Effect of phosphate-solubilizing bacteria and phosphorus on non-structural carbohydrate content and the carbon∶nitrogen∶phosphorus stoichiometry of alfalfa roots

doi:10.11686/cyxb2024221

Abstract

Abstract:

The aim of this study was to determine the effects of phosphorus fertilizer applied with phosphate-solubilizing bacteria on the non-structural carbohydrate content and stoichiometric characteristics of alfalfa （Medicago sativa） roots. An experiment with a two-factor completely randomized design was established with two phosphorus （P₂O₅） fertilizer levels： 0 （P₀） and 100 mg·kg^-1 （P₁）； and four inoculation treatments： no inoculation （J₀）， single inoculation with Bacillus mucilaginosus （J₁）， single inoculation with Bacillus megaterium （J₂） and mixed inoculation （J₃）， making a total of eight treatments. The root vigor， contents of soluble sugars， soluble protein， starch， and malondialdehyde， and the contents of carbon （C）， nitrogen （N） and phosphorus （P） in the rhizosphere soil and roots of alfalfa were determined. Two-way ANOVA showed that phosphorus application and bacterial inoculation significantly affected the root vigor， the contents of malondialdehyde， soluble sugars， and starch in the roots， rhizosphere soil N∶P， and root C∶N， C∶P， and N∶P （P<0.05）， but did not significantly affect the root soluble protein content （P>0.05）. Further analyses showed that at the same level of phosphorus application， inoculation with phosphate-solubilizing bacteria increased alfalfa root vigor， soluble sugar content， and soluble protein content （except for J₂P₀ and J₂P₁）； increased root starch content （except for J₁P₁）； increased rhizosphere soil and root C， N， and P contents （except for root C in J₂P₁ and root N content in J₁P₀ and J₂P₀）； and increased rhizosphere soil C∶P （except for J₃P₀） and N∶P； but reduced the rhizosphere soil C∶N and root malondialdehyde content （except for J₁P₁ and J₂P₁）. Under the same inoculation treatment， phosphorus application increased root vigor and the contents of soluble sugars， soluble protein， and starch in the roots， increased rhizosphere soil C and P and root N and P contents， and decreased root C∶N， C∶P， N∶P， malondialdehyde content， and rhizosphere soil N∶P， compared with their respective values in the no-phosphorus control. On the basis of these comprehensive analyses， the treatments could be ranked， from the highest composite score to lowest， as follows： J₃P₁>J₂P₁>J₁P₁>J₀P₁>J₃P₀>J₂P₀>J₁P₀>J₀P₀. In conclusion， phosphorus application （100 mg·kg^-1） and mixed inoculation with B. mucilaginosus and B. megaterium effectively increased the nutrient content of alfalfa rhizosphere soil and increased the accumulation of non-structural carbohydrates in alfalfa roots.

Key words: phosphate-solubilizing bacteria, phosphorus, alfalfa, non-structural carbohydrates, stoichiometry

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Figures/Tables 11

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序号Rank	名称Name	菌种编号Strain No.	培养基名称Medium name	简称Abbreviation
1	胶质芽孢杆菌Bacillus mucilaginosus	ACCC 10013	钾细菌琼脂Potassium bacterial agar	J₁
2	巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium	ACCC 10245	营养肉汁琼脂Nutrient agar	J₂

序号Rank	名称Name	菌种编号Strain No.	培养基名称Medium name	简称Abbreviation
1	胶质芽孢杆菌Bacillus mucilaginosus	ACCC 10013	钾细菌琼脂Potassium bacterial agar	J₁
2	巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium	ACCC 10245	营养肉汁琼脂Nutrient agar	J₂

变异来源 Source of variation	根际土 Rhizosphere soil						根Root
	碳 C		氮 N		磷 P		碳 C		氮 N		磷 P
	F	P	F	P	F	P	F	P	F	P	F	P
J	5.164	0.011	7.722	0.002	6.467	0.004	6.235	0.005	33.650	<0.001	10.818	<0.001
P	5.937	0.027	3.610	0.076	73.533	<0.001	0.848	0.371	66.381	<0.001	115.144	<0.001
J×P	1.854	0.178	1.053	0.396	0.833	0.495	4.619	0.016	5.763	0.007	4.623	0.016

变异来源 Source of variation	根际土 Rhizosphere soil						根Root
	碳 C		氮 N		磷 P		碳 C		氮 N		磷 P
	F	P	F	P	F	P	F	P	F	P	F	P
J	5.164	0.011	7.722	0.002	6.467	0.004	6.235	0.005	33.650	<0.001	10.818	<0.001
P	5.937	0.027	3.610	0.076	73.533	<0.001	0.848	0.371	66.381	<0.001	115.144	<0.001
J×P	1.854	0.178	1.053	0.396	0.833	0.495	4.619	0.016	5.763	0.007	4.623	0.016

变异来源Source of variation	根际土Rhizosphere soil						根Root
	碳氮比 C/N		碳磷比 C/P		氮磷比 N/P		碳氮比 C/N		碳磷比 C/P		氮磷比 N/P
	F	P	F	P	F	P	F	P	F	P	F	P
J	0.762	0.532	1.655	0.217	5.158	0.011	5.285	0.010	8.344	0.001	16.181	<0.001
P	0.028	0.868	7.395	0.015	10.618	0.005	23.008	<0.001	63.950	<0.001	33.266	<0.001
J×P	0.128	0.942	1.626	0.223	1.219	0.335	2.667	0.083	0.773	0.526	2.944	0.065