不同解磷菌劑對美國山核桃苗生長\\光合特性及磷素營養的影響

摘 要：為研究解磷菌劑對美國山核桃(Carya illinoensis)苗的促生效應，以及對光合特性和磷素吸收的影響，采用盆裁試驗分別測定了滅菌和未滅菌土壤條件下，接種綠針假單胞菌(Reudomonas chlaororapis)、熒光假單胞菌(Pesu-domonse fluorescens)和蠟樣芽孢桿菌(Bacillus cereus)后植株停止生長時的株高、生物量、凈光合速率、全磷含量等。結果表明，無論土壤滅菌與否，與對照相比，接種3種解磷菌劑均可顯著促進美國山核桃苗的生長發育，提高植株的凈光合速率及全磷吸收量(P<0.05)；2種土壤處理方式下都以接種綠針假單胞菌的效果最佳，且除滅菌土壤的植株全磷含量外，熒光假單胞菌菌劑的接種效應較蠟樣芽孢桿菌菌劑好；從土壤處理方式來看，未滅菌土壤接種3種解磷菌劑后其接種效應都相應優于滅菌土壤。

關鍵詞：美國山核桃；解磷細菌；磷素；促生效應

中圖分類號：S664.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009－9980(2010)05-725-05

磷是植物生長發育所必需的營養元素，缺磷可導致農作物產量明顯降低。土壤全磷含量雖然較高，但多以難溶態存在于土壤中，難以被植物吸收利用。生產上通過施用磷肥來解決土壤缺磷問題，不僅會耗竭有限的磷礦資源，還可能造成環境污染，破壞生態平衡。解磷細菌(phosphate solubilizingbacreria，PSB)是一類能夠將土壤中植物難以吸收的磷轉化為可利用狀態磷的有益微生物，它通過活化土壤磷元素或影響植物根系分泌物的種類和數量，增加植物根系對周圍K、Ca、Mg、Fe、Zn等營養元素的吸收，從而促進植物的生長發育。目前，在解磷微生物的研究中多以禾本科作物為接種對象，且對解磷微生物促生效應的研究多集中在對植株株高和生物量的影響。前人的研究結果表明接種解磷菌劑對水稻、玉米、燕麥、綠豆、甘蔗等作物均具有明顯的促生效應。而以木本植物作為接種對象研究解磷菌劑的促生效應。國內外報道甚少。

美國山核桃(CaryaiUinoensis)，為胡桃科(Jug-landaceae)山核桃屬(Carya)植物。原產北美，因對水土保持的作用和其果實的營養保健功能，越來越受到重視。但是核桃植株生長對磷元素的需求量較大，磷是制約其生長的重要因子，目前未見解磷菌劑在美國山核桃上應用的報道。我們以美國山核桃la生實生苗為試材，在土壤滅菌與未滅菌條件下接種解磷菌劑，探索其對植株生長、光合特性和磷素營養的影響，旨在為解磷菌劑在美國山核桃及其他林木上的應用。開發微生物肥料提供理論依據和方法。

1 材料和方法

1.1 材料

供試菌株為綠針假單胞菌(Pseudomonas chloro—raphis)、熒光假單胞菌(Pseudomonas fluoFescens)和蠟樣芽孢桿菌(Bacillus cereus)，由四川農業大學森林保護省級重點實驗室從四川省不同核桃產區核桃根際土壤中分離得到。供試植株為美國山核桃(Carya illinoensis)1a生實生苗，由四川省林業科學院提供。供試土壤采自四川省雅安市大興鎮林木育種基地，采樣深度為20cm，土壤質地為砂壤土。將采集的土壤分為2等份，一份經0.1％(占干重)的甲醛溶液熏蒸滅菌后作為盆栽用土，另一份未作任何處理作為對照。

土壤理化性質經測定為：有機質含量1.43％、全氮含量1.1g·kg^-1、全磷0.048％、速效磷含量13.8mg·kg^-1、全鉀含量3.89％、速效鉀含量47.07mg·kg^-1，pH值為7.1。

