.1.1高粱種子的消毒1.1.2種子處理和復(fù)育引物的處理滅菌的甜高粱種子播種于營(yíng)養(yǎng)土(蛭石為1:1的土)中,覆土1cm,為了降低因種子質(zhì)量造成的誤差,播種時(shí)每缽種15~20粒種子,覆膜3d后揭膜,取長(zhǎng)勢(shì)相似的幼苗,每缽留10株,其余的剪除。每個(gè)處理3缽,實(shí)驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)。播種3d后,每隔5d進(jìn)行一次菌液灌根或澆水處理,之后進(jìn)行干旱或鹽脅迫處理。1.1.3混合細(xì)菌液1.1.4灌木根處理1.2細(xì)菌溶液對(duì)種子萌發(fā)的影響實(shí)驗(yàn)1.2.1比較1.2.2浸泡處理滅菌的甜高粱種子晾干后,以1:500的菌液稀釋液浸泡20min,放入帶有吸水紙的滅菌培養(yǎng)皿中,澆15mL自來(lái)水。1.2.3菌液的稀釋滅菌的甜高粱種子晾干后,放入帶有吸水紙的滅菌培養(yǎng)皿中,澆15mL的1:1000的菌液稀釋液。每個(gè)培養(yǎng)皿放100粒種子,每個(gè)處理3次重復(fù),統(tǒng)計(jì)3d內(nèi)的發(fā)芽率。1.3細(xì)菌溶液對(duì)甜高粱幼苗的生長(zhǎng)影響1.3.1不浸泡，也不生根即對(duì)照組1.3.2不浸泡根系1.3.3不浸泡灌木1.3.4菌液的不同濃度甜高粱種子用1:500菌液稀釋液浸種20min,播種后澆1:1000的菌液稀釋液。播種15d后觀察幼苗的生長(zhǎng)情況并比較株高、根長(zhǎng)、鮮重、苗重、根重、根冠比等指標(biāo)。1.4細(xì)菌溶液對(duì)甜高粱幼苗的抗逆性影響實(shí)驗(yàn)1.4.1干旱處理1.4.2濃度梯度的氯化水溶液浸種或灌根處理后,采用100mmol/L、200mmol/L、300mmol/L和400mmol/L共4個(gè)濃度梯度的氯化鈉水溶液,每隔5d處理1次。1.4.3生理指標(biāo)的測(cè)量丙二醛含量、SOD活性的測(cè)定均使用南京建成公司生產(chǎn)的植物專用試劑盒,具體操作按試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。脯氨酸含量的測(cè)定參考趙世杰等方法。1.5數(shù)據(jù)分析本實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)都使用Excel2003和SPSS軟件進(jìn)行分析。2結(jié)果與分析2.1對(duì)甜高爐幼苗生長(zhǎng)和抗性的影響為了測(cè)定該菌液對(duì)甜高粱種子萌發(fā)的影響,共做了3個(gè)處理。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),無(wú)論是浸種還是澆菌液處理的種子萌發(fā)率都與對(duì)照沒(méi)有顯著的差異,說(shuō)明在筆者的實(shí)驗(yàn)條件下菌液對(duì)甜高粱種子的萌發(fā)沒(méi)有影響。為了檢測(cè)浸種對(duì)甜高粱幼苗后期的生長(zhǎng)和抗性是否有影響,分別對(duì)萌發(fā)后10d、15d和20d的對(duì)照和2個(gè)處理的甜高粱幼苗進(jìn)行株高、根長(zhǎng)、鮮重、苗重、根重、根冠比進(jìn)行比較(表1~2),結(jié)果表明都沒(méi)有顯著性的差異。同時(shí),也對(duì)萌發(fā)后15d的對(duì)照和浸種處理的甜高粱幼苗澆灌400mmol/L氯化鈉,或者進(jìn)行干旱脅迫,在處理后5d和10d分別對(duì)每缽甜高粱的株高、根長(zhǎng)、鮮重、苗重、根重、根冠比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差顯著性分析,結(jié)果顯示都沒(méi)有顯著性差異。以上事實(shí)說(shuō)明,菌液浸種處理對(duì)甜高粱的生長(zhǎng)和抗性沒(méi)有影響或者影響比較微弱。2.2灌根對(duì)甜高嶺土幼苗生長(zhǎng)的影響對(duì)生長(zhǎng)15d的4種處理的甜高粱進(jìn)行觀察,從圖1可見(jiàn),菌液灌根處理對(duì)甜高粱幼苗的株高影響較大,灌根處理的株高明顯較不灌根的低,表明該菌液的灌根處理對(duì)甜高粱幼苗的生長(zhǎng)有抑制作用。