甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌對(duì)基質(zhì)培黃瓜生長(zhǎng)及根際環(huán)境的影響

王 菁,馬 飛,王君正,2,曹冠西,胡曉輝,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院,陜西楊凌 712100;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西楊凌 712100)

隨著中國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,設(shè)施蔬菜生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,土壤連作障礙、土傳病害、土壤鹽漬化等問(wèn)題也日益突出[1-3],嚴(yán)重影響了設(shè)施蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì),制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。基質(zhì)栽培較傳統(tǒng)土壤栽培能夠改善根際環(huán)境,調(diào)節(jié)水、氣、肥供應(yīng)的矛盾關(guān)系,且具有恢復(fù)地力、改善土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),成為設(shè)施蔬菜增產(chǎn)提質(zhì)和轉(zhuǎn)型升級(jí)的有效手段。

目前,關(guān)于基質(zhì)栽培的研究主要基于通過(guò)水/肥調(diào)控、基質(zhì)配方和品種比較等栽培管理方式的優(yōu)化,達(dá)到提質(zhì)增效的作用[4-5],但生產(chǎn)過(guò)程依然難以降低對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)肥料的依賴。植物根際促生菌能通過(guò)自身的代謝活動(dòng)和代謝產(chǎn)物積累發(fā)揮抑制根際病源微生物、促進(jìn)植物吸收養(yǎng)分與生長(zhǎng)、改善根際環(huán)境等作用[6-8],進(jìn)而基于功能菌株的微生物制劑應(yīng)運(yùn)而生。微生物菌劑是人工培植的有益微生物菌群經(jīng)加工制成的微生物活菌制劑,能在土壤或基質(zhì)中有效定殖,形成有利于植物生長(zhǎng)的微生物優(yōu)勢(shì)菌群[9],提高土壤肥力和活性[10],促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)吸收,調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng),或使植物產(chǎn)生抗逆和(或)抗病性[11],施用生物菌劑是科學(xué)改良土壤、提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)水平的有效方式[12]。甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌(Bacillusmethylotrophicus)為生防型革蘭氏陽(yáng)性菌,具有抗逆性強(qiáng)、抗菌譜廣、環(huán)境友好且不易產(chǎn)生耐藥性等特點(diǎn)[13-14],對(duì)西瓜枯萎病[15]、黃瓜炭疽病[16]有良好的抑制效果,部分菌株具有固氮和分泌吲哚乙酸(3-Indoleacetic acid,IAA)、氨基環(huán)丙烷羧酸脫氫酶(I-aminocyclopropane-I-carboxylic acid,ACC)、乙烯及鐵載體等功能[17]。但目前關(guān)于甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)和根際環(huán)境的影響鮮有研究,且缺少該菌劑在基質(zhì)培黃瓜生產(chǎn)中施用方案的相關(guān)研究報(bào)導(dǎo)。因此,本試驗(yàn)通過(guò)比較不同劑量甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌對(duì)基質(zhì)培黃瓜生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)和根際環(huán)境等指標(biāo)的影響,研究甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌的促生增產(chǎn)提質(zhì)效果,篩選出最優(yōu)的菌劑用量,并結(jié)合光合參數(shù)和基質(zhì)理化性質(zhì),闡釋其作用機(jī)理,為挖掘功能型微生物制劑及指導(dǎo)設(shè)施基質(zhì)培黃瓜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和生產(chǎn)指導(dǎo)方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為‘博耐526’,供試微生物菌劑為‘VL-10’型甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌(粉劑,山東蔚藍(lán)生物有限公司生產(chǎn),有效活菌數(shù)5×1010CFU/g)。試驗(yàn)用基質(zhì)為牛糞及菇渣的腐熟物,其理化性質(zhì)為:速效氮含量1.4 g/kg、速效磷含量0.8 g/kg、速效鉀含量5.5 g/kg、全氮含量 19.4 g/kg、全磷含量8.4 g/kg、全鉀含量20.3 g/kg、pH為6.94、電導(dǎo)率為2.3 mS/cm、有機(jī)質(zhì)含量為483 g/kg。試驗(yàn)采用袋式基質(zhì)栽培方式,基質(zhì)袋規(guī)格為70 cm×20 cm×16 cm,基質(zhì)填充量為18 L/袋,每袋種植2株。采用水肥一體化滴灌系統(tǒng)進(jìn)行水肥供應(yīng),灌溉和營(yíng)養(yǎng)液供應(yīng)流速為1 L/h。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年3—7月在陜西楊凌(北緯 34°28′,東經(jīng)108°7′)揉谷設(shè)施農(nóng)業(yè)基地非對(duì)稱大跨度塑料溫室內(nèi)進(jìn)行。甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌菌劑用量共設(shè)置0、1、2、4、6 g/株(分別記為CK、T1、T2、T3、T4)共5個(gè)處理。于3月25日選取3葉1心、長(zhǎng)勢(shì)一致、生長(zhǎng)健壯的黃瓜幼苗定植于基質(zhì)袋內(nèi),各處理種植28株,3次重復(fù),定植密度為 3 419株/667m2。在緩苗后(4月12日)將不同處理所需單株菌劑用量稱取后分別一次性溶于250 mL清水中,攪拌均勻后,對(duì)每株植株進(jìn)行灌根,CK處理澆灌同體積清水。采用水肥一體化滴灌系統(tǒng)進(jìn)行水肥供應(yīng),營(yíng)養(yǎng)液選用山崎黃瓜專用營(yíng)養(yǎng)液,開(kāi)花坐果期和盛果期分別按照每株500 mL/d和1 L/d供應(yīng)(除陰雨天外)。采用單蔓整枝方式,其余田間管理操作按常規(guī)設(shè)施無(wú)土栽培管理方式進(jìn)行。7月1日結(jié)束試驗(yàn),采收期65 d。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 于定植后當(dāng)天每個(gè)處理隨機(jī)選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記,在黃瓜植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)最快、各處理間差異最明顯的4月12日至5月1日測(cè)定其株高、莖粗、最大葉面積等形態(tài)指標(biāo)。于處理后第0 天開(kāi)始,每5 d測(cè)定1次,共測(cè)4次。株高為莖基部至生長(zhǎng)點(diǎn)的高度,莖粗為莖基部直徑,葉面積選取最大葉面積,按如下公式[18]計(jì)算:

A=0.743bl

式中:A為最大葉面積,b為最大葉寬,l為最大葉長(zhǎng)。

1.3.2 光合指標(biāo)測(cè)定 于處理后第30天(即果實(shí)逐漸膨大,光合代謝旺盛的盛果初期),各處理隨機(jī)選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株,采用便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)(Li-6800,Li-CorInc,Ltd,USA)測(cè)定黃瓜第4葉位(自上到下)的凈光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度等光合參數(shù)。采用乙醇丙酮混合浸提法測(cè)定相應(yīng)葉片葉綠素含量[19]。

1.3.3 產(chǎn)量測(cè)定 各處理隨機(jī)選取6株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株記錄果實(shí)單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量,667 m2產(chǎn)量由小區(qū)產(chǎn)量折算得出。

1.3.4 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定 于處理后第40 天,即果實(shí)品質(zhì)最有代表性的盛果期,各處理隨機(jī)選相同葉位的5根長(zhǎng)勢(shì)一致的黃瓜果實(shí)測(cè)定其果實(shí)品質(zhì)。其中,有機(jī)酸含量采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定[20],游離氨基酸含量用水合茚三酮法測(cè)定,可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定,還原糖含量用3,5-二硝基水楊酸法測(cè)定,可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定,維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定[21]。

