引用本文
雷学军, 吴毅, 黄馨, 蔡建波, 李卓, 吴林世. 甜高粱根际溶磷菌溶磷能力及菌株特性研究. 23(6): 274-278
LEI Xue-jun, WU Yi, HUANG Xin, CAI Jian-bo, LI Zhuo, WU Lin-shi. Phosphate dissolving capability and the affect of phosphate-dissolving bacteria in the rhizosphere on Sorghum bicolor . Acta Prataculturae Sinica, 23(6): 274-278  
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甜高粱根际溶磷菌溶磷能力及菌株特性研究
雷学军1,2, 吴毅1, 黄馨1, 蔡建波1,2, 李卓2, 吴林世1
1.中南林业科技大学碳循环研究中心,湖南 长沙 410004
2.湖南绿心农林科技有限公司,湖南 长沙 410117

作者简介:雷学军(1958-),男,湖南安乡人,教授。E-mail:rrk@rrkchina.sinanet.com

基金:湖南省科技厅重点项目(S2014S2032)和长沙市科技局重点项目(k1301061-21)资助
摘要

利用蒙金娜培养基,从甜高粱根际分离具有溶磷能力的菌株,通过溶磷圈法筛选出5株溶磷能力较强的菌株,利用钼锑抗比色法和Salkowski比色法分别对溶磷特性与分泌IAA能力进行测定,结果表明,筛选的菌株分解磷酸钙的能力存在显著差异,溶磷量在107.26~233.95 μg/mL之间,各菌株均具有分泌IAA能力,IAA分泌量在15.23~27.79 μg/mL之间,接种溶磷菌后甜高粱株高、茎粗、干重都比对照明显提升。因此, 溶磷能力和分泌IAA能力较强的菌株(WD51、WD20) 可作为研制微生物肥料的优良菌株。

关键词: 磷素; 溶磷菌; 溶磷量; IAA分泌量; 甜高粱
中图分类号:S514.06 文献标志码:A 文章编号:1004-5759(2014)06-0274-05
Phosphate dissolving capability and the affect of phosphate-dissolving bacteria in the rhizosphere on Sorghum bicolor
LEI Xue-jun1,2, WU Yi1, HUANG Xin1, CAI Jian-bo1,2, LI Zhuo2, WU Lin-shi1
1.Research Center of Carbon Cycle, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China
2.Hunan Lvxin Agriculture and Forestry Science &Technology Co. Ltd., Changsha 410117, China
Abstract

Phosphorus is the second of the most necessary elements for plant growth.The phosphorus nutrients needed by plants are mainly sourced from rhizospheric soil, and phosphorus deficiency in the soil is an important limiting factor for agricultural production in many developing countries. Some micro-organisms can convert insoluble phosphate to soluble forms and research on such organisms therefore has considerable practical significance. Five bacterial strains were screened from Mengjinna inorganic mediums. The phosphate-solubilizing characteristics and IAA secretion ability of these strains of bacteria were studied using both the Molybdenum antimony resistance colorimetric method and Salkowski colorimetric method. There were notable differences in the micro-organisms’ phosphate dissolving capability. Phosphate-dissolving capability was 107.26-233.95 μg/mL. All the strains had the ability to produce IAA and IAA capability was 15.23-27.79 μg/mL. In comparison with the control, every strain showed significant benefits to Sorghum bicolor height, stem diameter and dry weight. In summary, strains WD51 and WD20 showed strong capability for phosphate dissolving and IAA secretion and could be used as potential strains for biofertilizer manufacture.

Keyword: phosphorus; phosphate-dissolving bacteria; phosphate-dissolving capability; IAA secretion; Sorghum bicolor

磷素是作物生长发育、产量与品质形成必不可少的大量营养元素, 作物吸收的磷素主要来自土壤, 而土壤中95%以上的磷为植物难以直接吸收利用的无效形式, 因此, 磷素常成为限制作物生长与产量的主要元素之一[1, 2, 3]。全世界约有43%的耕地、我国约有74%的耕地土壤缺磷, 2/3的农田严重缺磷[4, 5], 常通过集中施肥或者增加施肥量以弥补磷素的供应, 研究发现, 施磷可提高玉米(Zea mays)产量12.20%~20.76%[6], 提高大豆(Glycine max)产量1.78~2.43倍[7], 提高大豆蛋白质含量8%[8], 具有较明显的改善作物经济产量品质的效应。但施入土壤中的磷肥, 植物当季的利用率仅为5%~25%, 肥料中70%以上的水溶性磷与土壤中的铁、铝等金属元素及钙离子结合, 转化为难溶性磷酸盐[3], 进一步削弱了肥料的效力, 因此, 科技工作者开始将目光聚焦于作物的根际土壤, 它们存在着大量的溶磷微生物, 能够将难溶性的磷酸盐转化为可溶态, 将不可利用的磷素直接供应到作物的根系, 而且部分微生物还能分泌生长调节物质, 这些生长调节物质能够直接促进作物生长, 因此, 开展作物根际溶磷微生物的研究与应用具有重要的现实意义, 目前, 国内外对于作物根际溶磷微生物已经有零星报道[9, 10], 这些报道多集中在功能微生物资源的筛选鉴定, 菌肥菌剂的研制方面, 菌肥菌剂对作物的促生效应也有所涉及, 如Hariprased和Niranjana[11]就开展了相关研究, 在甜高粱(Sorghum bicolor)方面的研究较少。

