邢永秀， 莫 遙， 羅麗靜， 魏春燕， 楊麗濤1, *， 李楊瑞1, *

(1 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心， 農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530007； 2 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004； 3 廣西作物遺傳改良與生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530007)

接種固氮菌Klebsiellasp.120對(duì)甘蔗光合特性和主要礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響

邢永秀1, 2, 3， 莫 遙2， 羅麗靜2， 魏春燕2， 楊麗濤1, 2*， 李楊瑞1, 2*

(1 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心， 農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530007； 2 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004； 3 廣西作物遺傳改良與生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530007)

【目的】甘蔗是最重要的糖料和能源作物，生物量大，產(chǎn)量高，但大量氮肥的使用不僅增加了甘蔗的種植成本，而且對(duì)農(nóng)田環(huán)境造成了污染。發(fā)揮與甘蔗聯(lián)合固氮的生物固氮菌的作用，是降低甘蔗氮肥施用量的方法之一。Klebsiellasp.120是從廣西種植的甘蔗體內(nèi)分離到的具有固氮能力的菌株。為了探討該菌對(duì)甘蔗的促生效應(yīng)及其在甘蔗上的應(yīng)用潛能，本文研究了接種該固氮菌對(duì)甘蔗光合特性及礦質(zhì)元素含量的影響。【方法】采用桶栽方法，在甘蔗的分蘗期用接種菌株淋澆4個(gè)不同甘蔗品種的根際，在處理后的30 d 和60 d取樣分析該菌對(duì)甘蔗的光合生理和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響?！窘Y(jié)果】接種菌株對(duì)4個(gè)甘蔗品種的葉綠素含量和凈光合速率有一定的促進(jìn)作用，但不同品種之間存在差異。處理30 d 后，淋澆固氮菌處理的甘蔗品種ROC22的葉綠素含量明顯提高，比對(duì)照增加23%。另外3個(gè)甘蔗品種(B8、GT21和GT28)處理組的葉綠素含量均有一定的提高，但與對(duì)照相比差異不顯著。處理30 d后，只有ROC22和B8品種的凈光合速率高于對(duì)照，且ROC22品種處理與對(duì)照間的差異達(dá)到了顯著水平。處理60 d后，4個(gè)甘蔗品種的凈光合速率均高于處理30 d，而且各品種接種處理均高于對(duì)照，其中以對(duì)ROC22和GT21的促進(jìn)效果最為明顯，達(dá)到了顯著水平。接種處理對(duì)不同甘蔗品種的營(yíng)養(yǎng)元素含量影響不同，接種處理對(duì)4個(gè)甘蔗品種葉片中的氮元素含量有促進(jìn)作用，其中對(duì)ROC22的促進(jìn)效果最為明顯，接種處理比對(duì)照增加59.8%。接種固氮菌對(duì)甘蔗葉片磷和鉀元素含量的影響不明顯。接種固氮菌對(duì)4個(gè)甘蔗品種葉片的鐵、錳元素含量的影響不明顯； ROC22葉片中的鋅含量及ROC22和B8葉片中的銅含量接種處理與對(duì)照相比顯著提高?！窘Y(jié)論】接種Klebsiellasp.120固氮菌對(duì)甘蔗光合特性及礦質(zhì)元素含量的影響與甘蔗品種有關(guān)，其中對(duì)ROC22品種的促生效果最為明顯。研究結(jié)果可為固氮菌株Klebsiellasp. 120 在甘蔗上的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考依據(jù)。

甘蔗； 聯(lián)合固氮菌；光合特性；礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)

Klebsiellasp.120是本課題組從甘蔗體內(nèi)分離到的具有固氮能力的內(nèi)生固氮菌，且具有溶磷和溶鐵的特性，對(duì)甘蔗組培苗具有促進(jìn)生長(zhǎng)的作用[8]，但其在甘蔗不同生育期的效果如何還未有報(bào)道。本試驗(yàn)采用淋根接種的方法，研究接種該固氮菌對(duì)甘蔗光合特性和礦質(zhì)元素積累的影響，以期為該菌在甘蔗上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)于2012年7月在廣西大學(xué)甘蔗研究所進(jìn)行。采用桶栽試驗(yàn)，桶直徑50 cm，高45 cm，每桶裝土壤30 kg。土壤基本性狀為： 有機(jī)質(zhì)含量21.47 g/kg，全氮2.17 g/kg，全磷0.71 g/kg，全鉀16.69 g/kg，速效氮81.67 mg/kg，有效磷7.43 mg/kg，速效鉀71.00 mg/kg。

