藍(lán)江林 陳燕萍 肖榮鳳 許麗寧 劉波 鄭雪芳
摘 要:整合微生物組菌劑(簡(jiǎn)稱(chēng)整合菌劑)是以使用1年左右的微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬墊料為基材生產(chǎn)的土壤修復(fù)劑,含有多個(gè)功能微生物組。通過(guò)采用濾紙萌發(fā)法,研究整合菌劑不同浸提液濃度對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響,結(jié)果表明:整合菌劑的浸提液對(duì)西瓜種子的萌發(fā)有明顯抑制作用。添加量為5%,發(fā)芽率為53.33%,發(fā)芽指數(shù)(7.02)和種子活力指數(shù)(241.05)均顯著低于兩組對(duì)照(P<0.05);胚根的生長(zhǎng)(34.54 mm)與兩組對(duì)照(34.56 mm和30.20 mm)無(wú)顯著差異(P<0.05)。隨著添加量的增加,發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。通過(guò)盆栽試驗(yàn),研究整合菌劑不同比例添加量對(duì)西瓜植株生長(zhǎng)及枯萎病害的防治效果,結(jié)果表明:整合菌劑添加量10%,根長(zhǎng)和株高較舊基質(zhì)分別提高了40.82%和45.34%,促長(zhǎng)效果最為顯著(P<0.05),對(duì)西瓜枯萎病防治效果達(dá)66.67%;整合添加量大于20%,根長(zhǎng)和株高較舊基質(zhì)分別降低了10.21%和3.97%,抑制作用顯著(P<0.05)。綜合試驗(yàn)結(jié)果,建議整合菌劑可在西瓜定植時(shí)根部施用,添加量控制在10%以下,并結(jié)合防病藥劑等其他措施才能達(dá)到對(duì)枯萎病的理想防效。
關(guān)鍵詞:整合微生物組菌劑;西瓜;種子萌發(fā);枯萎病
中圖分類(lèi)號(hào):S 651?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A?? 文章編號(hào):0253-2301(2023)06-0028-06
DOI: 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.06.004
Effects of the Integrated Microbiome Agent on the Seed Germination andSeedling Growth of Watermelon and Its Control Effect Against Fusarium Wilt
LAN Jiang-lin, CHEN Yan-ping, XIAO Rong-feng, XU Li-ning, LIU Bo, ZHENG Xue-fang
(Institute of Agricultural Biological Resources, Fujian Academy of Agricultural Sciences,F(xiàn)uzhou, Fujian 350003, China)
Abstract: The integrated microbiome microbial agent (referred to as integrated microbial agent) was a soil remediation agent produced by using the pig litter of microbial fermentation bed for raising pigs for about one year as the base material, which contained multiple functional microbiomes. The effects of different concentrations of the integrated microbial agent extract on the germination of watermelon seeds were studied by using the filter paper germination method. The results showed that: the extract solution of the integrated microbial agent had significant inhibitory effect on the germination of watermelon seeds. When the addition amount was 5%, the germination rate was 53.33%, the germination index (7.02) and seed vigor index (241.05) were significantly lower than those of the two control groups (P<0.05). There was no significant difference in the radicle growth (34.54 mm) between the two control groups (34.56 mm and 0.20 mm) (P<0.05). With the increase of the addition amount, the germination rate, radicle length, germination index and seed vigor index showed a downward trend. Through the pot experiment, the control effects of different proportions of addition amount of the integrated microbial agents on the plant growth of watermelon and wilt disease were studied. The results showed that :The results showed that: when the addition amount of integrated microbial agent was 10%, the root length and plant height were increased by 40.82% and 45.34%, respectively, compared with the old substrate, and the growth promotion effect was the most significant (P<0.05), and the control effect on watermelon fusarium wilt was 66.67%. When the addition amount of integrated microbial agent was more than 20%, the root length and plant height decreased by 10.21% and 3.97%, respectively, compared with the old substrate, and the inhibitory effect was significant (P<0.05). According to the results of the experiment, it was suggested that the integrated microbial agent could be applied to the roots of watermelon during the planting process, and the addition amount should be controlled below 10%, Then, the ideal control effect on fusarium wilt could be achieved by combining with other measures such as the disease control agents.
