陳嘉雨，楊小宇，徐正宏，常偉娜，王志剛

不同濃度微生物菌劑對水稻幼苗生長的影響

陳嘉雨1，2，楊小宇1，2，徐正宏1，2，常偉娜1，2，王志剛1，2

（齊齊哈爾大學 1. 生命科學與農林學院，2. 黑龍江省農業(yè)微生物制劑產(chǎn)業(yè)化技術創(chuàng)新中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

近年來，我國對水稻生產(chǎn)的需求與日俱增，根際促生菌（PGPR）是改善土壤肥力、促進作物生長的重要因子．開發(fā)水稻微生物肥料利于水稻綠色生產(chǎn)．通過浸種促生、盆栽促生、復合菌株田間促生實驗，驗證根際促生菌對水稻的促生作用．通過浸種促生實驗分析不同的菌液及濃度對水稻的促生效果．結果顯示，單菌OD600=0.5的菌液對水稻的促生效果最好，混合菌液的促生效果高于對照組，但相比單菌OD600=0.5的效果差異不明顯．通過盆栽促生實驗、復合菌株田間促生實驗證明，經(jīng)OD600=0.5菌液處理后的水稻對莖鮮質量、根鮮質量、總根長度、根尖數(shù)等指標均有明顯的促生長效果．得出在OD600=0.5濃度下的單菌LZP02和混菌對水稻的促生效果較好．研究將為水稻微生物肥料的開發(fā)和利用奠定理論依據(jù)，對提高水稻產(chǎn)量和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義．

水稻；根際促生菌；根系；促生效果

水稻是我國糧食產(chǎn)量最多、種植面積最大、單產(chǎn)最高的糧食作物，稻米是全國60%左右人口的主要食物[1]．水稻的生產(chǎn)在我國糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，與國計民生關系密切[2]．在農業(yè)生產(chǎn)過程中大量施用化肥、殺蟲劑，不僅使土壤質量惡化，環(huán)境污染，影響作物正常生長，還會使農產(chǎn)品質量下降，從而對我國農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成影響[3]．隨著我國有機綠色工業(yè)的發(fā)展，化肥產(chǎn)品逐步向高效化、環(huán)?；?、標準化、多功能化方向發(fā)展[4]，微生物肥料以無污染、低成本、低能耗、高肥效等優(yōu)點將成為今后農業(yè)發(fā)展的重要方向．

微生物肥料是一種新型肥料，其可利用微生物的生命活動獲取作物所需要的營養(yǎng)，也被稱為菌肥[5]．土壤中微生物通過參與有機物更新、養(yǎng)分循環(huán)和生物修復等過程來維持土壤功能．微生物肥料在防治土傳病害，維持和改善土壤肥力，促進作物生長和維護生態(tài)平衡等方面發(fā)揮重要作用[6-8]．微生物肥料中應用最廣泛的是根際促生菌（plant-growth promoting rhizobacteria，PGPR）[9-10]，將其定義為能夠接種于植物并且促進其生長的土壤微生物[11-13]．植物根際促生菌對植物生長的影響機制主要有：增加土壤中氮、磷、鉀的溶解量，產(chǎn)生多種激素，生產(chǎn)并螯合鐵載體，對病原菌的生長有一定的抑制作用等[14-15]．PGPR可單獨作為一個單元在生物圈中發(fā)揮作用，可促進作物的生長和增加土地的肥力[16-17]，且這些菌種之間的相互影響非常復雜[18]．盆栽實驗研究顯示，在土壤中接種SJ-101顯著提高了芥菜的生物量，并促進植物生長[19]．Ling[20]等通過盆栽實驗和田間實驗證明，施加由SQR21制得的微生物肥能明顯增加西瓜產(chǎn)量，并能有效減少根際土壤尖孢鐮刀菌的數(shù)量．Han[21]等從中國南部地區(qū)的根際土壤中分離出的HR4是一種能促進植株生長并具有固氮能力的菌株，可以作為一種生防菌株，用于防治水稻紋枯病和其他一些常見的病害．且接種劑的濃度也會在很大程度上影響作物生長．本文使用解磷菌（LZP02）、溶磷菌（LZP03）2個菌種對水稻的促生情況進行實驗對比分析，為環(huán)境友好型生物肥料的生產(chǎn)及生態(tài)農業(yè)的建設提供支持．