供試甘蔗品種為ROC22、B8、GT21和GT28的健康種苗。試驗(yàn)所用菌株為Klebsiellasp.120，菌株活化后用LB培養(yǎng)基培養(yǎng)過夜，然后用無菌蒸餾水稀釋至109cfu/mL備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

當(dāng)甘蔗品種煉苗成活后，每個(gè)品種移栽大小、長(zhǎng)勢(shì)較一致的植株10株，每桶1株，共40桶。在甘蔗分蘗初期，每個(gè)甘蔗品種的其中5桶作為處理組，圍繞根系周圍澆淋上述培養(yǎng)好的Klebsiellasp.120菌液400 mL，另外5桶澆淋400 mL無菌蒸餾水作為對(duì)照組，每處理5次重復(fù)，10 d后再按上述方法接種一次。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，除了在移栽時(shí)每桶添加2 g復(fù)合肥外(N ∶P ∶K比例為18 ∶7 ∶16)，相當(dāng)于每公頃施純N 17 kg，P2O510.5 kg，K2O 17 kg)，甘蔗生長(zhǎng)期間只進(jìn)行水分和蟲害管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉綠素含量 在接種處理后的30 d 和60 d，分別選取各處理3株生長(zhǎng)良好、無病蟲害、葉面積相近的甘蔗+1葉葉片中上部，用SPAD-520型葉綠素儀(柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn))測(cè)定其葉綠素相對(duì)含量。

1.3.3 甘蔗葉片氮、磷、鉀元素含量 在接種處理后60 d，取每個(gè)處理健康的甘蔗+1葉剪下帶回實(shí)驗(yàn)室清洗擦干后，放入烘箱于105℃殺青30 min，65℃烘干48 h后用微型粉碎機(jī)粉碎相應(yīng)樣品，過篩后裝入封口袋中備用。樣品的消化按文獻(xiàn)[9]的方法。葉片氮含量的測(cè)定參照孔祥生等[10]的方法；磷含量用鉬藍(lán)比色法；鉀含量用火焰分光法測(cè)定[11]。

1.3.4 甘蔗葉片F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn、Mg元素含量 準(zhǔn)確稱取樣品0.2000 g，放入干燥的消煮管底部，加濃HNO35 mL，在管口放上彎頸小漏斗，在遠(yuǎn)紅外消煮爐中加熱，待溶液蒸發(fā)到約2 mL左右時(shí)，再加入2 mL高氯酸，消煮至冒白煙，消化到液體變?yōu)闊o色透明為止，然后轉(zhuǎn)到50 mL容量瓶中并定容。利用ZEEnit700P原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Fe、Mn、Cu、Zn、Mg的含量。

1.3.5 產(chǎn)量 收獲時(shí)將每個(gè)處理的蔗莖放在一起，稱重、計(jì)算各處理的蔗莖產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003軟件整理、作圖，SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用DUNCAN法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種固氮菌對(duì)葉綠素含量的影響

葉綠素直接參與光能的吸收和能量轉(zhuǎn)化，葉綠素含量的高低會(huì)影響甘蔗的光合能力。由表1可知，接種固氮菌Klebsiellasp.120對(duì)4個(gè)甘蔗品種葉片葉綠素含量均有不同程度的影響。接種30 d 后，甘蔗品種ROC22的葉綠素含量比對(duì)照提高了23%，差異顯著；甘蔗品種B8、GT21和GT28的葉綠素含量均有一定的提高，但3個(gè)品種的接種處理與對(duì)照的差異均不顯著，4個(gè)甘蔗品種中接種固氮菌Klebsiellasp.120對(duì) ROC22和B8的效果較好。接種60 d后，4個(gè)甘蔗品種葉片的葉綠素含量都有一定的提高，但接種處理與對(duì)照間均未達(dá)到差異顯著水平。

2.2 接種固氮菌對(duì)不同甘蔗品種葉片氣體交換的影響

圖1 接種 Klebsiella sp.120 固氮菌對(duì)不同甘蔗品種氣體交換參數(shù)的影響Fig.1 Gas exchange in four sugarcane cultivars inoculated with Klebsiella sp.120[注(Note)： 柱上不同字母表示處理間差異達(dá)5% Different letters above the bars mean significant among treatments at the 5% levels.]

