微生物菌肥对甜高粱幼苗生长和抗逆性的影响

微生物菌肥对甜高粱幼苗生长和抗逆性的影响

与传统施肥相结合的微生物肥在农业和环保中的应用研究微生物肥料作为一种新兴的肥料，可以促进作物的生长，为植物创造良好的土壤环境，提高植物的抗逆性，对提高作物的品质和产量具有重要意义。目前,中国约有二十几个省(市)将微生物肥料应用于30多种作物上,其中禾谷类作物应用最多,其次是油料和纤维类。不同作物因不同的生理特点、环境、接种物的种类和农业措施,应用微生物肥料效果也不尽相同。近年来,微生物肥料的功效已得到人们的认可,但在生产中的效果还不稳定,这是由于对一些制约微生物菌肥肥效的因素研究还不是很全面。中国微生物菌肥的研究是从在豆科植物上应用根瘤菌接种剂开始的,起初只有大豆和花生根瘤菌剂,20世纪50年代开始陆续从原苏联引进自生固氮菌、解磷细菌和硅酸盐细菌剂、“5406”抗生菌肥料、固氮蓝绿藻肥、VA菌根等,20世纪80年代至90年代,相继应用联合固氮菌和生物钾肥作为拌种剂,近几年,推广应用由固氮菌、磷细菌、钾细菌和有机肥复合制成的生物肥料做基肥施用。微生物菌肥和化肥、有机肥等混合施用,比传统施肥增产超过1%的报道占52.8%。雷春意在3年的时间里对小麦、玉米、番茄、马铃薯4种作物进行微生物肥料应用的田间试验,结果得出化肥基肥用量降低25%~45%,4种作物的产量比常规施肥分别提高4.7%、18.1%、11.5%、36.2%。冯明印等研究生物菌肥在大豆上的应用效果,得出在浸种和鼓粒期喷施菌肥叶面素后,大豆产量增幅3.10%~10.28%。目前中国生产和应用的菌肥主要有根瘤菌、固氮菌、磷细菌、钾细菌、EM菌肥料等。研究表明,微生物菌肥的使用具有可以减少化肥用量、增产效果明显、重构健康的土壤、提高作物抵抗病虫害、促进植物生长发育、提高抗逆能力等作用,另外,微生物菌肥还可以在环保工作中有广阔的应用前景。甜高粱SorghumbicolorL.(Moench)是普通高粱的一个变种。它与普通高粱一样有较高的籽粒产量和茎秆产量,并且出汁率高,含糖量也较高,可作为优良的饲料作物和糖料作物,是一种具有极大开发潜力的新型能源作物。利用甜高粱茎秆生产酒精已经成为一种新兴的生物质能源产业,对解决当前能源问题具有重要意义。甜高粱种植区主要分布在干旱、半干旱地区,虽然甜高粱本身具有较强的耐旱性,但水源不足仍是制约其产量的一个重要因素。要增强甜高粱对干旱和盐胁迫的抗性,除了传统的选育抗旱和抗盐碱的甜高粱品种外,到目前为止,国内还鲜有将微生物菌肥应用到甜高粱生产上的相关报道,因此,研究微生物菌肥对于甜高粱抗旱和抗盐碱的影响也非常的有意义。中国科学院青岛生物能源与过程研究所的陈晓华博士惠赠本实验一种含有淀粉芽孢杆菌FZB42(BacillusamyloliquefaciensFZB42)活孢子的发酵液(试用装),当这种发酵液与生长中的植物根系接触,孢子就会发芽并在根部形成菌落,与病原真菌和细菌抗衡,促使植物分泌激素等;同时,淀粉芽孢杆菌FZB42产生的物质能通过增加根毛和提高可溶性磷的含量来刺激植物生长,从而提高产量和诱导植物抗性提高。因此,这种发酵液对植物的影响是许多有利于植物生长的因素共同作用的结果,但是在单子叶作物水稻上施用效果则不稳定。考虑到水稻生长环境特殊,土壤含水量非常高,厌氧条件下可能会影响菌肥功效的发挥。因此,笔者通过浸种和灌根两种处理以及组合处理,探讨了这种发酵液对旱生植物甜高粱种子萌发、幼苗生长和抗逆性的影响,为以后能否将这种发酵液应用于干旱区甜高粱生产提供了初步依据。1材料和方法1.1实验材料和处理本实验使用的甜高粱品种是BJ-17,由内蒙古农业大学植物分子学实验室保存。1.1.1高粱种子的消毒1.1.2种子处理和复育引物的处理灭菌的甜高粱种子播种于营养土(蛭石为1:1的土)中,覆土1cm,为了降低因种子质量造成的误差,播种时每钵种15~20粒种子,覆膜3d后揭膜,取长势相似的幼苗,每钵留10株,其余的剪除。每个处理3钵,实验设置3次重复。播种3d后,每隔5d进行一次菌液灌根或浇水处理,之后进行干旱或盐胁迫处理。