Key words: Integrated microbiome microbial agent; Watermelon; Seed germination; Fusarium wilt
微生物組(microbiome)是指一個(gè)特定環(huán)境或者生態(tài)系統(tǒng)中全部微生物及其遺傳信息,包括其細(xì)胞群體和數(shù)量、全部遺傳物質(zhì)(基因組),以及微生物與其環(huán)境和宿主的相互作用[1]。土壤微生物組是土壤中所有微生物及其棲息環(huán)境的總稱(chēng),在土壤有機(jī)質(zhì)、氮素和磷素等元素循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用,可作為土壤健康的關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)[2-3]。研究表明,施用有機(jī)肥、微生物菌劑等能夠增加土壤微生物多樣性,改良土壤理化性狀,提高土壤肥力肥效,改善作物品質(zhì),提高作物產(chǎn)量等[4-8]。此外,通過(guò)生物技術(shù)人工構(gòu)建的高效穩(wěn)定的合成微生物組研究也已廣泛開(kāi)展,并在生物能源、化工產(chǎn)品、生物醫(yī)藥以及農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用且取得一定的成效[9-11]。
本課題組以微生物組研究為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合微生物發(fā)酵養(yǎng)豬墊料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果,提出整合微生物組菌劑(the Integrated Microbiome Agent;IMA)的概念,并以微生物發(fā)酵養(yǎng)豬墊料為基材,與企業(yè)共同研發(fā)了整合微生物組菌劑(簡(jiǎn)稱(chēng)“整合菌劑”)中試產(chǎn)品,產(chǎn)品活菌數(shù)平均值達(dá)2.06×108 cfu·g-1,含有元素降解、病害抑制、毒素分解等多個(gè)功能微生物組(NCBI登入號(hào):SRP144025),能夠很好地修復(fù)土壤連作障礙問(wèn)題,抑制土傳病害[12]。試驗(yàn)表明[12-13],整合菌劑對(duì)不同作物的影響亦有不同,如產(chǎn)品浸提液對(duì)綠豆發(fā)芽無(wú)影響,但能明顯促進(jìn)綠豆根長(zhǎng)的生長(zhǎng),提高活力指數(shù)。當(dāng)整合菌劑添加量為40%時(shí),對(duì)番茄苗的促長(zhǎng)效果最好,植株的株高、莖粗和根長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照組,對(duì)番茄青枯病的防治效果均大于65%,添加量為100%時(shí)防治效果最佳,可達(dá)到77.37%。但除此外,整合菌劑對(duì)于其他作物生長(zhǎng)的影響,目前尚不明確。因此,為進(jìn)一步明晰整合菌劑的應(yīng)用范圍,深入研究對(duì)其他作物生長(zhǎng)特性的影響,本研究測(cè)定了整合菌劑浸提液對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響,進(jìn)而測(cè)定了整合菌劑不同比例添加量對(duì)西瓜苗的促長(zhǎng)作用以及對(duì)枯萎病的防治效果,篩選出適宜西瓜種植的整合菌劑添加量,綜合分析整合菌劑作為一種土壤改良劑在西瓜生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性,為其推廣應(yīng)用提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試黑美人西瓜種子和幼苗由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所提供,栽培基質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新基質(zhì)”)由廈門(mén)市江平生物基質(zhì)技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)。供試西瓜枯萎病原菌尖孢鐮刀菌FJAT30265菌株由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所菌種庫(kù)保存。整合微生物組菌劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“整合菌劑”):中試產(chǎn)品,由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和廈門(mén)市江平生物基質(zhì)技術(shù)股份有限公司共同研發(fā),有效活菌數(shù)≥3.0×109 cfu·mL-1。
