不同促生菌混配對燕麥生長及品質的影響

張惠榮，姚拓，馬亞春，李明源

(甘肅農業大學草業學院，草業生態系統教育部重點實驗室，甘肅省草業工程實驗室，中-美草地畜牧業可持續發展研究中心,甘肅 蘭州 730070)

燕麥是禾本科燕麥屬一年生作物，在我國主要分布于西北和東北等半干旱高寒地區和農牧過渡帶，得天獨厚的地域優勢降低了燕麥的生產成本[1]。研究表明，全世界種植燕麥的面積已經達到250萬hm2[2]，而全球的消耗量將達到1 100萬噸[3]。近年來，燕麥的大量種植主要是因為它的食用價值、藥用價值和飼用價值等，燕麥中含有大量的水溶性纖維等成份，有降低膽固醇、控制血糖和改善便秘等作用[4-6]。

農藥和化肥的超標使用，不僅不符合國家的綠色生產要求，同時也會降低燕麥的利用價值。繼2017年后，2020年中央一號文件再次正式提出要落實綠色農業和清潔生產，強調在根源上治理污染的同時，還要促進化肥和農藥的減施和高效利用[7]。這就使得微生物菌肥的生產迫在眉睫，與化肥相比，微生物菌肥在改良土壤環境的同時，還會在一定程度上增加作物產量，有助于實現國家倡導的綠色農業[8]。

植物根際促生菌(PGPR)是一類分布于植物根際或根系表面與其共生并對植物產生促生作用或者可以抑制植物病原菌的一大類細菌[9]。近年來，國內外針對不同植物的根際促生菌研究較多，李永斌等[10]發現從小麥的根際土壤分離的優良菌株再接種于小麥，會使其畝產量顯著增加；Roriz Mariana等[11]研究發現，將優良的PGPR菌劑接種到缺鐵的大豆中，會促進鐵在葉片中的積累。隨著植物根際促生菌劑逐漸產業化，很多學者也開始對植物根際促生菌的不同功能進行研究，促生菌可以提高馬鈴薯的生物量、產量和蛋白質的含量，促進辣椒根系的生長[12-13]；還能夠將燕麥莖干物質的比例提高13.68%，提高燕麥的產量和抗逆性[14-16]。以上研究均是微生物單一菌劑的研究，而微生物混合菌種菌劑相較于單一菌劑的優點是適應能力與促生能力均能提高，且更穩定，也是微生物菌劑將來的發展趨勢[17]。微生物復合菌劑的制作包括微生物物種的整合和選擇[18]，而物種整合則是以菌株的功能為基礎，通過構建微生物復合菌劑數學模型，對微生物的配比進行研究，但是目前國內外對于混合微生物菌劑配比的研究較少，而針對燕麥的微生物混合菌劑的配比研究更少。基于此，利用前期篩選的6種PGPR菌株為材料，設計不同的菌株混合比例(體積比)，制作微生物菌劑，進行盆栽試驗，測定其對燕麥生長和品質的影響，為后續微生物菌肥研制提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試種子 供試燕麥品種為貝勒2代，發芽率為92%，由甘肅農業大學草業學院提供。

1.1.2 供試菌株 供試菌株由甘肅農業大學草業學院草地微生物實驗室提供，其特性見表1。

表1 PGPR菌肥制作所用菌株

1.1.3 菌肥制作 將平板上的6株PGPR菌株接種于液體LB培養基，180 r/min，20 ℃的搖床中培養24 h，用平板對峙法[19]測定菌株間的拮抗作用，在確保菌株之間沒有拮抗反應的情況下，將各菌株以體積比為1%的接種量接種于含100 mL的無菌液體LB培養基中進行擴繁(兩株固氮菌以體積比1∶1、兩株溶磷菌株以體積比1∶1的比例分別混合培養，分泌IAA菌株和生防菌株分開培養)，培養48 h后測定其D600nm值，待菌懸液中活菌數量大于108cfu/mL即可作為微生物菌肥使用.