1.3.5 基質(zhì)酶活性測(cè)定 于處理后第50 天(即黃瓜植株生長(zhǎng)末期),各處理隨機(jī)選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株根系基質(zhì)取樣,基質(zhì)經(jīng)去除植物組織,自然風(fēng)干、混勻,研磨過(guò)篩后測(cè)定基質(zhì)酶活性。基質(zhì)脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉靛酚比色法測(cè)定,酶活性以脲酶作用下 37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h后1 g基質(zhì)生成NH3-N的質(zhì)量表示;蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定,酶活性以蔗糖酶作用下37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h后1 g基質(zhì)生成葡萄糖的質(zhì)量表示;磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定,酶活性以磷酸酶作用下37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h后1 g基質(zhì)所釋放的酚的質(zhì)量表示[22]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、整理及圖表制作,SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,Duncan’s方法顯著性檢驗(yàn),數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示,用Pearson相關(guān)性分析黃瓜其他指標(biāo)與產(chǎn)量品質(zhì)之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菌劑用量對(duì)黃瓜形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1 對(duì)黃瓜株高和莖粗的影響 由圖1-A可知,處理后第0天至第20 天,不同處理間黃瓜株高的差異逐漸增大,且均以T2處理效果最優(yōu),T3或T4處理次之,T1處理效果最弱。處理后第20天,T2處理的黃瓜株高顯著高于其他處理,且較CK處理顯著提高55.29%;T4處理次之,較CK處理顯著提高26.94%;T1和T3處理雖分別較CK處理提高17.76%和19.01%,但與CK處理無(wú)顯著差異。由圖1-B可知,黃瓜莖粗在處理后第10天和第15 天分別以T3和T2處理有最大值,顯著高于CK處理,增幅分別為17.30%和20.32%;在處理后第20 天,施用菌劑的處理黃瓜莖粗均顯著高于CK處理,但不同劑量處理間無(wú)顯著差異,表明不同菌劑劑量對(duì)黃瓜莖粗無(wú)顯著影響,以T3處理增幅最大,為21.79%。結(jié)果表明施加甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可以有效提高設(shè)施內(nèi)有機(jī)基質(zhì)培黃瓜的株高和莖粗,促進(jìn)莖的生長(zhǎng),隨處理后時(shí)間延長(zhǎng),作用效果逐漸增加,以T2和T3處理的作用效果最佳。

誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤,柱上不同字母表示處理后第20天時(shí)不同處理間在0.05水平差異顯著Error bars are standard error,and different letters above the bars indicate significant differences at 0.05 level after treatment on the 20th day圖1 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜株高和莖粗Fig.1 Plant height and stem diameter of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.1.2 對(duì)黃瓜葉面積的影響 由圖2可知,處理后第0 天,各處理間黃瓜葉面積無(wú)顯著性差異。處理后第10天至第20天,T2、T3和T4處理的葉面積均顯著高于CK處理且三者間無(wú)顯著差異,而T1處理與CK處理無(wú)顯著差異。至處理后第20 天,T2、T3和T4處理的葉面積分別較CK處理顯著增加21.78%、22.06%和27.26%。表明施加甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可以有效促進(jìn)設(shè)施內(nèi)有機(jī)基質(zhì)培黃瓜葉片生長(zhǎng),中高菌劑用量下對(duì)黃瓜葉面積的促進(jìn)效果更優(yōu)。

誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤,圖柱上不同字母表示同一時(shí)期不同處理間在0.05水平差異顯著,下同Error bars are standard error,and different letters above the bars indicate significant differences among treatments in the same period at the 0.05 level ,the same below圖2 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜葉面積Fig.2 Leaf area of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.2 不同菌劑用量對(duì)黃瓜光合參數(shù)的影響

2.2.1 對(duì)葉綠素含量的影響 由表1可知,隨菌劑用量的增加,黃瓜葉片中葉綠素a、葉綠素b和總量均呈先升后降的變化趨勢(shì),在T3處理中值最大,顯著高于CK和T1處理,該處理的葉綠素a、b和總含量分別較CK處理顯著提高 49.59%、42.11%和48.45%,T2處理次之,較CK處理分別顯著提高27.64%、26.32%和 27.95%,而T1處理的葉綠素總量較CK增幅僅為 10.56%。