從圖1A可以看出，接種固氮菌Klebsiellasp.120 30 d后，ROC22、B8兩品種葉片的凈光合速率(Pn)高于對(duì)照，且ROC22的接種處理與對(duì)照的差異達(dá)到了顯著水平。GT28葉片的凈光合速率與對(duì)照差異不明顯，而GT21的接種處理卻低于對(duì)照。接種60 d后，4個(gè)甘蔗品種葉片的凈光合速率比接種30 d時(shí)高，各品種接種處理的凈光合速率均高于對(duì)照，以GT21的提高幅度最大，ROC22和GT21品種的接種處理與對(duì)照間葉片凈光合速率也達(dá)到了顯著差異水平。圖1B顯示，接種固氮菌對(duì)4個(gè)甘蔗品種的蒸騰速率有不同的效應(yīng)。在接種處理30 d后， ROC22、B8、GT28 3個(gè)品種葉片的蒸騰速率(Tr)均高于對(duì)照，其中ROC22的效果最為明顯，接種處理與對(duì)照間的差異達(dá)到了顯著水平。在接種60 d后，除ROC22外，其他3個(gè)品種葉片的蒸騰速率(Tr)均高于對(duì)照，但各處理間的差異不顯著。接種Klebsiellasp 120固氮菌對(duì)各甘蔗品種細(xì)胞間CO2濃度的影響如圖1C，處理30 d后，B8、GT21、GT28的接種處理的胞間CO2濃度均高于各對(duì)照，或與對(duì)照相近，但差異均不顯著。接種60 d后， B8、GT21、GT28品種接種處理葉片胞間CO2濃度明顯高于對(duì)照，差異達(dá)到了顯著水平。接種固氮菌對(duì)不同甘蔗品種氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響如圖1D所示。從圖中可以看出，在接種30 d后，ROC22、B8、GT28 3個(gè)品種接種處理的+1葉葉片氣孔導(dǎo)度高于對(duì)照，但只有ROC22的接種處理與對(duì)照間的差異達(dá)到了顯著水平。接種60 d后，4個(gè)甘蔗品種接種處理的葉片氣孔導(dǎo)度均高于對(duì)照，其中以GT28和GT21的效果最為明顯，但均與對(duì)照的差異不顯著。

2.3 接種固氮菌對(duì)甘蔗氮、磷、鉀含量的影響

2.4 接種固氮菌對(duì)甘蔗葉片鐵、錳、銅、鋅和鎂含量的影響

固氮菌對(duì)4個(gè)甘蔗品種葉片鐵、錳、銅、鋅和鎂含量的影響如表3所示。4個(gè)品種相比較，GT21葉片中的鐵含量較低，接種固氮菌對(duì)4個(gè)甘蔗品種葉片鐵含量的影響不太明顯，各處理間差異均未達(dá)顯著水平。4個(gè)甘蔗品種葉片中錳含量以GT28的對(duì)照最低，接種處理對(duì)4個(gè)品種葉片的錳含量的影響均不顯著，各處理間只有ROC22T與GT21CK、GT28T和GT28CK的差異達(dá)到了顯著差異水平。銅是植物體內(nèi)的極微量元素，過多會(huì)造成中毒，缺乏會(huì)影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。接種固氮菌處理提高了ROC22和B8葉片的銅含量，且這兩個(gè)品種接種處理與對(duì)照間的差異達(dá)到顯著水平；接種固氮菌降低了GT21和GT28葉片的銅含量，但與對(duì)照的差異不顯著。各處理間相比，ROC22T與其他各處理間的差異都達(dá)到了顯著水平，B8T與GT21T和GT21CK間也有顯著差異。鋅元素在植物體內(nèi)有重要的功能，尤其對(duì)生長(zhǎng)素的合成。不同甘蔗品種+1葉鋅含量以GT21品種最高，接種處理只提高了ROC22品種葉片中的鋅含量，且與對(duì)照有顯著差異，但降低了B8、GT21和GT28葉片中的鋅含量，B8和GT21的接種處理與對(duì)照有顯著差異，4個(gè)甘蔗品種+1葉鎂含量的相差不大，接種處理各品種葉片鎂的含量有所降低，但與對(duì)照的差異不顯著。

表1 接種固氮菌 Klebsiella sp.120后不同甘蔗品種葉綠素的相對(duì)含量

注(Note): T—固氮菌接種處理Treatments with inoculation; CK—無菌蒸餾水處理Treatments with sterilized distilled water. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一品種不同處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different in the same cultivar among treatments at the 5% level.