1　材料與方法

1.1　培養(yǎng)基配方

LB培養(yǎng)基（1L）：酵母5.0 g，蛋白胨10.0 g，NaCl 8.0 g，瓊脂20.0 g，pH7.0．液體培養(yǎng)基不加瓊脂．

蒙金娜有機培養(yǎng)基（1L）：葡萄糖10.0 g，（NH4）2SO40.5 g，CaCO31.0 g，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.03 g，MgSO4·7H2O 0.3 g，KCl 0.3 g，NaCl 0.3 g，MnSO4·H2O 0.03 g，酵母粉0.5 g，卵磷脂0.2 g，瓊脂20.0 g．液體培養(yǎng)基不加瓊脂．

1.2　實驗處理

實驗于2022年3～4月在齊齊哈爾大學微生物實驗室日光溫室內進行．實驗共設5個處理，OD600=0.5的LZP02菌液（T1），OD600=1的LZP02菌液（T2），OD600=0.5的LZP02和LZP03的混合菌液（T3），OD600=1的LZP02和LZP03的混合菌液（T4），對照組（CK）．

1.3　浸種促生實驗

用LB培養(yǎng)基分別培養(yǎng)水稻根際促生菌LZP02和LZP03至菌懸液OD600=0.5，OD600=1，將LZP02和LZP03等體積混合，獲得混合菌懸液OD600=0.5，OD600=1．將水稻種子用5%的NaClO消毒5 min后，用無菌水清洗6次，用菌液浸泡稻種24 h，將稻種置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，以無菌LB培養(yǎng)基為對照，每組處理3個平行．在溫度25℃、濕度60%的氣候箱中暗培養(yǎng)，每天記錄水稻發(fā)芽情況并分析相關指標．

1.4　盆栽促生實驗

用鹽水漂浮法挑選優(yōu)質水稻種子，選種后用清水清洗，加入燒杯中30℃浸種．使用LB培養(yǎng)基將篩選的水稻根際促生菌LZP02培養(yǎng)至濃度為OD600=0.5，將水稻播種在澆灌30 mL菌液的營養(yǎng)缽中，以30.0 mL的無菌LB培養(yǎng)基為對照，每5株稻米均進行5次實驗重復．將培養(yǎng)缽置于30℃、光照12 h的人造氣候箱中；在30℃條件下，黑暗12 h；實驗期間用無菌水澆灌．水稻2葉之后白天溫度設置為20℃，晚上溫度為15℃．利用測量尺測量水稻株高，起點為水稻莖基部，終點為水稻生長點．電子天平測量地上鮮質量、地下鮮質量．將水稻幼苗放于烘箱中，先于105℃烘干30 min，然后調為80℃烘干至恒質量，用電子天平測量水稻地上干質量和地下干質量．用根系掃描儀掃描水稻根系圖片，用托普根系分析軟件進行分析，并記錄數(shù)據(jù)．

1.5　復合菌株田間促生實驗

用LB培養(yǎng)基對已篩選出的水稻根際促生菌LZP02，LZP03分別培養(yǎng)，然后分別接種于含LB培養(yǎng)基的發(fā)酵培養(yǎng)罐中培養(yǎng)2 d，將發(fā)酵后的菌液混合制成OD600=0.5和OD600=1的復合菌液備用．將稻種在培養(yǎng)皿中室溫下進行發(fā)芽處理，將發(fā)芽的稻種放入秧盤內，在秧盤上預先培植好幼苗土壤，加完水稻種子后再覆上一層育苗土．實驗組為按質量比10%添加菌液的稻苗，對照組為按質量比10%添加無菌水的秧盤，20 d后測定有關數(shù)據(jù)．

1.6　數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019整理數(shù)據(jù)，SPSS 22.0軟件進行差異顯著性分析，Graphpad prism 8軟件進行數(shù)據(jù)作圖（<0.05）．