表1 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜葉綠素含量Table 1 Chlorophyll content of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.2.2 對(duì)黃瓜光合參數(shù)的影響 由表2可知,T3和T4處理的蒸騰速率(Tr)、凈光合速率(Pn)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)與CK處理相比均有提高,其中,Tr、Ci和Gs均以T4處理值最大,分別較CK處理顯著提高 69.44%、6.12%和115.52%,而T3處理次之,分別較CK處理顯著提高29.17%、2.85%和 87.93%。Pn以T3處理有最大值,與T2處理無(wú)顯著差異,分別較CK處理顯著提高51.09%和46.62%,T4處理的Pn也較CK顯著提高 33.94%。T2處理還較CK處理顯著提高葉片Gs,增幅為77.59%,而T1處理的光合參數(shù)與CK相比均無(wú)顯著差異。

表2 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜光合參數(shù)Table 2 Photosynthetic indexes of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.3 不同菌劑用量對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

由圖3可知,菌劑處理均可提高黃瓜產(chǎn)量,且黃瓜產(chǎn)量隨菌劑用量增加呈先升后降的變化趨勢(shì),以T3處理值最高,較CK處理顯著提高 39.17%;T2和T4處理次之,分別較CK處理顯著提高28.32%和26.51%。T1處理與CK處理無(wú)顯著差異。

圖3 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜產(chǎn)量Fig.3 Yield of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.4 不同菌劑用量對(duì)黃瓜品質(zhì)的影響

由表3可知,黃瓜果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的最優(yōu)值出現(xiàn)在T3或T4處理中。T3處理的果實(shí)游離氨基酸、有機(jī)酸和還原糖含量最高,分別較CK處理顯著提高26.88%、30.67%和16.36%;T4處理次之,分別較CK處理顯著提高14.88%、18.40%和11.80%。T4處理的果實(shí)可溶性蛋白、可溶性總糖和維生素C含量最高,分別較CK處理顯著提高19.93%、23.82%和22.35%。T1處理的可溶性蛋白含量和T2處理的有機(jī)酸含量、可溶性總糖含量和維生素C含量較CK處理顯著提高,增幅分別為12.55%、8.59%、20.94%和 16.47%。T1處理的還原糖含量和T2處理的游離氨基酸含量顯著低于CK處理。其余指標(biāo)與CK處理無(wú)顯著差異。

表3 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜品質(zhì)指標(biāo)Table 3 Qualities of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.5 不同菌劑用量對(duì)基質(zhì)酶活性的影響

由表4可知,處理后第50 天,施用菌劑顯著提高基質(zhì)的脲酶活性,但不同用量間無(wú)顯著性差異,以T4處理增幅最大;基質(zhì)蔗糖酶活性以T1處理有最高值,較CK處理顯著提高90.08%,T2和T3處理間差異不顯著,但均顯著高于CK處理,而T4處理顯著低于CK處理。處理后第50天基質(zhì)堿性磷酸酶活性以T3處理有最大值,較CK處理顯著提高18.27%,T1處理次之,T2和T4處理與CK處理的差異不顯著。

表4 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜基質(zhì)酶活性Table 4 Substrate enzymatic activity of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.6 不同菌劑用量對(duì)基質(zhì)速效養(yǎng)分含量的影響