表2 接種 Klebsiella sp.120 固氮菌后不同甘蔗品種的氮、磷、鉀含量(mg/g)

注(Note): T—固氮菌接種處理Treatments with inoculation; CK—無菌蒸餾水處理Treatments with sterilized distilled water. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一品種不同處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different in the same cultivar among treatments at the 5% level.

2.5 接種固氮菌對(duì)甘蔗生物量的影響

從表4可以看出，接種Klebsiellasp.120對(duì)4個(gè)甘蔗品種的產(chǎn)量和錘度(蔗汁中固溶物的百分含量，與甘蔗蔗糖分有高度正相關(guān))有一定影響，對(duì)ROC22和B8品種的產(chǎn)量有一定的促進(jìn)作用，但對(duì)4個(gè)品種的錘度的影響不明顯。

3 討論與結(jié)論

光合作用是植物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，葉綠素在植物光合作用過程中具有重要作用。吳凱朝等[12]將內(nèi)生固氮菌Yantoeaagglomeras接種到不同品種的甘蔗中，在伸長(zhǎng)期葉綠素a含量和凈光合速率均高于對(duì)照，但不同品種間有較大差異。宋亞娜等[13]報(bào)道，接種固氮醋酸桿菌可以顯著提高甘薯組培苗的生物量和葉片葉綠素含量。在本試驗(yàn)條件下，采用澆淋土壤的方法將固氮菌Klebsiellasp.120接種到甘蔗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)接種處理對(duì)4個(gè)參試甘蔗品種的葉綠素含量都有不同程度的提高，其中對(duì)ROC22的葉綠素含量提高效果較明顯，比對(duì)照增加37.9%，接種處理與對(duì)照間差異達(dá)到了顯著水平。接種固氮菌對(duì)甘蔗葉片的凈光合速率和蒸騰速率有一定的提高，但對(duì)不同的品種影響效果不同，以對(duì)ROC22的效果最為明顯，這與其對(duì)甘蔗收獲后的生物量的影響的效果最好相一致。接種固氮菌Klebsiellasp.120對(duì)不同甘蔗品種的光合特性影響的效果不同，除了不同品種間的光合生理效應(yīng)存在差異外，還可能與內(nèi)生固氮菌和甘蔗之間的聯(lián)合共生關(guān)系有關(guān)。因此，需進(jìn)一步研究該固氮菌株與甘蔗的聯(lián)合共生效果，以充分發(fā)揮其生物固氮作用。

表3 接種 Klebsiella sp.120 固氮菌后不同甘蔗品種葉片中的鐵、錳、銅、鋅、鎂含量(mg/kg)

注(Note): T—固氮菌接種處理Treatments with inoculation; CK—無菌蒸餾水處理Treatments with sterilized distilled water. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一品種不同處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different in the same cultivar among treatments at the 5% level.

表4 接種 Klebsiella sp.120 固氮菌后不同甘蔗品種的產(chǎn)量和錘度

注(Note): T—固氮菌接種處理Treatments with inoculation; CK—無菌蒸餾水處理Treatments with sterilized distilled water.