2.3干旱脅迫對(duì)甜高爐幼苗生長(zhǎng)的影響對(duì)生長(zhǎng)15d的4種處理的甜高粱幼苗進(jìn)行自然干旱,5d和10d后分別進(jìn)行株高、根長(zhǎng)、鮮重、苗重,根重、根冠比的測(cè)定。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,干旱處理5d后,除根冠比之外,灌根與不灌根處理之間其他的形態(tài)指標(biāo)間均存在顯著差異,如圖2和表3所示。但是如圖2所示,干旱處理10d后的甜高粱幼苗,灌根處理的株高與不灌根處理的無(wú)明顯的區(qū)別;并且對(duì)干旱15d后的甜高粱進(jìn)行株高、根長(zhǎng)、鮮重、根重、苗重、根冠比的測(cè)定,所有的形態(tài)指標(biāo)方差分析都不顯著。說(shuō)明在同樣的干旱脅迫下,灌根處理的甜高粱幼苗生長(zhǎng)速度要更快一些,即灌根處理提高了甜高粱的耐旱性。同樣,對(duì)生長(zhǎng)15d大的4種處理的甜高粱幼苗進(jìn)行自然干旱,干旱15d后進(jìn)行復(fù)水,復(fù)水3d后觀察其長(zhǎng)勢(shì),如圖3所示。從圖3中可以明顯地看出,灌根處理的甜高粱幼苗在復(fù)水后均存活下來(lái),而對(duì)照和僅浸種處理的都枯死了,說(shuō)利用此種菌液對(duì)甜高粱進(jìn)行灌根處理,可以提高甜高粱的耐旱性。2.4鹽脅迫對(duì)甜高爐幼苗抗氧化酶系統(tǒng)的影響為了解該菌液對(duì)甜高粱耐鹽性的影響,首先對(duì)甜高粱自身的耐鹽性進(jìn)行了探討。對(duì)萌發(fā)后15d的不浸種不灌根的甜高粱幼苗分別進(jìn)行不同濃度的氯化鈉鹽脅迫,處理10d后觀察其與澆水對(duì)照甜高粱的長(zhǎng)勢(shì),可以明顯地觀察到,100mmol/L和200mmol/L氯化鈉處理的甜高粱與對(duì)照無(wú)明顯差別,而在300mmol/L和400mmol/L氯化鈉處理下的甜高粱明顯比對(duì)照退綠嚴(yán)重(圖4)。說(shuō)明甜高粱自身可抵抗300mmol/L以下的鹽脅迫,但對(duì)300mmol/L以上濃度的鹽脅迫則較敏感。已有報(bào)道表明,甜高粱幼苗在鹽脅迫下脯氨酸、丙二醛含量和SOD活性均會(huì)受到影響,如叢靖宇等人的報(bào)道[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。因此,對(duì)不同濃度鹽脅迫下甜高粱幼苗的脯氨酸含量進(jìn)行了測(cè)定,如圖5所示,在100mmol/L和200mmol/L氯化鈉脅迫下,甜高粱幼苗的脯氨酸的含量都較低,而在300mmol/L和400mmol/L氯化鈉處理下,脯氨酸的含量顯著增加。此外,也檢測(cè)了不同濃度氯化鈉處理下甜高粱幼苗體內(nèi)SOD活性和丙二醛含量的變化。如圖7所示,在400mmol/L氯化鈉處理下,灌根處理的甜高粱在2h左右SOD活性就大幅度的增加,而未進(jìn)行菌液灌根處理的甜高粱的SOD活性在4h左右才達(dá)到7000左右,說(shuō)明灌根處理可以使甜高粱體內(nèi)的SOD的反應(yīng)速度提高;如圖8所示,在氯化鈉處理開(kāi)始的6h內(nèi),灌根處理的甜高粱幼苗的MDA含量均低于未灌根處理的。這些指標(biāo)也說(shuō)明菌液的灌根處理有助于提高甜高粱的耐鹽性。綜合前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出結(jié)論:菌液灌根處理可以提高甜高粱幼苗的耐鹽性。并且也觀察到,在未進(jìn)行鹽處理之前,灌根處理的甜高粱幼苗的株高明顯低于不灌根處理的,但是鹽脅迫處理15d后,這種差距就不存在了(圖6)。4種氯化鈉濃度脅迫下都可觀察到此現(xiàn)象。3灌根處理對(duì)甜高爐生長(zhǎng)的影響目前中國(guó)微生物菌肥已應(yīng)用于30多種作物上,其中禾谷類作物應(yīng)用最多,其次是油料和纖維類。不同作物因不同的生理特點(diǎn)、環(huán)境、接種物的種類和農(nóng)業(yè)措施,應(yīng)用效果也不盡相同。