1.2 整合菌劑浸提液的制備
稱(chēng)取整合菌劑200 g,用無(wú)菌水慢慢澆灌至吸水達(dá)飽和,靜置24 h,用4層紗布包裹,擠壓過(guò)濾,獲得浸提液;前期預(yù)備試驗(yàn)表明,用含30%浸提液的無(wú)菌水(用無(wú)菌水慢慢澆灌整合菌劑至吸水達(dá)飽和,靜置24 h,用4層紗布包裹,擠壓過(guò)濾,獲得浸提液。這個(gè)為原液,配制其他含量的則按比稀釋。如10 mL中,浸提液3 mL,無(wú)菌水7 mL,即為含30%浸提液的無(wú)菌水)浸種,對(duì)種子萌發(fā)抑制效果顯著,因此本試驗(yàn)用無(wú)菌水將浸提液梯度稀釋至100%、25%、20%、15%、10%、5%濃度,4℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.3 整合菌劑浸提液對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響
采用濾紙萌發(fā)法。選飽滿(mǎn)、無(wú)病蟲(chóng)害西瓜種子,55℃溫開(kāi)水漂洗,撈出瀝干,用梯度稀釋的浸提液浸種8 h。新基質(zhì)浸提液為陽(yáng)性對(duì)照,無(wú)菌水浸種為陰性對(duì)照。浸種結(jié)束后轉(zhuǎn)移直徑9 cm培養(yǎng)皿內(nèi)的濾紙上(上下兩層),每培養(yǎng)皿30粒,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),同時(shí)每天以對(duì)應(yīng)濃度的浸提液為營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行補(bǔ)水。將培養(yǎng)皿置于27℃恒溫人工氣候箱,光照16 h、黑暗8 h,跟蹤觀察種子萌發(fā)情況。當(dāng)種子露白邊時(shí),開(kāi)始每天記錄種子發(fā)芽數(shù),直到無(wú)新增發(fā)芽數(shù),檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、根長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。
發(fā)芽率(%)=(指定天數(shù)的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100;
發(fā)芽指數(shù)(GI)=Σ(Gt/Dt),Gt為第t d的種子發(fā)芽數(shù),Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù);
活力指數(shù)(VI)=發(fā)芽指數(shù)×胚根長(zhǎng)(cm)。
1.4 整合菌劑對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響
前期預(yù)試驗(yàn)表明,含30%整合菌劑的栽培基質(zhì)(整合菌劑與栽培基質(zhì)按比例混合,整合菌劑為3 kg,栽培基質(zhì)為7 kg,即為含30%整合菌劑的栽培基質(zhì))對(duì)西瓜苗生長(zhǎng)的抑制效果顯著,因此本試驗(yàn)將整合菌劑按0、5%、10%、15%、20%、25%的比例分別添加到已種植過(guò)一茬西瓜的栽培基質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“舊基質(zhì)”)中,分裝于盆缽中,進(jìn)行西瓜苗盆栽種植,新基質(zhì)為對(duì)照?;ㄅ柽x用15 cm×25 cm規(guī)格,每盆施用栽培基質(zhì)3.0 kg,待西瓜幼苗長(zhǎng)出3葉1心時(shí),選取大小和長(zhǎng)勢(shì)均較為一致的幼苗進(jìn)行盆栽定植。每盆定植1株,每組處理種植30株,緩苗5 d。待緩苗結(jié)束后,置人工氣候室培養(yǎng),溫度為(30±1)℃,相對(duì)濕度80%。培養(yǎng)15 d時(shí),測(cè)量植株的根系長(zhǎng)度和株高。
1.5 整合菌劑對(duì)西瓜枯萎病的防治效果
將西瓜枯萎病原菌FJAT30265菌株用馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基(PDA)擴(kuò)大培養(yǎng)6 d后,過(guò)濾除菌絲并配置成濃度為1.0×106 CFU·mL-1的孢子懸浮液,置于4℃冰箱備用。
按已篩選出的整合微生物組菌劑最佳添加量10%,添加到舊基質(zhì)中進(jìn)行西瓜盆栽種植,開(kāi)展病害防治效果測(cè)定。設(shè)以下5個(gè)處理組進(jìn)行試驗(yàn):處理組1:舊基質(zhì)添加10%整合菌劑,同時(shí)澆灌接種枯萎病原菌