固氮菌對(duì)提高植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素的含量有積極作用。聯(lián)合固氮菌可以通過生物固氮、提高根際礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的可利用性、提高根系的吸收面積和提高寄主的生化過程等機(jī)制來提高植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收[1]。在溫室條件下，Klebsiellavariicola處理甘蔗GT21組培苗，可促進(jìn)植株對(duì)氮、磷和鉀的吸收[13]。接種固氮菌株UPMB10和SP7可提高香蕉葉片和莖中氮、磷和鈣的含量[14]。Munusamy等[7]用幾個(gè)菌株單獨(dú)或混合接種甘蔗發(fā)現(xiàn)，在無氮肥的情況下，甘蔗葉片氮含量增加約40%。在本試驗(yàn)中，采用根部淋澆固氮菌液的方法將固氮菌接種到甘蔗后，4個(gè)甘蔗品種都表現(xiàn)出接種處理組葉片的氮含量高于對(duì)照，尤其對(duì)ROC22的效果最為明顯，處理組葉片氮素含量增加了59.8%。氮含量的增加是甘蔗生物固氮的結(jié)果，還是接種的固氮菌與甘蔗的互作過程中通過影響甘蔗的氮代謝，進(jìn)而對(duì)氮素的合成與運(yùn)輸起到了積極作用，還是接種菌株提高了甘蔗從土壤中吸收氮素的能力，均有待進(jìn)一步深入研究。磷是植物生長(zhǎng)很重要的一個(gè)營(yíng)養(yǎng)元素，而土壤中的可溶性磷非常低，溶磷細(xì)菌可能降低了根際土壤的pH，使得根際土壤中的一些低分子量的有機(jī)酸如蘋果酸、草酸和檸檬酸等分解[15]。Bastian等[16]證明A.diazotrophicus和H.seropedicae都能在給定的培養(yǎng)條件下產(chǎn)生IAA和赤霉素GA1、GA3組分，增強(qiáng)植物對(duì)氮、磷和其他礦質(zhì)元素的吸收。Estrada等[17]的研究表明，植物內(nèi)生固氮菌還具有促進(jìn)植物根系生理變化的作用，固氮菌的一些分泌物有助于植物吸收同化土壤中的磷素。接種固氮菌有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育，可能是促進(jìn)了根系的發(fā)育，增加了根系對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和水分的吸收[18-19]。生物固氮效率的大小與水分、磷、鉀和微量元素含量有關(guān)[20]。本試驗(yàn)所用的Klebsiellasp.120是一個(gè)可溶磷和溶鐵的固氮細(xì)菌[7]，在本試驗(yàn)條件下，接種固氮菌對(duì)甘蔗葉片的磷含量有一定提高，但處理與對(duì)照間磷素含量差異都未達(dá)到顯著水平。接種固氮菌株Klebsiellasp.120對(duì)不同甘蔗品種葉片銅含量的影響不同，接種提高了ROC22和B8葉片的銅含量，而另外兩個(gè)甘蔗品種葉片中的銅含量卻有降低趨勢(shì)。接種處理只顯著提高了ROC22葉片中的鋅含量。對(duì)于固氮菌對(duì)植物微量元素含量的影響前人研究較少，固氮菌對(duì)微量元素的影響機(jī)制如何，還需要開展深入的研究。本研究結(jié)果表明，接種Klebsiellasp.120對(duì)甘蔗品種的光合特性及礦質(zhì)元素含量的影響與甘蔗品種有關(guān)，以對(duì)ROC22的促生作用比較明顯，但對(duì)另外3個(gè)品種的影響結(jié)果不一致。

本試驗(yàn)是在土壤未滅菌的情況下進(jìn)行的接種試驗(yàn)，接種效果可能不能很好地反映固氮菌的促生性能，但試驗(yàn)條件更接近甘蔗生長(zhǎng)的自然條件，所得結(jié)果對(duì)應(yīng)用該固氮菌制作甘蔗專用微生物菌肥有一定的參考價(jià)值。但也應(yīng)該指出，本試驗(yàn)所得結(jié)果是在桶栽低氮的條件下獲得的，氮肥施用量遠(yuǎn)低于實(shí)際生產(chǎn)中的氮肥用量。有研究表明，生長(zhǎng)在低氮條件下的甘蔗比種植在高氮肥和中氮肥投入的甘蔗的生物固氮量大，在低氮土壤上種植的甘蔗品種，固氮菌接種更容易成功[21]。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)一步研究不同氮肥配比和固氮菌處理對(duì)甘蔗產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，具有重要的實(shí)踐意義。由于該試驗(yàn)采用的是將固氮菌培養(yǎng)液淋澆到土壤中的方法，處理后只對(duì)甘蔗的光合作用和葉片礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了分析，而該菌對(duì)甘蔗根系以及對(duì)土壤中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的影響如何，還待進(jìn)一步深入研究。

[1] Vessey J K. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers[J]. Plant and Soil, 2003, 255: 571-586.

[2] Boddey R M, Urquiaga S, Reis V M, D?bereiner J. Biological nitrogen fixation associated with sugar cane[J]. Plant and Soil, 1991, 137: 111-117.

[3] Boddey R M, Mark B P, Palmer B, Dart P J. The use of15N natural abundance technique to quantify biological nitrogen fixation by woody perennials[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2000, 57: 235-270.