由表5可知,基質(zhì)中的硝態(tài)氮含量在不同時(shí)期均以T2處理值最高,在處理后第15天、第30天和第50天時(shí)分別較CK處理提高77.14%、8.50%和 37.63%。處理后第15天時(shí),T3與T4處理基質(zhì)中的硝態(tài)氮含量也顯著高于CK處理。CK、T1和T4處理的基質(zhì)銨態(tài)氮含量隨生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)逐漸降低,而T2處理在處理后第15天時(shí)高于0 d,且顯著高于同時(shí)期其他處理,較CK處理增幅為61.17%;T3處理在處理后第30天時(shí)高于0 d,且在處理后第30天和第50天時(shí)均高于其他處理。處理后第15天和第50天,菌劑處理的基質(zhì)速效磷含量與CK處理相比無(wú)顯著差異;在處理后第30天,隨著菌劑用量的增加速效磷含量呈先減后增的變化趨勢(shì),以T2處理最低,較CK處理顯著減少 25.00%。

表5 不同菌劑施用量有機(jī)基質(zhì)培黃瓜基質(zhì)速效養(yǎng)分含量Table 5 Available nutrients content in substrate of cucumber cultured in organic substrate under different dosages of bacteria

2.7 黃瓜其他指標(biāo)與產(chǎn)量、品質(zhì)的相關(guān)性分析

由表6可知,處理后15 d黃瓜的株高與可溶性總糖和維生素C含量呈顯著正相關(guān)性(P< 0.05);葉面積與有機(jī)酸、還原糖和可溶性總糖含量呈顯著正相關(guān),與維生素C含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);葉綠素總量與還原糖含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與產(chǎn)量、游離氨基酸、有機(jī)酸和維生素C含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);蒸騰速率與有機(jī)酸和維生素C含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與游離氨基酸、可溶性蛋白和還原糖含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);凈光合速率與產(chǎn)量、游離氨基酸和還原糖含量呈顯著正相關(guān) (P<0.05),與有機(jī)酸和維生素C含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);胞間二氧化碳濃度與還原糖和可溶性總糖含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與維生素C含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);氣孔導(dǎo)度與游離氨基酸和可溶性總糖含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與有機(jī)酸、還原糖和維生素C含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。處理后50 d基質(zhì)的脲酶含量?jī)H與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(P< 0.01);蔗糖酶含量與黃瓜可溶性總糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05);堿性磷酸酶活性與黃瓜有機(jī)酸和還原糖含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與黃瓜游離氨基酸含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);處理后15 d基質(zhì)的硝態(tài)氮含量與黃瓜產(chǎn)量和有機(jī)酸含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與黃瓜的可溶性總糖和維生素C含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);基質(zhì)的速效磷含量黃瓜可溶性總糖含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。結(jié)果顯示黃瓜的光合指標(biāo)與黃瓜果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性較強(qiáng),表明甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌通過(guò)促進(jìn)黃瓜的光合作用從而起到提高產(chǎn)量品質(zhì)的作用。

表6 黃瓜其他指標(biāo)與產(chǎn)量、品質(zhì)的相關(guān)性Table 6 Correlation between yield and quality of cucumber and other index