1.1.3混合细菌液1.1.4灌木根处理1.2细菌溶液对种子萌发的影响实验1.2.1比较1.2.2浸泡处理灭菌的甜高粱种子晾干后,以1:500的菌液稀释液浸泡20min,放入带有吸水纸的灭菌培养皿中,浇15mL自来水。1.2.3菌液的稀释灭菌的甜高粱种子晾干后,放入带有吸水纸的灭菌培养皿中,浇15mL的1:1000的菌液稀释液。每个培养皿放100粒种子,每个处理3次重复,统计3d内的发芽率。1.3细菌溶液对甜高粱幼苗的生长影响1.3.1不浸泡，也不生根即对照组1.3.2不浸泡根系1.3.3不浸泡灌木1.3.4菌液的不同浓度甜高粱种子用1:500菌液稀释液浸种20min,播种后浇1:1000的菌液稀释液。播种15d后观察幼苗的生长情况并比较株高、根长、鲜重、苗重、根重、根冠比等指标。1.4细菌溶液对甜高粱幼苗的抗逆性影响实验1.4.1干旱处理1.4.2浓度梯度的氯化水溶液浸种或灌根处理后,采用100mmol/L、200mmol/L、300mmol/L和400mmol/L共4个浓度梯度的氯化钠水溶液,每隔5d处理1次。1.4.3生理指标的测量丙二醛含量、SOD活性的测定均使用南京建成公司生产的植物专用试剂盒,具体操作按试剂盒说明书进行。脯氨酸含量的测定参考赵世杰等方法。1.5数据分析本实验所有数据都使用Excel2003和SPSS软件进行分析。2结果与分析2.1对甜高炉幼苗生长和抗性的影响为了测定该菌液对甜高粱种子萌发的影响,共做了3个处理。经统计分析发现,无论是浸种还是浇菌液处理的种子萌发率都与对照没有显著的差异,说明在笔者的实验条件下菌液对甜高粱种子的萌发没有影响。为了检测浸种对甜高粱幼苗后期的生长和抗性是否有影响,分别对萌发后10d、15d和20d的对照和2个处理的甜高粱幼苗进行株高、根长、鲜重、苗重、根重、根冠比进行比较(表1~2),结果表明都没有显著性的差异。同时,也对萌发后15d的对照和浸种处理的甜高粱幼苗浇灌400mmol/L氯化钠,或者进行干旱胁迫,在处理后5d和10d分别对每钵甜高粱的株高、根长、鲜重、苗重、根重、根冠比进行统计和方差显著性分析,结果显示都没有显著性差异。以上事实说明,菌液浸种处理对甜高粱的生长和抗性没有影响或者影响比较微弱。2.2灌根对甜高岭土幼苗生长的影响对生长15d的4种处理的甜高粱进行观察,从图1可见,菌液灌根处理对甜高粱幼苗的株高影响较大,灌根处理的株高明显较不灌根的低,表明该菌液的灌根处理对甜高粱幼苗的生长有抑制作用。2.3干旱胁迫对甜高炉幼苗生长的影响对生长15d的4种处理的甜高粱幼苗进行自然干旱,5d和10d后分别进行株高、根长、鲜重、苗重,根重、根冠比的测定。统计结果表明,干旱处理5d后,除根冠比之外,灌根与不灌根处理之间其他的形态指标间均存在显著差异,如图2和表3所示。但是如图2所示,干旱处理10d后的甜高粱幼苗,灌根处理的株高与不灌根处理的无明显的区别;并且对干旱15d后的甜高粱进行株高、根长、鲜重、根重、苗重、根冠比的测定,所有的形态指标方差分析都不显著。说明在同样的干旱胁迫下,灌根处理的甜高粱幼苗生长速度要更快一些,即灌根处理提高了甜高粱的耐旱性。同样,对生长15d大的4种处理的甜高粱幼苗进行自然干旱,干旱15d后进行复水,复水3d后观察其长势,如图3所示。从图3中可以明显地看出,灌根处理的甜高粱幼苗在复水后均存活下来,而对照和仅浸种处理的都枯死了,说利用此种菌液对甜高粱进行灌根处理,可以提高甜高粱的耐旱性。2.4盐胁迫对甜高炉幼苗抗氧化酶系统的影响为了解该菌液对甜高粱耐盐性的影响,首先对甜高粱自身的耐盐性进行了探讨。对萌发后15d的不浸种不灌根的甜高粱幼苗分别进行不同浓度的氯化钠盐胁迫,处理10d后观察其与浇水对照甜高粱的长势,可以明显地观察到,100mmol/L和200mmol/L氯化钠处理的甜高粱与对照无明显差别,而在300mmol/L和400mmol/L氯化钠处理下的甜高粱明显比对照退绿严重(图4)。说明甜高粱自身可抵抗300mmol/L以下的盐胁迫,但对300mmol/L以上浓度的盐胁迫则较敏感。