[4] Sevilla M, Burris R H, Gunapala N, Kennedy C.Comparison of benefit to sugarcane plant growth and15N2incorporation following inoculation of sterile plants withAcetobacterdiazotrophicuswild-type and nif-mutant strains[J]. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2001, 14(3), 358-366.

[5] Oliveira, A L M, Stoffels M, Schmid Metal. Colonization of sugarcane plantlets by mixed inoculations with diazotrophic bacteria[J]. European Journal of Soil Biology, 2009, 45: 106-113.

[6] 黃杏, 楊麗濤, 李楊瑞. 固氮菌接種對(duì)甘蔗根系生理特性的影響[J]. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 40(3): 233-237. Huang X, Yang L T, Li Y R. Effects of inoculating nitrogen fixation bacteria on physiological characteristics of roots of sugarcane[J]. Guangxi Agricultural Sciences, 2009, (40)3: 233-237.

[7] Munusamy G, Jacques B, Muthukumarasamy Retal. Improved yield of micropropagated sugarcane following inoculation by endophyticBurkholderiavietnamiensis[J]. Plant and Soil, 2006, 280: 239-252.

[8] Lin L, Li Z, Hu C Jetal. Plant growth-promoting nitrogen-fixing enterobacteria are in association with sugarcane plants growing in Guangxi, China[J]. Microbes and Environments, 2012, 27: 391-398.

[9] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000.27-34. Bao S D. Soil agrochemical analysis (third edition)[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000. 27-34.

[10] 孔祥生, 易現(xiàn)峰. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2008. 58-62, 66-67. Kong X S, Yi X F. Experimental technology of plant physiology[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2008. 58-62, 66-67.

[11] 吳凱朝, 梁俊, 韋莉萍, 等. 內(nèi)生固氮菌對(duì)甘蔗伸長(zhǎng)期光合生理特性的影響[J]. 廣西植物, 2011, 31(5): 668-673. Wu K C, Liang J, Wei L Petal. Effect of nitrogen fixing bacteria on photosynthesis and chlorophyll fluorescence in sugarcane at elongating stage[J]. Guihaia, 2011, 31(5): 668-673.

[12] 宋亞娜, 鄭偉文. 接種重氮營(yíng)養(yǎng)醋桿菌對(duì)植物生長(zhǎng)的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003, 25(4): 587-590. Song Y N, Zheng W W. Influence ofAcetobacterdiazotrophicuson the growth of plant[J]. Acta Agricultural Universitatis Jiangxiensis (Nature Science Edition.), 2003, 25(4): 587-590.

[13] Wei C Y, Lin L, Luo L Jetal. Endophytic nitrogen-fixingKlebsiellavariicolastrain DX120E promotes sugarcane growth[J]. Biology and Fertility of Soils, 2014, 50(4): 657-666.

[14] Baset M A, Shamsuddin Z H, Mahmood M A. Use of plant growth promoting bacteria in banana: A new insight for sustainable banana production[J]. International Journal of Agriculture and Biology, 2010, 12(3): 459-467.

[15] Zaidi A, Khan M S, Ahemad M, Oves M. Plant growth promotion by phosphate solubilizing bacteria[J]. Acta Microbiologica et Immunollogica Hungarica, 2009, 56: 263-284.

[16] Bastian F, Rapparini F, Baraldi Retal. Inoculation with Acetobacterdiazotrophicusincreases glucose and fructose content in shoots ofSorghumbicolor(L.) Moench[J]. Symbiosis, 1999, 27(2): 147-156.

[17] Estrada G A, Baldani V L D, de Oliveira D Metal. Selection of phosphate-solubilizing diazotrophicHerbaspirillumandBurkholderiastrains and their effect on rice crop yield and nutrient uptake[J]. Plant and Soil, 2013, 369: 115-129.

[18] Barriuso J, Pereyra M T, Lucas García J Aetal. Screening for putative PGPR to improve establishment of the symbiosisLactariusdeliciosus-Pinussp.[J]. Microbial Ecology,2005, 50: 82-89.

[19] Richardson A E, Simpson R J. Soil microorganisms mediating phosphorus availability[J]. Plant Physiology, 2011, 156: 989-996.

[20] Urquiaga S, Cruz K H S, Boddey R M. Contribution of nitrogen fixation to sugar cane: Nitrogen-15 and nitrogen-balance estimate[J]. Soil Science Society of America Journal, 1992, 56: 105-114.