1.2 試驗地點

試驗地點為四川省雅安市四川農業大學林木種質圃，位于29°59‘N，海拔620m，屬北亞熱帶濕熱少日照生態類型，年平均氣溫16.2℃，年降水量1774mm，年日照1005h，年空氣相對濕度79％。

1.3 試驗設計

本試驗采用單因素隨機區組設計，共設5個處理：(1)接種綠針假單胞菌菌劑50mL(T1)；(2)接種熒光假單胞菌菌劑50mL(T2)；(3)接種蠟樣芽孢桿菌菌劑50mL(T3)；(4)接種經121℃濕熱滅菌2h的3個菌種混合菌劑50 mL為對照(CK)。每個處理設5個重復。每盆裝土量為5kg。

1.4 方法

1.4.1 菌劑制備及接種 菌劑制備：分別接種3種解磷細菌于LB液體培養基中，28℃，125 r-min^-1培養48 h。待菌株充分生長后，利用紫外分光光度計測定各菌株懸浮液光密度值(波長660nm)。當光密度值大于0.5后調整各菌懸液的光密度值至相同。每個三角瓶(300mL)內裝入150mLLB液體培養基，分別接種15mL上述各菌懸液，28℃。125r·min^-1培養2-3 d后測定其光密度值，使含菌量達到10s-109個·mE^-1，即為解磷細菌液體菌劑。

接種方法：待美國山核桃苗定植成活后，同時接種供試的解磷菌劑，即在每盆植株根際周圍分別用無菌注射器注射菌劑50mL，對照組則每盆注射滅菌后的LB液體培養基50mL。

1.4.2 測定項目 2009年10月中旬苗木停止生長后，測定植株的株高。每個處理選取5株生長一致的正常植株，將其根、莖、葉分別在105℃下殺青30min，75℃下烘干至恒重后稱重，計算每株總生物量。根、莖、葉分別粉碎后用H2s04-H20：消煮，鉬銻抗比色法測定磷含量。

光合作用氣體交換參數的測定采用Li-cor6400(美國)便攜式光合測定儀。于植株生長旺盛期，在晴朗的上午測定1a生枝上的功能葉。測量參數有：凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間C02濃度(Ci)，同時計算葉片水分利用率(WUE，瞬時凈光合速率與蒸騰速率的比值㈣)。測定選擇在上午9時至11時溫度較為穩定的時段進行，每個處理選3株重復測定，每株選取植株中部復葉的頂生葉，每片葉的光合生理參數作5次記錄，取其平均值。

1.5 數據處理

試驗所有數據經Excel 2003程序初步處理后，采用SPSS 11.5統計軟件進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同解磷菌劑對美國山核桃苗生長的影響

2.1.1 對株高的影響 滅菌土壤和未滅菌土壤在接種不同解磷菌劑后，與對照相比，其株高都有顯著增加。滅菌土壤中，3種菌劑促生效應明顯，均顯著高于對照(P<0.05)，其中T1菌劑促生效應最大，其株高為43.9cm，較對照增加36.8％，T2、T3菌劑增幅分別為31.2％、15.3％。未滅菌土壤中，3種菌劑也具有明顯的促生效應，且均顯著高于對照(P<0.05)，其中T1菌劑效果最佳，株高為46.6cm，為對照的144.3％，T2、，r3菌劑分別為對照的136.2％和120.4％(表1)。

由表1還可看出，滅菌土壤和未滅菌土壤均以接種綠針假單胞菌(T1)的促生效應最為明顯，其次為熒光假單胞菌(T2)和蠟樣芽孢桿菌(T3)。從土壤處理方式來看，未滅菌土壤接種不同解磷菌劑的促生效應都相應優于滅菌土壤。

2.1.2 對生物量的影響 3種菌劑對美國山核桃苗生物量的增加具有促進作用，均顯著高于對照(P<0.05)。其中，未滅菌土壤以T1菌劑接種效應最佳，其植株生物量為31.01g·株^-1，較對照增加了75.8％，，r2、T3菌劑較對照分別增加51.1％、37.4％。經差異顯著性分析，接種不同菌劑后植株生物量與對照相比均呈顯著性差異(P<0.05)。滅菌土壤的接種效應與未滅菌土壤相似，且以T1菌劑(綠針假單胞菌)接種效應最佳。從土壤處理方式來看，未滅菌土壤接種不同解磷菌劑后植株生物量的增加都顯著高于滅菌土壤(P<.05)。

