關于固氮菌優勢組合篩選及其對甘蔗的促生長作用

梁文龍

（廣西綠墾建設工程有限公司，廣西 南寧 530024）

甘蔗一直以來都是我國非常重要的糖料作物之一，在甘蔗生產過程中，一般會選擇使用大量的化肥，長此以往，甘蔗的產業發展會受到嚴重的限制。固氮菌在應用時，有利于促使土壤當中的營養元素實現循環轉化。在經過一系列的大量實踐研究結果分析后，發現內生固氮菌能夠定殖在植株的根系以及體內，同時還可以分泌有機酸等各種不同類型的物質，對土壤的養分也可以起到良好的活化作用，對土壤根際微生物群落可以起到良好的改善效果，以此來促使植物對礦質營養元素進行合理的吸收和利用，以此來促進植物的生長。

1 植物內生固氮菌相關理論研究

植物的內生固氮菌通常可以分為兼性和專性兩種不同類型，兼性固氮內生細菌通常是指根的內外以及土壤當中的生活狀態相對比較活躍地一種內生菌，而專性則是僅定殖在根、葉的內部，很難真正的生存在土壤當中。植物內生固氮菌可以被看作是內生菌中的一種類型，其主要是指定殖在植物體內，同時與宿主之間可以實現有效聯合，以此來實現固氮的微生物。植物內生固氮菌不僅具有固氮的作用和價值，而且還可以對植物起到良好的促進生長作用。內生固氮菌在應用時，其可以被廣泛應用在土壤當中，尤其是在常溫條件下，能夠將體內的固氮酶作用充分發揮出來，促使空氣當中的氮氣直接固定轉化成為對應的氨，這樣能夠促使植物對氮素進行有效吸收和利用，對農作物的增產可以起到非常重要的影響和作用[1]。一般固氮菌在促進植物生長時，自生固氮菌的利用有利于保證多種糧食作物產量得到有效提升。所以可以將其作為提高植物獲取氮素量的重要措施，盡可能減少農作物氮肥的使用量，避免對生態環境造成嚴重污染影響。

2 植物內生固氮菌促生作用以及土壤活化作用

除了生物固氮的影響和作用之外，諸多內生固氮細菌也會產生吲哚乙酸以及細胞分裂素等，這些對植物的生長都可以產生一定的影響，是促進植物生長發育的重要激素。內生細菌在作物促進以及各不同類型元素吸收方面也具有實質性意義，有利于保證作物產量得到有效提升。內生固氮菌有利于促使土壤當中礦物鉀的溶解，接種固氮菌促使土壤當中的無效鉀得到有效控制，由此可以看出，內生固氮菌對植株也可以起到良好的促進效果，促使其在鉀元素吸收中的效果更加明顯。內生固氮菌可以對生物固氮以及分泌植物激素等不同類型，促使礦質營養元素的吸收得到有效提升，以此來促進植物根系的生長。內生固氮菌在實踐中還可以通過各種不同類型的作用機制，對其自身的根際土壤群落多樣性進行轉變和優化，對植物的根系代謝活動也可以起到良好的刺激效果，通過直接或間接的方式，對根際的土壤以及植株產生良好的促進作用[2]。植物的根部以及根際微生物相互之間的作用會直接對土壤肥力產生決定性影響，如圖1 所示。

圖1 植物—土壤微生物作用

現階段，內生固氮菌在根際區域范圍內可以實現大量的繁殖，其轉變成為相對比較優勢的菌株之后，會直接定殖在植物的根系，后續通過產生植物的激素或者是對土壤當中很難溶的富養圓等進行處理，以此來促進植物的生長以及發育，或直接以間接誘導的方式，對系統抗性進行合理利用，促使植物可以實現健康生長。多種內生固氮菌本身具有固氮及解鉀等一種、多種的功能作用，其可以對生物固氮作用進行合理利用，對空氣當中的氮進行固定處理，而且還可以有效分泌有機酸等，促使環境中的pH得到有效控制，以此來實現對土壤養分的活化處理，對植物的生長可以起到良好的促進效果。