筆者首次研究了一種微生物菌肥在甜高粱生產(chǎn)中的應(yīng)用,不僅為提高甜高粱抗旱和抗鹽堿性提供了新的方法途徑,還為進(jìn)一步擴(kuò)寬微生物菌肥在甜高粱農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了初步的理論依據(jù),因此研究微生物菌肥對(duì)于甜高粱的影響也非常的有意義。本實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明,該菌液浸種處理對(duì)甜高粱種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及其抗逆境耐受性的提高均沒(méi)有明顯的作用。當(dāng)然,浸種菌液的濃度是按照陳博士提供的試用裝使用說(shuō)明設(shè)定的,沒(méi)有做更多的濃度梯度;此外,處理時(shí)間也需要做等更多的梯度,來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證浸種是否的確對(duì)甜高粱種子萌發(fā)和生長(zhǎng)無(wú)影響。而灌根處理明顯提高了甜高粱的耐旱性和耐鹽性。在同樣干旱15d,覆水之后菌液灌根處理的甜高粱仍然可以存活,而對(duì)照則枯萎而死,充分的說(shuō)明該菌液的灌根處理提高了甜高粱對(duì)干旱的耐受能力。同樣,在鹽脅迫下,菌液處理的甜高粱體內(nèi)會(huì)更快的產(chǎn)生較高SOD活性,來(lái)消除生物體在新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì),如MDA,MDA可表示細(xì)胞在逆境條件下的膜脂過(guò)氧化程度,從而保護(hù)了機(jī)體的正常生長(zhǎng),使灌根處理的甜高粱在逆境下更好的生長(zhǎng),對(duì)照處理的甜高粱體內(nèi)的SOD和MDA的變化與叢靖宇等的研究報(bào)道相似。但是在沒(méi)有脅迫條件下,菌液灌根處理對(duì)甜高粱生長(zhǎng)有抑制作用,尤其降低了甜高粱的株高,所以還需在以后的實(shí)驗(yàn)中摸索一個(gè)既不影響產(chǎn)量又可提高抗逆性的菌液濃度,以便更好地在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。筆者的研究只是了解了此種菌液對(duì)甜高粱幼苗時(shí)期的影響,并沒(méi)有觀察其對(duì)甜高粱后期,尤其是對(duì)結(jié)實(shí)期的影響,因此,還需在大田中進(jìn)一步觀察該菌液對(duì)甜高粱整個(gè)生育期的影響,以確定其最終是否能應(yīng)用于甜高粱的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。近年來(lái),由于中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)肥料的需求量不斷增加,而化學(xué)肥料價(jià)格上漲和大量使用化肥造成環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品污染等原因,人們開(kāi)始重視微生物菌肥的生產(chǎn)。微生物肥料的功效已得到人們的認(rèn)可,但在生產(chǎn)中的效果還不穩(wěn)定,這是由于對(duì)一些制約微生物菌肥肥效的因素研究還不是很全面,如微生物進(jìn)入土壤后同類微生物間的競(jìng)爭(zhēng)、拮抗作用以及接種菌株在植物根際的定殖能力等,及其應(yīng)用方法和產(chǎn)品工藝等方面,都需要進(jìn)行廣泛的研究,使微生物菌肥料得到廣泛的應(yīng)用。由于微生物肥料具有低投入、高產(chǎn)出且綠色無(wú)污染的特性,今后,可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展也需要生物肥料的參與,微生物菌肥不僅可補(bǔ)充肥源不足,而且可用作綠色有機(jī)食品專用肥。因此,需開(kāi)發(fā)新的微生物菌肥品種,提高質(zhì)量,發(fā)展微生物菌肥加工工業(yè),建立微生物肥料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和管理體系,以及加強(qiáng)微生物菌肥的科研、技術(shù)培訓(xùn)及推廣應(yīng)