FJAT30265;處理組2:舊基質(zhì)添加10%整合菌劑,定植7 d后傷根接種枯萎病原菌FJAT30265;處理組3:舊基質(zhì)添加10%整合菌劑,定植7 d后傷根澆灌清水;CK1:舊基質(zhì),定植7 d后傷根接種枯萎病原菌FJAT30265,作為陽(yáng)性對(duì)照;CK2:舊基質(zhì),定植7 d后傷根澆灌清水,作為陰性對(duì)照。每組處理30株,統(tǒng)一進(jìn)行栽培管理,接菌后定期觀察西瓜植株的生長(zhǎng)和發(fā)病情況,統(tǒng)計(jì)其發(fā)病率,計(jì)算防治效果,以各處理組不再出現(xiàn)新病株后的第7 d結(jié)束觀察。
防治效果(%)=[陽(yáng)性對(duì)照組(CK1)發(fā)病率-處理組發(fā)病率]/陽(yáng)性對(duì)照組(CK1)發(fā)病率×100
1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007、DPS7.05統(tǒng)計(jì)軟件分析,采用單因素方差分析(Tukey法)比較不同數(shù)量間的差異(P<0.05),用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。
2 結(jié)果與分析
2.1 整合菌劑對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響
由表1可知,整合菌劑的浸提液對(duì)西瓜種子的萌發(fā)有明顯抑制作用。添加量為5%,發(fā)芽率僅為53.33%,發(fā)芽指數(shù)(7.02)和種子活力指數(shù)(241.05)均顯著低于兩組對(duì)照,胚根的生長(zhǎng)(34.54 mm)與兩個(gè)對(duì)照(34.56 mm和30.20 mm)無(wú)顯著差異(P<0.05)。隨著添加量的增加,發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。綜合分析,整合菌劑不適用于種子萌發(fā)處理。
2.2 整合菌劑對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響
由圖1可知,新基質(zhì)西瓜苗長(zhǎng)勢(shì)良好,定苗15 d后,平均根長(zhǎng)和株高分別為15.44 cm和51.10 cm,與連作舊基質(zhì)相比,分別提高了146.25%和71.25%,也顯著高于其他處理(P<0.05)。舊基質(zhì)添加10%整合菌劑,根長(zhǎng)和株高較舊基質(zhì)分別提高了40.82%和45.34%,促長(zhǎng)效果最為顯著(P<0.05);而整合菌劑添加量大于20%時(shí),根長(zhǎng)和株高則較舊基質(zhì)對(duì)照組分別降低了10.21%和3.97%,表現(xiàn)出顯著的抑制作用(P<0.05)。說(shuō)明添加適當(dāng)?shù)恼暇鷦┛梢愿纳七B作基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)狀況,促進(jìn)西瓜苗的生長(zhǎng),但添加量偏高則對(duì)西瓜苗的生長(zhǎng)具明顯的抑制作用,故選擇低于10%作為整合菌劑最適添加量。
2.3 整合菌劑對(duì)西瓜枯萎病的防治效果
由表2可知,舊基質(zhì)中添加10%整合菌劑,對(duì)西瓜枯萎病具有一定的防治效果。盆栽種植40 d后,不同處理組西瓜枯萎病發(fā)病率不同,其中處理組2發(fā)病率為33.33%,顯著低于對(duì)照組的100%,防治效果達(dá)66.67%;其次為處理組1,發(fā)病率為70%,防治效果達(dá)30%;說(shuō)明添加10%的整合微生物組菌劑對(duì)西瓜枯萎病具有良好的防治效果,且在病原菌未侵染前提前使用,防治效果更佳。
3 討論
3.1 整合菌劑對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響
微生物菌劑是多種活性微生物混合發(fā)酵而來(lái),含有多種有機(jī)酸、酶類(lèi)物質(zhì),對(duì)植物有促生作用,適量的添加對(duì)番茄、生菜、菜心、芥菜、水稻、玉米等多種作物種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用[14-16]。整合微生物組菌劑是一個(gè)新概念、新產(chǎn)品,原料為使用1年左右的發(fā)酵床養(yǎng)豬墊料,含有多個(gè)功能微生物組,豐富的有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、胡敏酸、富咖酸以及多種揮發(fā)性物質(zhì),前期研究表明適量添加能提高番茄種子萌發(fā)數(shù)目,縮短種子發(fā)芽時(shí)間,促進(jìn)胚根生長(zhǎng)[17-18]。而本試驗(yàn)則表明,整合菌劑對(duì)西瓜種子萌發(fā)有明顯的抑制作用,浸提液添加量為5%,發(fā)芽率為53.33%,發(fā)芽指數(shù)(7.02)和種子活力指數(shù)(241.05)均顯著低于對(duì)照,對(duì)胚根生長(zhǎng)無(wú)顯著影響;且隨著添加量增加,發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)、種子活力等均呈下降態(tài)勢(shì)。因此,整合菌劑不適用于西瓜種子萌發(fā)處理。對(duì)于其他作物種子萌發(fā)的影響,有待后續(xù)試驗(yàn)研究。