甜高粱为禾本科(Gramineae)高粱属(Sorghum)一年生草本植物, 是一种糖类生物质原料, 属高光效C4植物, 是粒用高粱的一个变种, 具有生长快, 产量高, 抗逆性强的特点。因耐旱、耐涝、耐瘠薄、耐盐碱而有“ 骆驼作物” 之称, 从黑龙江到海南岛, 从东海之滨到塔里木盆地都可以生长, 特别适合于在低质土地上种植[12, 13, 14]。该研究是从甜高粱健康植株根际土壤中分离溶磷菌, 研究它们的溶磷能力与菌株特性, 希望从中筛选出优良菌株, 以期为甜高粱生产中磷素的高效供应提供理论基础与技术依据, 为研制高效溶磷生物菌肥提供科学支撑。

1 材料与方法
1.1 采样地概况

采样地位于湖南长沙中南林业科技大学植物园种植基地内(28° 08'N, 112° 59'E), 海拔87~98 m 之间。属亚热带季风湿润气候, 年平均气温16.9℃, 年降水量1400 mm, 年均日照时数为1726 h, 无霜期279 d 左右。年蒸发量1261~1388 mm, 相对湿度70%~74%。地带性植被为常绿阔叶林。地貌类型以岗地为主, 坡度20° ~35° 。起伏平缓, 相对高差10~20 m, 土壤类型为典型的第四纪网纹红壤, 地带性植被为常绿阔叶林。

1.2 土壤样品的采集

随机选择5块标准地, 以5点取样法取附着于甜高粱健康根系的根际土壤, 按常规方法混合后装入无菌封口袋, 低温保存后带回实验室进行溶磷菌分离。

1.3 溶磷菌的分离纯化、溶磷能力及菌株特性的测定

将甜高粱根际土壤, 利用蒙金娜无机培养基进行分离[9], 待菌落长出后, 挑取具有溶磷菌特征的单个菌落纯化并保存在LB试管斜面中(4℃)。将培养基上生长的菌株, 置于28℃培养箱中培养10 d, 测定其溶磷圈直径(D)与菌落直径(d), 根据D/d值初步评估其溶磷性能。溶磷菌溶磷量的定量测定、分泌IAA生长素的定性测定与分泌IAA能力的定量测定分别参考文献[9]进行。

1.4 统计分析

采用 Microsoft Excel 2003与 SPSS 17.0进行统计分析。

2 结果与分析
2.1 甜高粱根际溶磷菌的分离与筛选

从甜高粱健康根系的根际土壤共分离出无机磷菌株12株, 根据溶磷圈直径(D)与菌落直径(d)的比值(D/d)这种表征溶磷菌溶磷能力的指标进行初步筛选, 将D/d值小于1.50淘汰, 共获得5株高效菌株, 5株菌株菌落周围出现了明显的透明圈, D/d值趋于稳定, 范围在1.53~4.25之间, 初步确定WD20、WD51菌株溶磷效果比较好, D/d值均大于2.00(表1)。研究中的D/d 值与赵小蓉等[10]测得假单胞菌属的D/d值相仿。

表1 甜高粱根际溶磷菌的特征分析 Table 1 Strain characters of different phosphate-solubilizing bacteria on S. bicolor
2.2 甜高粱根际溶磷菌溶磷力测定

5个菌株均具有溶磷能力, 各菌株溶磷量存在显著差异, 其溶解磷酸钙增量在107.26~233.95 μ g/mL之间, 相比而言, WD51菌株的溶磷量较强, 最高达到233.95 μ g/mL; WD37菌株溶磷能力较弱, 差异达显著水平(P< 0.05)。定性定量测定结果表明, 液体振荡培养条件下, 同一菌株, 并不是D/d值越大, 溶磷量就越高。固体培养基上WD20D/d值最高(4.25), 溶磷量为186.65 μ g/mL, WD51D/d值为2.05, 溶磷能力最高(表2)。这与李玉娥等[15]在苜蓿(Medicago sativa)根际溶磷菌研究中所得的结果一致。

表2 甜高粱根际溶磷菌溶磷量与IAA分泌量分析 Table 2 Capacity of phosphate dissolving and IAA secretion of different strains on S. bicolor
2.3 甜高粱根际溶磷菌分泌生长素的能力

对分离筛选出的5株溶磷能力较强的溶磷菌, 进行IAA分泌能力的测定, 结果显示, 不同菌株分泌的IAA浓度差异比较大, 定性检测各供试菌株分泌IAA结果显示, 菌株WD29显色反应不太明显, 菌株WD20显色反应为深粉红色, 菌株WD51、WD14、WD37为粉红色。定量测定发现, IAA分泌量在15.23~27.79 μ g/mL之间(表2), 各个菌株间分泌IAA量差异均达到极显著水平(P< 0.01), 分泌IAA量最大的菌株WD20与最小的菌株WD29, 差值可达12.56 μ g/mL, 而且各菌株分泌IAA的定性与定量测定结果总趋势相一致。