2.2不同解磷菌劑對美國山核桃苗光合作用的影響

對于滅菌土壤而言，3種解磷菌劑均能顯著提高美國山核桃苗葉片的凈光合速率(P<0.05)，其中，T1(綠針假單胞菌)菌劑效果最佳，其Pn值為4，92umol·m^-2s^-1，較對照增加了44.7％。T2、T3菌劑較對照增幅分別為31.2％、28.8％，但3種菌劑之間差異不顯著。接種3種解磷菌劑后美國山核桃苗葉片氣孔導度較對照略有升高，但無顯著性差異(P<0.05)。而ci卻顯著降低，其中以Tl菌劑的降幅最大，為19.0％，3種菌劑間Ci值無顯著性差異。另外，T1(綠針假單胞菌)菌劑對美國山核桃苗葉片蒸騰速率影響較大，較對照增加38.3％，差異顯著(P<0.05)，r112和T3菌劑略高于對照，但無顯著差異(P<0.05)。從水分利用效率來看，3種解磷菌劑均有促進作用，但只有T2(熒光假單胞菌)菌劑能顯著提高植株葉片的水分利用效率，其值為1.59um01·mmoI^-1(P<0.05)，而3種菌劑之間差異不顯著。

對于未滅菌土壤而言，3種解磷菌劑均能顯著提高美國山核桃苗葉片的凈光合速率(P<0.05)，其中T1(綠針假單胞菌)菌劑促進效應最佳，Pn值為7.24umol·m^-2·s^-1，為對照的208.0％，差異顯著(P<0.05)，T2、T3菌劑較對照增幅分別為96.0％和63.8％。3種解磷菌劑中T1、T2間差異不顯著，T1、T2分別和T3之間差異顯著(P<0.05)。接種3種解磷菌劑均能不同程度地提高試驗苗的氣孔導度，其中T1、T3菌劑增幅較大，與對照苗差異顯著(P<0.05)，其Gs值分別為0.15 mmol·m^-2s^-1和0.16mmol·m^-2·s^-1，而，r2菌劑與對照差異不顯著。從胞間CO₂濃度來看，其變化與滅菌土壤相似，3種菌劑均能有效降低Ci值，但T1、T2菌劑的降幅較大，分別為7.8％和15.2％，且與對照呈顯著性差異(P<在0.05)。接種3種解磷菌劑后美國山核桃苗葉片蒸騰速率的變化與ci相似，但以T1菌劑的Tr值最大，為4.59mmol，m^-2·^-1為對照的158.3％，3種菌劑間呈顯著性差異(P<0.05)。另外，3種解磷菌劑均能提高植株的水分利用效率，且與對照差異顯著(P<0.05)。

綜上，從土壤處理角度來看，未滅菌土壤接種不同解磷菌劑后美國山核桃苗葉片的主要光合生理特性指標值有所增加，其中Tl(綠針假單胞菌)菌劑對凈光合速率的促進作用最大。

2.3 不同解磷菌劑對美國山核桃苗磷素吸收的影響

接種不同解磷菌劑后美國山核桃苗磷素吸收的試驗結果(表3)表明，無論土壤滅菌與否，3種解磷菌劑均能顯著提高美國山核桃苗植株的全磷含量(P<0.05)。

滅菌土壤接種T1(綠針假單胞菌)菌劑后植株全磷含量最高，為14.1g·kg^-1，較對照增加了55.0％，rr2、T3菌劑間植株全磷含量接近，且分別與接種T1菌劑后的植株全磷含量呈顯著性差異(P<0.05)。對未滅菌土壤而言，也以T1(綠針假單胞菌)菌劑效果最佳，植株全磷含量最高，為14.7g·kg^-1，較對照增加了69.0％，且顯著高于對照(P<0.05)。T2、T3菌劑接種效應相似。