3.2 整合菌劑對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響
微生物是整合微生物組菌劑的核心組成部分,不僅參與植物的生長(zhǎng)與代謝,還參與各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程,調(diào)節(jié)物質(zhì)間生理生化過(guò)程,穩(wěn)定根系微生態(tài)環(huán)境。因此,對(duì)于不同作物上產(chǎn)生效果均有最佳的施用方法和施用濃度。本課題組前期研究表明,整合菌劑能夠促進(jìn)種子萌發(fā),低濃度整合菌劑(添加量為小于60%)會(huì)促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng),很好的修復(fù)土壤連作障礙問(wèn)題,高濃度(添加量大于80%)則抑制番茄植株生長(zhǎng)
[12-13,18]。在本研究中,西瓜植株的生長(zhǎng)對(duì)整合菌劑的影響更為敏感,舊基質(zhì)添加10%的整合菌劑,根長(zhǎng)和株高較舊基質(zhì)分別提高了40.82%和45.34%,促長(zhǎng)效果最為顯著;而添加量達(dá)到20%,則對(duì)西瓜苗生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著抑制作用。因而,在西瓜生產(chǎn)中,需嚴(yán)格控制整合菌劑的一次性施用量。對(duì)于西瓜整個(gè)生長(zhǎng)周期中整合菌劑的使用次數(shù),對(duì)后期植株生長(zhǎng)影響、防病效果和增產(chǎn)的作用仍需進(jìn)一步研究。
3.3 整合菌劑對(duì)西瓜枯萎病的防治效果
微生物菌劑可以提高作物的生長(zhǎng)發(fā)育,培育壯苗,提高植株抗性,增加產(chǎn)量[19-21]。整合菌劑含有多個(gè)功能微生物組,能夠很好地修復(fù)土壤連作障礙問(wèn)題,且在連作7年的番茄種植地,對(duì)番茄青枯病防效可達(dá)65%~77.37%[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明添加10%整合菌劑,對(duì)西瓜枯萎病防效最佳可達(dá)66.67%,與徐偉慧[22]、王夏雯[23]等研究結(jié)果相吻合。但施用方式不同,對(duì)西瓜枯萎病防效也不同,處理組1防效僅為30%,可能由于西瓜苗定植時(shí),整合菌劑中的功能微生物組和枯萎病菌在根系同時(shí)生長(zhǎng),功能微生物組競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不顯著,導(dǎo)致防效較差;處理組2對(duì)枯萎病的防效為66.67%,說(shuō)明西瓜苗定植7 d后,整合菌劑的功能微生物組已在西瓜根系建立了穩(wěn)定的群落,競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)顯著,接種枯萎病菌無(wú)法取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此在西瓜定植時(shí),適量施用整合菌劑,要注意與根部土壤混合均勻,確保覆蓋到根系,并根據(jù)實(shí)際結(jié)合防控藥劑使用等措施才能更有效地防控枯萎病的發(fā)生。
綜上研究認(rèn)為,整合菌劑不適用于西瓜種子發(fā)芽處理,10%以下低劑量添加對(duì)西瓜植株生長(zhǎng)有一定的促長(zhǎng)作用,且對(duì)西瓜枯萎病有較好的防效??稍谖鞴隙ㄖ矔r(shí)的根部施用,能夠起到促長(zhǎng)防病的效果。對(duì)于整合菌劑抑制西瓜種子萌發(fā)機(jī)制、對(duì)植株生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,以及對(duì)其他不同作物種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的影響等均有待進(jìn)一步的研究。
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(責(zé)任編輯:柯文輝)
收稿日期:2023-05-11
作者簡(jiǎn)介:藍(lán)江林,女,1972年生,博士,研究員,主要從事農(nóng)業(yè)微生物研究。
基金項(xiàng)目:福建省科技計(jì)劃公益類(lèi)項(xiàng)目(2020R1034007);福建省人民政府、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院“5511”協(xié)同創(chuàng)新工程(XTCXGC2021019)。