2.4 不同溶磷菌对甜高粱生长的影响

2.4.1 不同溶磷菌对甜高粱株高的影响 从图1 可知, 甜高粱植株的生长量因接种不同溶磷菌而发生了改变, 无论第1茬还是第2茬, 接种溶磷菌加快了甜高粱的生长, WD51、WD20与WD51+WD20接种植株株高显著高于对照(P< 0.05), 接种第1茬的株高生长优于第2茬。第1茬各处理(WD51、WD20与WD51+WD20) 株高较对照分别增加27.67%, 17.77% 和32.85%; 第2茬增加幅度在24.59%~39.85%之间。2种菌株组合的接种处理与单一最好菌株(WD51) 对甜高粱株高增加效果接近, 要想评估是否具备协同增效的作用, 还需进一步的验证。其余接种植株株高与对照差异不显著。

图1 不同溶磷菌对甜高粱株高的影响Fig.1 Effect of different phosphorus-solubilizing bacteria on S. bicolor height

2.4.2 不同溶磷菌对甜高粱茎粗的影响 从图2可知, 溶磷菌对甜高粱茎粗影响明显, 第1茬中各处理(WD51、WD20与WD51+WD20) 较对照分别增粗123.28%, 57.31% 和164.78%; 第2茬较对照分别增粗134.93%, 99.16% 和199.16%。2茬的增粗效果都很明显, 但增粗效果具有差异, 接种菌株WD20甜高粱茎粗的影响不及另外2个处理, 相对于第1茬, 第2茬的增粗状况均呈下降趋势, 但WD51+WD20的降幅最小, 说明2种菌株复合作用, 可以达到协同增效。WD29、WD37和WD14处理对甜高粱茎粗的影响与对照的差异不显著, 三处理之间也没有明显差异。

图2 不同溶磷菌对甜高粱茎粗的影响Fig.2 Effect of different phosphorus-solubilizing bacteria on S. bicolor stem diameter

2.4.3 不同溶磷菌对甜高粱干重的影响 从图3可知, 接种菌株对甜高粱干重影响较大, 相比对照, 各处理在2茬中干重都高于对照。第1茬WD51、WD20与WD51+ WD20处理较对照分别增加27.67%, 17.77%和32.85%; 第2茬则分别增加44.37%, 31.56%和55.32%。可见, 溶磷菌对甜高粱干重影响明显。2种菌株复合作用, 也可以达到协同增效。WD29、WD37和WD14处理的甜高粱干重也显著高于对照, 但三者之间差异不显著。

图3 不同溶磷菌对甜高粱干重的影响Fig.3 Effect of different phosphorus-solubilizing bacteria on S. bicolor dry weight

3 讨论与结论

甜高粱是我国农业生态系统重要组成部分, 对于维持农业生态系统结构与功能稳定具有重要意义。本试验证实了根际促生菌可以影响甜高粱的生长与生物质的累积, 揭示了根际促生菌在甜高粱栽培生态中的潜在作用。研究结果为应用根际促生菌促进作物科学管理提供了理论依据。

本研究结果表明, 甜高粱接种根际促生菌可明显提高植株对各种磷源的吸磷量, 进而促进作物的生长, 这与很多研究结果相一致。不同菌株能够改善作物的养分累积量, 且对于甜高粱的生长与干物质的累积具有一定的增长效应, 总趋势基本一致。试验通过溶磷圈法, 筛选出溶磷菌12株, 测定其D/d值筛选出5株溶磷效果显著的菌株, 采用钼锑抗比色法测定溶磷能力及分泌生长素(IAA) 特性。筛选的菌株分解磷酸钙的能力存在显著差异, 溶磷量在107.26~233.95 μ g/mL之间, 各菌株均具有分泌IAA能力, IAA分泌量在15.23~27.79 μ g/mL之间, 接种溶磷菌后甜高粱株高、茎粗、干重都比对照提升明显。

甜高粱具有生长快、产量高、抗逆性强的特点, 已成为重要的糖类生物质原料, 其生长发育、产量与品质形成的过程中, 磷素的供应是决定产量的关键因素, 通过集中施用磷肥(化学肥料)可以弥补土壤磷素含量不高这一局限, 但化学肥料的不当施用容易使土壤中残留大量的磷素, 不仅浪费资源, 而且对地下、地上水体构成威胁, 污染了环境。基于作物根际微生物的菌肥是一种环境友好型肥料, 是未来精确农业可持续发展的重要方向之一[16, 17, 18, 19]。该研究是从甜高粱根际表土中分离筛选出的溶磷菌, 菌株WD51与WD20两种不仅具有较强的溶磷能力, 还具有分泌IAA的特性, 可作为研制微生物肥料的优良菌株, 以期为甜高粱生产中磷素的高效供应提供理论依据和技术支撑, 为研制高效溶磷生物菌肥提供科学依据。

The authors have declared that no competing interests exist.

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