3 較優促生菌株組合篩選及對甘蔗生長的影響結果分析

3.1 較優促生菌株組合篩選

3.1.1 不同接菌處理對土壤氮素的影響分析

一般土壤在整個接種組合菌液之后，土壤當中的硝態氮、銨態氮等含量有明顯的上升趨勢，但是與空白差異性展開對比分析之后，發現不同處理對土壤氮元素含量帶來的影響具有明顯差異性，如表1 所示。菌株組合CN11+DX120E 在經過處理之后，其自身的土壤硝態氮含量最高，在菌株組合CA1+DX120E 處理之后，土壤銨態的氮含量最高，與對照組相比，可以達到其5.29倍，由此可以看出，菌株處理有利于促使土壤氮素營養得到有效提升。

表1 不同接菌處理對甘蔗土壤氮素的影響 單位：mg/kg

3.1.2 不同處理對土壤磷素的影響

結合表2 中不同菌株以及對應組合菌液在處理之后，土壤當中目前現有的有效磷以及無機磷的整個含量結果，由此可以看出，不同菌株在處理有效磷時的含量有所增加，最低也可以增加56.2%，無機磷的含量普遍有明顯的下降趨勢，降低27.2%以上，與對照組展開對比分析時的差異性相對比較明顯[3]。菌株DX120E 在經過處理之后的土壤有效磷含量最高，其在空白對照中達到2.72 倍，菌株的PAL5 處理次之，其達到空白對照的2.62 倍。

表2 不同處理對甘蔗土壤磷素的影響 單位：mg/kg

3.1.3 不同處理對土壤鉀素的影響

根據相關數據統計以及研究結果，不同菌株以及對應的組合菌液處理之后的土壤當中速效鉀以及緩效鉀含量有明顯的上升趨勢。結合對照分析結果，菌株的處理基本上都可以對土壤當中的鉀素進行活化處理。比如CA1+DX120E+WZS021 的菌株處理后，土壤速效鉀的含量最高，被看作是空白對照4.67 倍。菌株CA1 在處理之后的土壤緩效鉀含量最高，為空白對照的2.22 倍。不同菌株組合對土壤速效鉀以及緩效鉀的含量提升效果之間具有非常明顯的差異性。

3.1.4 不同處理對土壤有機酸含量的影響

根據相關數據統計以及調查研究結果，不同的單菌株以及組合菌液在經過處理之后，土壤當中的有機酸含量有明顯的上升趨勢，各處理有機酸的總含量在整個空白對照當中可以達到2.69 倍以上[4]。其中，菌株的DX120E 在處理之后，土壤當中的有機酸含量最高，被看作是空白對照中的6.46 倍，PAL5 則是空白對照的6.25 倍。由于不同菌株的分泌有機酸種類、數量之間具有明顯的差異性，所以各處理之間也具有明顯不同。

3.2 菌株對甘蔗生長以及代謝相關酶活的影響

3.2.1 不同接菌處理對甘蔗株高的影響

一般在接菌處理之后，植株的整個株高有明顯的上升趨勢，在針對30d、60d 以及90d 處理之后，B8 的品種株高以及對照相比，有明顯的上升趨勢。在90d 之后，各種不同類型的接菌處理，與對照相比要更高一些。各處理株高的排序，按照從大大小依次排列為PAL5＞DX120E＞CN11+DX120E＞CA1+DX120E+WZS021，與對照相比，分別提高54.21%、50.94%、48.43%、35.09%[5]。對于甘蔗品種ROC22 接菌處理30d、60d 之后，與對照處理相比，株高都有明顯上升趨勢，但是不同的接菌處理之間并沒有任何明顯的差異性。各種處理株高的排列，按照從大到小依次為PAL5＞CN11+DX120E＞DX120E＞CA1+DX120E+WZS021，與對照相比，分別提高31.56%、29.41%、28.15%、22.12%。