3 討論與結(jié)論

植物根際微生物可通過(guò)誘導(dǎo)效應(yīng)、拮抗作用、競(jìng)爭(zhēng)作用、產(chǎn)生有益代謝物等促進(jìn)植物生長(zhǎng)[24]。而基質(zhì)外施微生物菌劑可通過(guò)生物固氮、解磷、解鉀和分解土壤有機(jī)養(yǎng)分等途徑,促進(jìn)養(yǎng)分釋放及植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收,同時(shí)微生物還能分泌植物激素等物質(zhì)促進(jìn)植物生長(zhǎng),直接或間接影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[20]。但不同的微生物菌劑其功能、作用方式與最佳用量間存在差異。施用到根系環(huán)境中的植物促生菌首先需要成功在根際定殖,而后才能發(fā)揮其促生作用。已有研究表明,甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可以在香蕉、水稻的根際土壤中良好定殖,并起到抗菌防病或促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用[25-26]。而作為甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌的近源菌種,在黃瓜根際篩選得到的解淀粉芽孢桿菌SQR9能夠顯著促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng),且影響其定殖的部分信號(hào)分子機(jī)制已被闡明[27-28]。但甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌在基質(zhì)培黃瓜根際中的定殖情況及影響因素仍需進(jìn)一步研究。植物中約90%的干物質(zhì)由光合作用產(chǎn)生,高等植物綠葉光合作用中光反應(yīng)與C素和N素同化緊密聯(lián)系,直接影響著植物的產(chǎn)量與品質(zhì)[29]。有研究表明,經(jīng)甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌接種的萵苣其類胡蘿卜素和葉綠素a含量顯著提高[30]。本試驗(yàn)中,隨著菌劑用量的增加,黃瓜葉片葉綠素a和葉綠素b含量呈先升后降的變化趨勢(shì),T3處理的葉綠素a、b和總含量最高,分別較CK處理顯著提高49.59%、42.11%和48.45%。T3和T4處理的蒸騰速率、凈光合速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度與CK處理相比也有顯著提高。與光合參數(shù)變化趨勢(shì)類似,T3和T4處理也較CK處理顯著提高了黃瓜的莖粗和葉面積,中高菌劑用量對(duì)黃瓜植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)和光合作用整體的影響效果優(yōu)于低菌劑用量。結(jié)果表明施用甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可通過(guò)提高葉綠素含量、促進(jìn)光合作用以加速同化產(chǎn)物積累與分配,進(jìn)而加快黃瓜植株的生長(zhǎng)速度,其作用效果與用量和植株生長(zhǎng)時(shí)期有關(guān),存在最適用量和最佳作用時(shí)期,這與在裸燕麥[31]和紅小豆[32]中的研究結(jié)果一致,可能是由于植物在不同的生長(zhǎng)階段會(huì)通過(guò)分泌不同的糖類、脂質(zhì)、有機(jī)酸等代謝物質(zhì)來(lái)選擇性富集促生優(yōu)勢(shì)菌群。且本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),中高劑量菌劑可以均衡地起到促進(jìn)植株光合和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的作用。

前人研究表明,施用甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可顯著提高黃瓜產(chǎn)量,灌根施用甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌和植物乳桿菌可顯著提高黃瓜果實(shí)游離氨基酸、有機(jī)酸和可溶性糖含量等品質(zhì)指標(biāo)[33],海洋側(cè)孢短芽孢桿菌菌劑與有機(jī)肥的合理混施,可顯著增加維生素C、可溶性蛋白和游離氨基酸[34]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,黃瓜的產(chǎn)量變化趨勢(shì)與形態(tài)指標(biāo)及光合參數(shù)的變化趨勢(shì)基本一致,施用菌劑處理較CK處理增產(chǎn)14.96%～39.17%,在T3處理中有最大增幅。較高菌劑用量的T3和T4處理可顯著提高黃瓜果實(shí)品質(zhì),而低菌劑用量的T1和T2處理對(duì)品質(zhì)指標(biāo)的影響較低甚至降低部分指標(biāo)數(shù)值。