由表3還可以看出，土壤滅菌與否對解磷菌劑促進美國山核桃苗全磷含量增加的影響不同，未滅菌土壤接種3種解磷菌劑后植株全磷含量都相應高于滅菌土壤。另外，經顯著性分析表明，未滅菌土壤里接種T2(熒光假單胞菌)菌劑比滅菌土壤更有利于提高植株的全磷含量，而接種T1(綠針假單胞菌)和rr3(蠟樣芽孢桿菌)菌劑間無顯著性差異。

3 討論

研究表明，供試的3種解磷菌劑在接種后均不同程度地促進了美國山核桃苗的生長，具體表現為各處理的植株苗高、生物量、凈光合速率、植株全磷含量均顯著高于對照。其主要原因可能是解磷微生物通過代謝產生各類有機酸和無機酸，或胞外磷酸酶。溶解土壤中的難溶性磷酸鹽，提高磷素的有效性。還可能與解磷細菌代謝產生多種植物激素、酸性物質以及維生素類物質有關，從而間接地調節美國山核桃苗植株的生長發育及磷素吸収。

在供試的3種解磷菌劑中，綠針假單胞菌(T1)菌劑對美國山核桃苗的促生效果明顯優于熒光假單胞菌(T2)和蠟樣芽孢桿菌(T3)，說明在美國山核桃苗根際接種不同的解磷菌劑其促生效果不同。綠針假單胞菌效果最佳，可能是由于自身具有更強的定殖能力，能更好的適應本試驗中的土壤環境，并與根際土著微生物群落競爭時能獲得更多維持自身代謝所需要的營養物質，從而沿根系分布、增殖和長期存活。因此，為了在生產中更好地發揮解磷細菌的作用，必須深入探討解磷細菌的作用機理及與環境因子的互作，并通過各種技術措施調控外界環境，滿足所接菌種的繁殖和生長。另外，應加強篩選調控菌株快速繁殖的遺傳因子，從遺傳上改良解磷細菌，才能使這類有益細菌持續有效的在生產中發揮作用。

磷是植物生長發育的重要物質基礎，作為底物或調節物質直接參與光合作用的各個環節。本試驗研究表明。接種3種解磷菌劑后美國山核桃苗植株的全磷含量顯著增加，同時葉片凈光合速率也相應提高。這可能與解磷菌劑活化了土壤中的磷素，并被核桃苗根系吸收后，參與光合作用，從而表現出較高的凈光合速率有關。這與大鈴鐺棗、紅椎、蘋果㈣等植物上的研究結果一致。但解磷菌劑是通過改善植株磷素營養，從而提高凈光合速率，還是通過自身分泌與生長有關的各類物質促進植株生長，從而間接提高凈光合速率，尚有待進一步研究。

研究還發現，供試的3株解磷細菌都能在土壤中定殖并發揮較好的溶磷效果，且在未經滅菌的土壤中，3種細菌的作用比滅菌土壤中的效果顯著，這與覃麗金等引對熱研2號柱花草的研究結果一致。造成這種結果的原因可能是多方面的：一方面是本試驗中所采用的土壤滅菌后，其環境不太適合3種解磷細菌的繁殖與生長，而未滅菌土壤則更適合其繁衍和生長；另外，本試驗所用的未滅菌土壤中可能本身含有其他解磷微生物，并發揮了溶磷作用；還有一種可能是未滅菌土壤中原有微生物區系的存在，包括其分泌物會促進接種的解磷細菌的繁衍和生長，從而增強菌劑的溶磷作用。具體原因還有待進一步試驗證實。

4 結論

結果表明無論土壤滅菌與否，美國山核桃苗接種綠針假單胞菌(Pseudomonas chlororaphis)、熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)和蠟樣芽孢桿菌(Bacillus ceFeuS)菌劑后，其株高、生物量，葉片凈光合速率和植株磷含量顯著提高。2種土壤處理方式下都以綠針假單胞菌的接種效應最佳，且除滅菌土壤的植株全磷含量外，熒光假單胞菌的接種效應較蠟樣芽孢桿菌好。從土壤處理方式來看，未滅菌土壤接種3種解磷菌劑后其接種效應都相應優于滅菌土壤。