3.2.2 不同接菌處理對甘蔗莖徑的影響

在整個接菌處理之后，B8 品種的莖徑與空白對照相比，有明顯的上升趨勢。在90d 的時候，增加量可以達到20.73%，但是在處理過程中，各處理方式之間并沒有呈現任何的差異性。甘蔗品種ROC22 當中，接菌處理之后的甘蔗莖徑與空白對照相比，均有明顯的提高，除了30d 之外，各處理時期的莖徑處理情況，按照從大到小的排列依次為PAL5＞DX120E＞CN11+DX120E＞CA1+DX120E+WZS021。在90d 的時候，與對照相比，其分別提高26.14%、19.07%、12.55%、7.82%。由此可以看出，ROC22 莖徑受到接菌處理的影響相對比較大。

3.2.3 不同接菌處理對甘蔗葉綠素含量的影響

葉綠素含量可以被看作是甘蔗植株自身光合能力強弱判斷時的重要依據和參考指標，不同接菌在經過處理之后，兩個甘蔗品種葉片當中的葉綠素含量與對照相比，有明顯的提高，如圖2所示。甘蔗品種B8 葉綠素的含量最高是PAL5、DX120E 的處理，其在接菌90d 之后，各接菌處理與未接菌處理展開對比分析時，其有明顯的上升趨勢，但是各處理之間的差異性并不是很明顯。ROC22 品種的葉片葉綠素含量與對照相比，有明顯提高，由于受到時間的不斷變化而逐漸呈先增加后下降的狀態，30d、90d 的各菌株處理差異性并不是很明顯[6]。60d 時候葉綠素含量最高的分別是PAL5、CN11+DX120E 及DX120E 處理，對應提高30.02%、29.63%和24.07%。

圖2 葉綠素指標

3.3 接種固氮菌對甘蔗的促生長作用

根據目前現有的一系列實驗研究結果不難看出，甘蔗接種固氮菌之后，固氮菌由于在整個甘蔗的根部會呈現有效定殖或侵入甘蔗植株體內定殖等。后續通過其自身分泌有機酸等各種不同類型的方式，可以對土壤氮磷鉀進行有效活化處理，對土壤肥力可以起到良好的改善效果，促使土壤酶的活性得到有效提升。這樣不僅有利于從根本上促使土壤養分的供給得到有效提升，而且還可以促使甘蔗的株高、莖徑等含量有所增加。除此之外，在整個代謝組學分析過程中，明顯看出DX120E 在經過一系列的處理之后，差異代謝物主要以含氮化合物、有機酸等組合而成。更重要的是在接菌之后，甘蔗通過上調部分糖酵解以及TCA 循環中間產物，有利于促使糖酵解以及TCA 循環，促使植株自身的氮、碳代謝等得到有效促進。在整個代謝通路富集分析過程中，不難看出氨基酸等相關通路之間的占比比較明顯，菌株在整個處理過程中，對植株的氨基酸代謝也可以起到良好的促進效果。氨基酸不僅可以與糖酵解、TCA 循環之間建立密切的聯系，而且其被看作是植物代謝通路當中，各種不同類型酶的重要基礎物質，甘蔗當中各種不同類型的氨基酸上調，對甘蔗的生長可以起到良好的促進效果。

植株的地下以及地上部分會產生協調影響，地下部分呈現的一系列改變，勢必會引起地上的改變。所以，在接菌之后，對甘蔗土壤氮素活化作用相對比較明顯，有利于促使甘蔗莖葉當中的氨基酸、碳水化合物合成，對糖類物質的積累也可以起到一定的積極效果。這種形勢下，其與接菌之后的甘蔗可溶性糖含量等提升結果具有一致性。由此可以看出，接菌處理對甘蔗的碳、氮代謝都會產生一系列的影響，有利于促使相關酶活性的提升，促進甘蔗干物質含量的增加，以此來提高甘蔗產量。

4 結語

經過一系列的對比分析和深入探究，不同菌株以及其組合處理土壤時，土壤中的硝態氮、有機酸等含量都有明顯的上升趨勢，無機磷的含量下降，與空白對照之間的對比差異相對比較明顯。總而言之，固氮菌對甘蔗的生長可以起到良好的促進作用，同時還可以對氮代謝進行有效調節，提高養分的整體利用率。