不同自生固氮菌對大豆促生作用的研究

劉勇　張鴻雁　馬亞飛　劉艷　周茉莉

摘要 [目的]為研究接種不同自生固氮菌對大豆生長的影響。[方法]以大豆田土壤為培養基質，將9株自生固氮菌混菌接種到大豆盆栽土壤中，通過對干濕質量、葉片大小、株高、根長、須根數等指標的測定與分析，獲得各菌株對大豆苗期生長的促生作用。[結果]9株菌均能促使大豆苗生長。不同菌株促生效果差異較大。其中，固氮菌2121、2212、2222和2312對大豆幼苗促生影響最為顯著，菌株2122、10321、10322對大豆生長的促進效果則較差。

關鍵詞 自生固氮菌；大豆生長；固氮微生物；影響

中圖分類號 S144；Q945；Q948 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-021-02

隨著世界資源短缺和環境污染問題的日益嚴峻，資源消耗型石化農業正在向循環型生態農業過渡。世界各國都在大力發展微生物肥料，尤其是固氮微生物肥料的研究和應用[1]。微生物肥料是一種節約資源、環境友好、和諧生態的新型肥料[2]。菌種是微生物肥料生產的基礎。農業生產亟需廣譜、高效、抗逆的固氮微生物肥料生產菌種，以便通過生物固氮來改善禾本科植物營養狀況，促進植物生長，同時起一定的生物防治作用[3-4]。

當前，在農業生產應用上較廣泛、意義較重要的固氮資源有豆科植物共生固氮、紅萍和固氮藍藻結瘤的非豆科植物聯合固氮和自生固氮等。在農業生產上，應用較廣的主要有豆科植物的共生固氮與聯合固氮。藍藻屬于自生固氮菌。但到目前為止，除藍藻外，自生固氮菌很少作為肥料在土壤中應用。在數世紀以前，中國和東南亞一些國家就利用紅萍作為綠肥和飼料與固氮藍藻共生固氮，其固氮量可達150～300 kg/hm2，高的可在450 kg/hm2以上。在目前已知的共生固氮體系中，它的固氮量最高[5]。自生固氮菌的固氮量遠低于共生固氮量。對自生固氮菌的研究始于19世紀，雖發展較晚，但目前已分離出自生固氮菌。它們的固氮能力均很強，但在生產上的應用不盡如人意。

自生固氮菌是一類廣泛存在于土壤中，能在常溫常壓條件下通過其體內固氮酶的作用把空氣中的氮固定下來形成氨，進一步變成植物可以利用的氮素[6]，能在無氮情況下生長的微生物。它具有促進豆類植物生長、促進豆類根系生長、增加植物產量的作用。無論作為微生物菌肥，還是參與到共生固氮中，研究自生固氮菌都很有必要，并且開發自生固氮菌菌肥潛力巨大。為此，前人基于自生固氮菌的結構特點，在實驗室設計各種培養方式、鑒定方法，但是對大豆生長效果的針對性都不強。在前人研究的基礎上，筆者選擇生長狀況較好的一些菌株，考察它們對大豆生長的影響，以期為此類微生物肥料的研發提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料 供試菌株為自生固氮菌9株，分離自連作大豆田土壤。盆栽土壤取自黑龍江省安達市大豆田，有機質46.04 g/kg，速效氮226.3 mg/kg，速效磷9.35 mg/kg，速效鉀171.9 mg/kg，pH 6.90。固氮菌培養基為阿須貝無氮培養基[7]。供試大豆種子為合豐49。

1.2 方法

1.2.1 固氮菌菌體的準備。將菌株活化于固體培養基上，在生長過程中觀察菌落生長情況，挑取菌落生長狀況良好的菌落。菌株培養7 d后接種于液體培養基中，在160 r/min、28 ℃搖床上培養至對數生長期，菌液濃度為2.82×109個細胞/ml。