2　實驗結果

2.1　菌株浸種對水稻發(fā)芽的促生效果

通過7 d的培養(yǎng)，得到不同濃度的菌液對水稻種子促生的發(fā)芽率（見圖1）．CK組的平均發(fā)芽率為69.52%；T1組的平均發(fā)芽率為88.56%，相比于對照組增加了19.04%；T2的平均發(fā)芽率為80.94%，相比于CK組增加了11.42%；T3組的平均發(fā)芽率為79.04%，相比于CK組增加了9.52%；T4組的平均發(fā)芽率為76.18%，相比于對照組增加了6.66%．經(jīng)菌液處理過的水稻種子中，T1組平均發(fā)芽率最高，T4組平均發(fā)芽率最低．混菌的促發(fā)芽效果明顯優(yōu)于對照組，但與單菌的效果沒有明顯差異．1～4 d，T1組的發(fā)芽數(shù)最多，5～7 d，大多數(shù)種子都已發(fā)芽．由此可知，OD600=0.5的LZP02菌液對種子促生效果最好，可能加快種子萌發(fā)．OD600=1的菌液濃度可能過高，所以對種子的促生萌發(fā)效果不顯著．

圖1　不同處理下浸種促生發(fā)芽

2.2　根際促生菌對水稻幼苗的促生影響

在浸種促生實驗中已經(jīng)證明，OD600=0.5的LZP02菌液對種子的促生效果最好，因此采用該濃度的菌株驗證其在盆栽實驗中的促生效果．通過測量尺、電子天平、根系掃描儀對培養(yǎng)25 d后的水稻幼苗的株高、根鮮質量、總根長度、根表面積、根尖數(shù)等相關指標進行測量．由水稻幼苗根系掃描圖（見圖2）可見，菌液處理的水稻幼苗根系與培養(yǎng)基處理的水稻幼苗根系相比，總根長度明顯增加，根尖數(shù)顯著增加．經(jīng)T1的LZP02菌液處理的水稻幼苗的株高、莖鮮質量明顯高于無菌LB培養(yǎng)基處理的水稻幼苗．其中，T1處理組的株高相比于CK對照組增加了27.83%，莖鮮質量相比于CK對照組增加了17.59%（見圖3）．經(jīng)菌液處理的水稻幼苗的總根長度、投影面積、表面積和根尖數(shù)均大于CK處理組，且差異顯著（見表1）．

圖2　水稻幼苗根系形態(tài)掃描

注：左側為CK處理；右側為T1處理．

圖3　不同處理組對水稻幼苗株高和莖鮮質量的影響

表1　經(jīng)OD600=0.5菌液（T1）處理的水稻幼苗根系指標的影響

2.3　復合菌株對水稻生長的影響

利用電子天平、根系掃描儀對培養(yǎng)25 d后的水稻幼苗根鮮質量、總根長度、根尖數(shù)等進行測量．水稻幼苗根系掃描見圖4．由圖4可見，經(jīng)混菌OD600=0.5菌液處理后的水稻幼苗的側根數(shù)、總根長度明顯高于對照組的水稻幼苗．

圖4　水稻幼苗根系掃描

注：從左向右依次為CK，T3，T4處理．

不同處理組的水稻幼苗根系指標見表2．由表2可見，經(jīng)T3，T4處理后的水稻根系生長發(fā)育受到顯著影響，T3處理組水稻幼苗的總根長度變化最為顯著，T3處理組總根長明顯高于T4處理組，T4處理組總根長又顯著高于CK；水稻幼苗根的投影面積、表面積均產(chǎn)生不同程度的變化，這2項指標結果表明，T3和T4處理組投影面積和表面積均顯著高于CK組；T3，T4處理后對水稻幼苗根的體積和根尖數(shù)與CK比較亦有小幅度影響，但并沒有顯著變化．

表2　經(jīng)不同濃度混菌處理的水稻根系指標的影響

不同處理組對水稻幼苗生長的影響見圖5．由圖5可見，與CK處理相比，經(jīng)T3處理后的株高顯著增加（<0.05），T4處理的株高也高于CK組，但并無顯著差異；T3處理的莖鮮質量最高，顯著高于其他2個處理組（<0.05），根鮮質量無顯著差異；T3處理組莖的干質量無顯著差異，根的干質量卻顯著高于其他2個處理組（<0.05）．