土壤酶在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要的催化作用,它催化有機(jī)質(zhì)中的養(yǎng)分向速效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化,反映了土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度和方向[35],是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一。土壤肥力直接影響到微生物定殖、代謝和擴(kuò)繁狀況,間接影響到微生物分泌的酶活性,且速效養(yǎng)分作為酶反應(yīng)底物,也影響了基質(zhì)酶活性。基質(zhì)中的微生物數(shù)量和作用時(shí)間影響著基質(zhì)酶活性,在植株不同生長(zhǎng)階段影響效果不同。已有研究表明施用某些微生物可提高土壤中脲酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性,如黃瓜根際中分離出的CSY-F1菌株[36]。除提高土壤酶活性外,微生物菌肥還能為植物提供充分且易于吸收的營(yíng)養(yǎng)元素和活性物質(zhì),并將有效養(yǎng)分運(yùn)輸至根部,改善根系的生長(zhǎng)環(huán)境,從而提高植株吸收養(yǎng)分的能力,使根系更發(fā)達(dá),生長(zhǎng)更健壯[37]。本試驗(yàn)中,施用甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌增加了基質(zhì)中的速效氮和速效磷含量,其作用強(qiáng)度與用量及作用時(shí)間有關(guān),T2和T3處理對(duì)提高基質(zhì)中的速效氮含量有更好的作用效果。不同用量的菌劑在生長(zhǎng)中期時(shí)均會(huì)降低基質(zhì)中的速效磷含量,其原因可能是菌株具有固氮和解磷能力,而中等劑量菌劑處理下對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)吸收的效果更好,土壤中的硝態(tài)氮和速效磷較多地被植物吸收,隨生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng),含量逐漸降低。處理后第50天時(shí)T3處理能較CK處理顯著提高基質(zhì)中的脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性,而低用量的菌劑對(duì)酶活性有一定的抑制作用,這與黃偉等[38]的研究結(jié)果一致。微生物黏附在有機(jī)質(zhì)表面,通過(guò)代謝活動(dòng)轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì),而有機(jī)質(zhì)刺激微生物的活動(dòng),增加土壤酶活性[39]。施用菌劑最多的T4處理在作用初期時(shí)有效而快速地提高了基質(zhì)生物活性、土壤肥力等,促進(jìn)了植物的營(yíng)養(yǎng)吸收和利用,但在作用后期,T4處理下基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)分解較多,植物吸收剩余的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也有所減少,微生物進(jìn)行生命活動(dòng)所必需的養(yǎng)分相對(duì)匱乏,繁殖系數(shù)降低。同時(shí),酶反應(yīng)底物在前期分解較快,中后期缺乏,都造成了酶活性的降低,尤其是可以在一定程度上反映微生物數(shù)量和土壤有機(jī)質(zhì)含量的蔗糖酶活性[40]。結(jié)合不同菌劑用量條件下基質(zhì)酶活性和速效養(yǎng)分含量的變化趨勢(shì)推測(cè),低劑量菌劑對(duì)基質(zhì)中養(yǎng)分的分解能力較弱,而中高劑量菌劑提高基質(zhì)酶活性的效果好、對(duì)養(yǎng)分的分解能力強(qiáng),有利于植株吸收基質(zhì)中的氮素和礦質(zhì)元素,因此黃瓜植株生長(zhǎng)迅速,產(chǎn)量更高,果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)物質(zhì)含量較高。由相關(guān)性分析可知,黃瓜的葉綠素含量和光合指標(biāo)與果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)間的相關(guān)性較強(qiáng),這表明施用甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可能更多地通過(guò)影響植株的光合代謝而起到提升黃瓜產(chǎn)量品質(zhì)的作用。說(shuō)明甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可以通過(guò)促進(jìn)養(yǎng)分分解和植株對(duì)養(yǎng)分的吸收進(jìn)而促進(jìn)黃瓜的光合作用,加速植株生成可以利用的有機(jī)態(tài)養(yǎng)分,促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng),起到提高產(chǎn)量和品質(zhì)的作用,且其促生增產(chǎn)提質(zhì)作用存在劑量效應(yīng),在中高劑量下作用效果更優(yōu)。綜合來(lái)看,以T3處理在不同時(shí)期均衡地提高基質(zhì)酶活性和速效養(yǎng)分含量的作用效果最優(yōu)。

甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌可以通過(guò)提高基質(zhì)酶活性與速效養(yǎng)分含量促進(jìn)黃瓜光合作用,加速植株對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、同化和積累,進(jìn)而促進(jìn)有機(jī)基質(zhì)培黃瓜的生長(zhǎng),提高果實(shí)品質(zhì)與產(chǎn)量,其作用效果與菌劑用量及作用時(shí)期有關(guān)。綜合來(lái)看,施用4 g/株甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌的處理效果最優(yōu)。