1.2.2 試驗設計。將試驗所需的花盆用自來水清洗2～3次直至水不渾濁后，用純凈水洗干凈，置于烘箱烘干，備用。試驗采用單因素隨機區組設計，以不接種固氮菌為對照。每個處理3次重復。每個花盆加入82 ml菌液，將農田土壤與菌液按等比例混合。播種后，于室溫（25 ℃±5 ℃）培養。

1.2.3 取樣及各指標測定。1個月后收獲，洗凈。收獲時，測定株高、鮮質量、葉片長寬度、須根數。稱鮮質量后，將植株放于干燥紙上，于烘箱中80 ℃烘干至恒重，測定植株干質量。

1.2.4 數據處理。試驗數據用Excel2003和SPSS Statistics 17.0軟件進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同自生固氮菌菌株對大豆幼苗干質量的影響 由表1可知，大豆接種固氮菌后，不同菌株對幼苗干鮮質量的影響不同。與對照相比，菌株2212、10321、10121、2111、10322和2312對大豆幼苗鮮質量的影響間差異在0.05水平顯著，其他4株菌對大豆鮮質量的影響差異不顯著；對于干質量，除了菌株2121的影響差異顯著外，而其他8株菌對幼苗的影響顯著性與對鮮質量的影響相同。

2.2 接種不同自生固氮菌菌株對大豆幼苗真葉和子葉大小的影響 由表2可知，與對照相比，9株自生固氮菌對真葉大小的影響間差異達0.05顯著水平，對子葉大小無影響。對照植株沒有長出真葉，故真葉長寬皆為0，而9株自生固氮菌接種后大豆皆長出真葉，不同自生固氮菌施用的真葉大小不同。對于真葉大小，最大的為2121和2212，促生效果最強，其次為2222，而最小的為2122。

2.3 接種不同自生固氮菌菌株對大豆株高、根長和須根數的影響 由表3可知，與對照相比，9株自生固氮菌對株高和須根數的影響間差異在0.05水平顯著，而對根長的影響因菌株不同而不同。與對照差異最大的為2212，其次為2121和2222，差異較小的為10322。與對照相比，2212、2222和10121對幼苗根長的影響最大，其次是2111、2121和2312，而2122和10321有抑制根長生長的作用。對于須根數，影響最大的是2212、2312，其次是2111、2121、2222和10322，2122和10321須根數基本相當，10121對須根數量的增加有抑制作用。

2.4 不同自生固氮菌發酵液中生長素含量 在植物生長過程中，吲哚乙酸可以促進植物生長。通過測量固氮菌所含吲哚乙酸含量，間接測定其對豆類植物生長的促進作用。經測定，不同菌株細胞外都含有促進植物生長的吲哚乙酸，但不同菌株含量存在差異，其中10322菌株所含吲哚乙酸含量達到最大，為4.95 pmol/L，菌株2222和2312含量次之，分別為2.75和2.7 pmol/L，菌株2212和菌株10121約2 pmol/L，這5株菌所含吲哚乙酸含量均在2 pmol/L左右，其他菌株含量較低，其中菌株10321所含吲哚乙酸含量最少。

3 結論與討論

在無氮情況下，自生固氮菌能利用空氣中的氮在酶的作用下進行固氮，為其提供生長所必須的氮源。豆類植物生長需要氮源。接種固氮菌后，它能有效促進大豆植株的生長。試驗結果表明，9株固氮菌對大豆幼苗生長有促進作用，能加快大豆幼苗的生長速率，促進增加幼苗干鮮質量、葉片大小、株高、根長和須根數等。沈宏等[8]認為，土壤微生物通過影響根細胞的通透性、根的代謝、修飾轉化根分泌物來影響根系的發育。這與試驗中固氮菌促進大豆根系生長的結果相符。自生固氮菌除了能夠固氮外，還可能產生植物激素以促進植物生長[9]。

參考文獻

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