圖5　不同處理組對水稻幼苗生長的影響

3　討論與結論

水稻是我國最重要的糧食產(chǎn)物之一，近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，我國對農產(chǎn)品的需求也越來越多．PGPR微生物肥料能為植物根系的生長、植物發(fā)育供給養(yǎng)分[22]．微生物菌肥中的活性微生物可以相互作用，從而使土壤得到特殊的化肥效果，以改善作物的產(chǎn)量和品質[23]．水稻根際促生菌能產(chǎn)生大量的植物激素并具有溶磷、解磷、解鉀等作用，這些功能可以改善土壤的生態(tài)環(huán)境，促進植物生長[24]．本文通過比較不同濃度下微生物菌劑對水稻的促生效果以及浸種促生實驗和盆栽促生實驗證明，當使用OD600=0.5時的LZP02菌株處理水稻種子時，水稻種子的發(fā)芽率明顯提升，水稻幼苗的株高、總根長度、根尖數(shù)、莖鮮質量與CK相比均有不同程度的增加．根尖數(shù)和總根長度越多，水稻幼苗可吸收營養(yǎng)成分的面積越大，水稻幼苗的鮮質量也會增加．因此，此濃度的菌液可改善根系形態(tài)組成．通過復合菌株田間促生實驗證明，當使用OD600=0.5的LZP02和LZP03的混合菌液處理水稻種子時，水稻幼苗的株高、總根長度、根尖數(shù)、莖鮮質量、莖干質量、根鮮質量、根干質量與CK相比也均有不同程度的增加，這與前人報道相一致，根際促生菌能促進側根的發(fā)育和伸長，從而促進植株的生長，并對根的形態(tài)產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在根體積、根表面積及總根長度等形態(tài)變化方面[25]．OD600=0.5相比于OD600=1的混合菌液效果好的原因可能是由于OD600=1的混合菌液中菌體密度過大，導致其在水稻根系生存空間不足，使其菌內競爭加大，影響了水稻幼苗根系的生長發(fā)育．與CK相比，在土壤中添加根際促生菌后，水稻幼苗根系的各項指標均得到改善，表明菌種能顯著促進水稻幼苗根系的發(fā)育．李想[26]等研究發(fā)現(xiàn)，淀粉芽孢桿菌LX7、地衣芽孢桿菌LX5和枯草芽孢桿菌LX4對煙草的影響主要表現(xiàn)為增加根直徑、根表面積、根表面積和總根長度．番茄的質量和品質可以通過beb-13bs根際促生菌得到提升[27]．本文中經(jīng)不同濃度和菌株的組合在水稻的農業(yè)生產(chǎn)中具有良好應用前景，為指導水稻生產(chǎn)提供了一定的實驗依據(jù)，也為微生物肥料發(fā)展提供了技術支持．

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Effects of various microbial agent concentrations on the growth of rice seedlings

CHEN Jiayu1，2，YANG Xiaoyu1，2，XU Zhenghong1，2，CHANG Weina1，2，WANG Zhigang1，2

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，2. Heilongjiang Provincial Technology Innovation Center of Agromicrobial Preparation Industrialization，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

In recent years，the demand for rice production in China is increasing day by day，and plant-growth promoting rhizobacteria（PGPR）is an important factor in improving soil fertility and promoting crop growth．Developing rice microbial fertilizer is beneficial to green rice production．The effect of plant-growth promoting rhizobacteria on rice rhizosphere was verified by field progenitor tests such as seed immersion experiments，potexperiments，and multi-strainfield experiments．By comparing the stimulation effect of different bacterial fluids and concentrations on rice seeds by soaking seeds，the results showed that the bacterial solution of mono-bacterium OD600=0.5 had the best promotion on rice，and the promotion of mixed bacterial liquid was better than that of the control group，but the effect was not obvious compared with mono-bacterial OD600=0.5．Through pot experiments and field experiments of multi-strain，it was proved that rice with OD600=0.5 bacterial liquid treatment had obvious promotion effects on stem fresh weight，root fresh weight，total root length and number of root tips．It was concluded that mono-bacterium LZP02 and mixed bacteria at the concentration of OD600=0.5 had the better pro-growth effect on rice．This study will offer the theoretical groundwork for the development and application of rice microbial fertilizer，which is critical for increasing rice output and agricultural sustainability．

rice；plant-growth promoting rhizobacteria；root system；promotion effect

1007-9831（2023）10-0066-06

Q93

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.10.013

2023-06-20

國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202010232014）

陳嘉雨（2000-），女，黑龍江鶴崗人，在讀碩士研究生，從事微生物資源與開發(fā)研究．E-mail：1526008810@qq.com

王志剛（1980-），男，內蒙古赤峰人，教授，博士，從事微生物資源與開發(fā)研究．E-mail：wangzhigang@qqhru.edu.cn