1.2 試驗設計

試驗于2020年8月在甘肅農業大學草業學院智能生長室進行，模擬室外生長條件，白天，2×104lx光照16 h，濕度55%，溫度20 ℃；夜晚，黑暗8 h，濕度60%，溫度19 ℃。試驗設5個處理，每個處理3次重復(按比例每杯共加菌液12 mL)(表2)。挑選飽滿、完好無損的燕麥種子，用5%的NaClO消毒3 min，然后無菌水浸泡2 h，置于外徑13 cm，高9.5 cm的Hoaglands營養液的塑料杯中培養，每杯5株，生長溫度20 ℃，培養7 d后每杯加入12 mL的菌液，定期添加Hoaglands營養液供植株良好生長，燕麥生長45 d拔節期時將地上部分收獲。

表2 試驗處理

1.3 測定指標及其方法

在燕麥拔節期，用卷尺測定不同處理下的株高(燕麥根莖部到主莖頂部的絕對高度)；莖粗采用游標卡尺測定；每個塑料杯中的5株燕麥全部收獲，烘箱105 ℃、30 min殺青，然后在80 ℃下烘干至恒重，稱重，計算燕麥的干草產量[20]；半微量凱氏定氮法測定粗蛋白含量[21]；索氏提取法測定粗脂肪含量[22]；Van Soest法測定酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量[23]。

1.4 灰色關聯度綜合分析

根據灰色系統關聯度理論[24]，將菌肥處理對燕麥生長和營養品質的影響進行綜合性評價。以不添加菌肥的CK為參考，其他不同比例菌肥處理的各項指標為比較模式。分別計算出關聯系數、關聯度。

關聯系數計算公式：

ξi(k)=

1.5 統計分析

采用Excel 2010對試驗數據進行處理及圖表繪制，采用SPSS20.0進行單因素方差分析。

2 結果與分析

1.1 不同比例菌肥處理對燕麥生產性能的影響

2.1.1 不同比例菌肥處理對燕麥株高的影響 與CK相比，各比例的菌肥處理對燕麥的株高均有不同程度的促進作用。T1-T4處理分別較CK增加了5.75%、5.18%、14.15%、5.53%；不同比例菌肥處理對燕麥株高的影響為：T3> T1>T4>T2>CK，其中處理T3相較于CK差異顯著(P<0.05)，處理T1、T2和T4之間差異不顯著(P>0.05)(圖1)。

圖1 不同比例菌肥處理下燕麥的株高Fig.1 Effect of different fertilization treatments on plant height of oats注：T1：體積比1∶0∶0∶0；T2：體積比0∶1∶0∶0；T3：體積比3∶5∶1∶1；T4：體積比4∶4∶1∶1；T5：對照CK，總體積12 mL。下同

2.1.2 不同比例菌肥處理對燕麥莖粗的影響 不同比例菌肥處理對燕麥莖粗的影響與株高極為相似，各處理均與CK差異顯著(P<0.05)，差異為27.37%～40.51%，表現為T2>T4>T1>T3>CK，其他各處理間差異不顯著(P>0.05)(圖2)。

圖2 不同比例菌肥處理下燕麥的莖粗Fig.2 Effect of different fertilization treatments on stem diameter of oats

2.1.3 不同比例的菌肥處理對燕麥地上生物量的影響 不同比例菌肥處理對燕麥鮮重和干重影響不同。不同比例的菌肥處理對燕麥鮮重的影響分別表現為： T3>T2>T1>T4>CK；對干重的影響分別表現為：T3>T4>T2>T1>CK。鮮重、干重均為T3處理表現最佳，鮮重較CK相比增加28.95 g，干重較CK相比增加5.95 g，其余3個處理與CK相比差異顯著。

圖3 不同比例菌肥處理下燕麥的鮮、干重Fig.3 Effects of different bacterial fertilizer on dry and fresh weight of oat

2.2 不同比例菌肥處理對燕麥營養指標的影響

2.2.1 不同比例菌肥處理對燕麥粗蛋白含量的影響 不同比例菌肥處理對燕麥粗蛋白含量的影響不同。各處理粗蛋白含量在7.00%～9.07%，較CK增加了6.42%～29.57%。處理T3表現最佳，較CK增加了29.57%；處理T1、T2和T4間差異不顯著(P>0.05)；T1、T2較CK差異顯著(P<0.05)，T4與CK間差異不顯著(P>0.05)(圖4)。

圖4 不同比例菌肥處理下燕麥的粗蛋白含量Fig.4 Effect of different fertilization treatments on crude protein of oat

2.2.2 不同比例菌肥處理對燕麥粗脂肪的影響 4種比例的菌肥處理均能提高燕麥的粗脂肪含量。各處理較CK增加了0.65%～2.06%，其中處理T2效果最為顯著，粗脂肪含量達到7.80%，較CK表現為差異顯著(P<0.05)；而處理T4與CK相比只增加了0.65%，差異不顯著。T1、T3和T4處理間差異不顯著(P>0.05)(圖5)。

圖5 不同比例菌肥處理下燕麥的粗脂肪含量Fig.5 Effects of different fertilization treatments on ether extract of oats