已有报道表明,甜高粱幼苗在盐胁迫下脯氨酸、丙二醛含量和SOD活性均会受到影响,如丛靖宇等人的报道[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。因此,对不同浓度盐胁迫下甜高粱幼苗的脯氨酸含量进行了测定,如图5所示,在100mmol/L和200mmol/L氯化钠胁迫下,甜高粱幼苗的脯氨酸的含量都较低,而在300mmol/L和400mmol/L氯化钠处理下,脯氨酸的含量显著增加。此外,也检测了不同浓度氯化钠处理下甜高粱幼苗体内SOD活性和丙二醛含量的变化。如图7所示,在400mmol/L氯化钠处理下,灌根处理的甜高粱在2h左右SOD活性就大幅度的增加,而未进行菌液灌根处理的甜高粱的SOD活性在4h左右才达到7000左右,说明灌根处理可以使甜高粱体内的SOD的反应速度提高;如图8所示,在氯化钠处理开始的6h内,灌根处理的甜高粱幼苗的MDA含量均低于未灌根处理的。这些指标也说明菌液的灌根处理有助于提高甜高粱的耐盐性。综合前面的实验结果,得出结论:菌液灌根处理可以提高甜高粱幼苗的耐盐性。并且也观察到,在未进行盐处理之前,灌根处理的甜高粱幼苗的株高明显低于不灌根处理的,但是盐胁迫处理15d后,这种差距就不存在了(图6)。4种氯化钠浓度胁迫下都可观察到此现象。3灌根处理对甜高炉生长的影响目前中国微生物菌肥已应用于30多种作物上,其中禾谷类作物应用最多,其次是油料和纤维类。不同作物因不同的生理特点、环境、接种物的种类和农业措施,应用效果也不尽相同。笔者首次研究了一种微生物菌肥在甜高粱生产中的应用,不仅为提高甜高粱抗旱和抗盐碱性提供了新的方法途径,还为进一步扩宽微生物菌肥在甜高粱农业实际生产中的应用提供了初步的理论依据,因此研究微生物菌肥对于甜高粱的影响也非常的有意义。本实验的初步结果表明,该菌液浸种处理对甜高粱种子萌发、幼苗生长及其抗逆境耐受性的提高均没有明显的作用。当然,浸种菌液的浓度是按照陈博士提供的试用装使用说明设定的,没有做更多的浓度梯度;此外,处理时间也需要做等更多的梯度,来进一步验证浸种是否的确对甜高粱种子萌发和生长无影响。而灌根处理明显提高了甜高粱的耐旱性和耐盐性。在同样干旱15d,覆水之后菌液灌根处理的甜高粱仍然可以存活,而对照则枯萎而死,充分的说明该菌液的灌根处理提高了甜高粱对干旱的耐受能力。同样,在盐胁迫下,菌液处理的甜高粱体内会更快的产生较高SOD活性,来消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质,如MDA,MDA可表示细胞在逆境条件下的膜脂过氧化程度,从而保护了机体的正常生长,使灌根处理的甜高粱在逆境下更好的生长,对照处理的甜高粱体内的SOD和MDA的变化与丛靖宇等的研究报道相似。但是在没有胁迫条件下,菌液灌根处理对甜高粱生长有抑制作用,尤其降低了甜高粱的株高,所以还需在以后的实验中摸索一个既不影响产量又可提高抗逆性的菌液浓度,以便更好地在实际生产中应用。笔者的研究只是了解了此种菌液对甜高粱幼苗时期的影响,并没有观察其对甜高粱后期,尤其是对结实期的影响,因此,还需在大田中进一步观察该菌液对甜高粱整个生育期的影响,以确定其最终是否能应用于甜高粱的农业生产中。近年来,由于中国农业生产对肥料的需求量不断增加,而化学肥料价格上涨和大量使用化肥造成环境及农产品污染等原因,人们开始重视微生物菌肥的生产。微生物肥料的功效已得到人们的认可,但在生产中的效果还不稳定,这是由于对一些制约微生物菌肥肥效的因素研究还不是很全面,如微生物进入土壤后同类微生物间的竞争、拮抗作用以及接种菌株在植物根际的定殖能力等,及其应用方法和产品工艺等方面,都需要进行广泛的研究,使微生物菌肥料得到广泛的应用。由于微生物肥料具有低投入、高产出且绿色无污染的特性,今后,可持续农业的发展也需要生物肥料的参与,微生物菌肥不仅可补充肥源不足,而且可用作绿色有机食品专用肥。因此,需开发新的微生物菌肥品种,提高质量,发展微生物菌肥加工工业,建立微生物肥料质量标准和管理体系,以及加强微生物菌肥的科研、技术培训及推广应