[21] Oliveira A L M, Canuto E L, Reis V M, Baldani J I. Response of micropropagated sugarcane varieties to inoculation with endophytic diazotrophic bacteria[J]. Brazilian Journal of Microbiology, 2003, 34: 59-61.

Effects of inoculating nitrogen fixing bacteriaKlebsiellasp.120 on photosynthetic characteristics and mineral nutrient contents of sugarcane

XING Yong-xiu1, 2, 3, MO Yao2, LUO Li-jing2, WEI Chun-yan2, YANG Li-tao1,2*, LI Yang-rui1,2*

(1GuangxiAcademyofAgriculturalSciences/SugarcaneResearchCenterofChineseAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofSugarcaneBiotechnologyandGeneticImprovement(Guangxi),MinistryofAgriculture/GuangxiKeyLaboratoryofSugarcaneGeneticImprovement,Nanning530007,China; 2AgriculturalCollegeofGuangxiUniversity/StateKeyLaboratoryofSubtropicalBioresourcesConservationandUtilization,Nanning530004,China; 3GuangxiCropGeneticImprovementandBiotechnologyLaboratory,Nanning530007,China)

【Objectives】 Sugarcane (SaccharumofficinarumL.) is an important sugar and energy crop with high biomass and high productivity. However, application of large amount chemical nitrogen fertilizer in sugarcane is very common in China, which not only increases the production cost, but also causes environmental pollution. A possible method of reducing sugarcane nitrogen fertilization is inoculation of nitrogen fixation bacteria. The nitrogen fixing bacteria (NFB) strainKlebsiellasp.120 was isolated from surface-sterilized roots of sugarcane cultivar ROC22. Its effect on photosynthetic characteristics and mineral nutrient accumulation in sugarcane was investigated.【Methods】 Four sugarcane cultivars were planted in pots. The strainKlebsiellasp.120 was inoculated to the plants by root watering at the tillering stage. Effects of the inoculation on photosynthetic characteristics and mineral nutrient accumulation of the four cultivars were studied after the treatment of 30 and 60 days, respectively.【Results】 The results show that the photosynthetic rates and chlorophyll contents of different cultivars are affected differently by the inoculation withKlebsiellasp.120. After 30 days inoculation increases signiticantly the chlorophyll contents in leaves of sugarcane cultivar ROC22 (increased by 23%), slightly in the other three sugarcane cultivars B8, GT21 and GT28, compared to the uninoculated controls. The net photosynthetic rates of sugarcane cultivar ROC22 and B8 are higher than the controls after 30 days, and there are significant differences. The net photosynthetic rates of the four sugarcane cultivars inoculated the strain after 60 days are higher than those after 30 days. The net photosynthetic rates of the four sugarcane cultivars are significantly higher than controls after the treatment 60 days. The effects of inoculation on the net photosynthetic rates are better in the cultivars ROC22 and GT21. The effects of the inoculation treatments on the nutrient element contents are different. The contents of N in the NFB inoculation treatment group are all higher than control group for the four sugarcane cultivars, especially in cultivar ROC22(increased by 59.8%). There are no differences in the contents of P and K in all the cultivars between the inoculation treatment group and the control group. Among the four cultivars, the Zn content in leaves of ROC22 and the Cu contents in leaves of ROC22 and B8 are improved significantly by inoculating, compared with the control. 【Conclusions】 The effects of inoculatingKlebsiellasp. 120 on the photosynthetic characteristics and mineral contents depend on sugarcane cultivars. The effect is most obvious in the sugarcane cultivar ROC22 among the selected four sugarcane cultivars. Therefore, experiment should be carried out for different sugarcane cultivars for the effective performance of the strainKlebsiellasp.120.

sugarcane; associative nitrogen fixing bacteria; photosynthetic characteristics; mineral nutrient

2013-10-29 接受日期： 2014-05-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31171504，31101122)；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011GXNSFF018002，2013GXNSFAA019082)；廣西八桂學(xué)者和特聘專家專項(xiàng)基金；廣西農(nóng)科院博士后項(xiàng)目(桂農(nóng)科博2010016)資助。

邢永秀(1972—)，女，山西代縣人，博士，副教授，主要從事甘蔗栽培生理與生物固氮研究. E-mail: xing20020208@163.com * 通信作者 E-mail: liyr@gxu.edu.cn; liyr@gxaas.net

S566.1.01； S144.3

A

1008-505X(2015)02-0467-08