2.2.3 不同比例菌肥處理對燕麥ADF、NDF和RFV的影響 不同處理間ADF、NDF和RFV含量差異顯著。T1的ADF含量最低，為39.51%，顯著低于CK，較CK低1.83%，各處理間差異不顯著(P>0.05)。NDF含量變化與ADF含量變化極為相似，其中處理T4的NDF含量最低，為55.35%，與CK相比減少2.25%，各處理間差異均不顯著(P<0.05)。處理T4的RFV最大，為97.29%，較CK相比增加了5.65%，處理T1、T2和T3之間無顯著差異(P<0.05)，但均高于CK(表5)。

表3 不同比例菌肥處理燕麥的ADF、NDF和RFV

2.2.4 灰色關聯度分析 不同比例菌肥的加權關聯度為T3(0.171)>T2(0.168)>T4(0.143)>T1(0.137)>CK(0.081)。綜合上述結果得出：T3處理對于燕麥的生長和品質的提高效果最為顯著(表4)。

表4 不同比例菌肥處理關聯度排序

3 討論

3.1 不同比例的菌肥處理對燕麥生長的影響

本研究結果表明，不同比例的菌肥處理對燕麥的株高、莖粗以及地上生物量均有不同程度的增加，其中處理T3的增產效果最為明顯。株高和莖粗分別增加了7.96%～21.73和27.37%～45.26%，這是由于菌株在生長和繁殖過程中，可以提供植物生長直接利用的營養元素，也會產生對植物有益的代謝產物，以此促進植物的生長；產生的赤霉素和脫落酸等，不僅會促進植物株高增加，也會使植物橫向生長，使植物莖粗有不同程度的增加[25]；彭佳俊等[26]研究表明：增施菌肥與常規化肥相比，能有效增加油茶果的橫莖；楊鋒等[27]研究表明：微生物菌肥與化肥配施與單施化肥相比青菜的株高增加了0.33 cm，也使得產量顯著增加，均與本試驗結果一致。菌株mJ-2產生的吲哚乙酸含有的根瘤菌會增加植物生長過程中所必須的氮素，同時固氮菌會分泌多種維生素，為植物提供氮素，也會改變燕麥根系IAA的內源層，菌株在其代謝過程中，會增加營養液中的酸根離子，進而促進植物吸收和生長[28]；李云玲等[29]研究表明：溶磷特性良好的草木樨中華根瘤菌CHW10B顯著提高南方紅豆杉的苗高和地上生物量；邢芳芳等[30]利用1株高產IAA菌株HB-1顯著提高了白菜的產量，均與本研究結果相似。菌株Fn1和mF-4均是溶磷菌株，除了向燕麥提供磷素以外還會通過一些途徑刺激BNF的轉化效率，增強植物對于其他有益離子的利用率，從而促進植物的生長。

3.2 不同比例菌肥對燕麥品質的影響

燕麥品質是衡量菌肥效果的重要指標。研究發現，不同比例的菌肥對燕麥的粗蛋白、粗脂肪以及粗纖維含量較CK均有不同程度的增加，粗蛋白和粗脂肪的含量分別較CK增加6.42%～42.67%和0.65%～3.10%；酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量較CK均有不同程度的降低，其中處理T3相較與T5差異顯著，分別降低了3.56%和5.34%。張博琦等[31]研究表明，微生物菌肥顯著提高玉米秸稈的粗蛋白含量，較CK增加9.1%，而且酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量降低了17.20%和13.91%。研究發現，施用微生物菌肥會使植物吸收可溶性蛋白和可溶性糖的量增加，還會改變根系形態等，從而提高植物的品質[32-33]；菌株Bn12主要起生防作用，會產生鐵載體，螯合不溶性的鐵，隔離燕麥根際中有限的鐵離子，降低有害離子的競爭作用，從而增強植物的抗逆性，增加產量和提高燕麥品質；Chen等[34]研究證實，PGPR能提高植物對錳的吸收，錳可以作為許多氧化還原反應的活化劑，并參與植物的光合作用，提高植物品質；菌株mJ-2分泌的IAA會影響燕麥的分裂和分化，提高根系發育速率，從而會提高燕麥的營養品質；Hortencia和Victor[35]研究表明,PGPR對番茄果實品質有積極影響，特別是果實的大小和質地；Yanni等[36]從水稻分離出聯合固氮細菌并回接到水稻上，顯著提高了水稻的粗蛋白含量 (P<0.05)。

4 結論

固氮、溶磷、分泌IAA、生防菌株以3∶5∶1∶1的比例混合施用促進燕麥生長，提高其營養品質效果最為顯著。