胶质芽孢杆菌对黑麦草根际微生物数量的影响

2012-08-20张晓波

草业科学 2012年6期

张晓波，赵艳

（1．海南大学农学院，海南海口570228；2．热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室海南大学，海南海口570228）

土壤是一个活的生态体系，其中土壤微生物不仅是土壤有机物转化的执行者，而且是植物营养元素的活性库［1－2］。因此，土壤微生物在评价土壤肥力、环境监测、评价土地利用和土壤质量状况等方面有广泛的作用，可为土壤健康管理提供科学依据［3－5］。

多年生黑麦草（Lolium perenne）（以下简称黑麦草），具有生长速度快、产量高、适应性强、适口性好和营养价值丰富等优点，在全国许多地区得到广泛推广［6］。种植黑麦草既可充分合理利用耕地资源，也可为畜牧业生产提供大量的优质青饲料，节省饲料粮，增加农民收入［7］。近年来，许多学者主要对黑麦草进行了产量、养分等方面的研究［8－10］，而关于施用胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）菌剂对黑麦草根际土壤微生物数量影响的研究还相对较少。胶质芽孢杆菌具有活化磷钾矿物的能力，作为微生物钾肥的有效成分，其在根际的定殖以及在作物生长周期保持较多的成活数量是人工接种菌剂能否有效提高作物产量、培肥土壤肥力等方面的重要因素［11］。为此，本试验探讨了施用胶质芽孢杆菌菌剂对黑麦草根际土壤微生物数量的影响，以期为胶质芽孢杆菌菌肥的研制及利用提供参考。

1 材料与方法

1．1 供试植物黑麦草，品种为Premier，经测定其种子发芽率达95%。

1．2 供试菌剂本试验所用菌株是从玉米（Zea mays）、草地早熟禾（Poa pratensis）、披碱草（Elymus dahuricus）、多年生黑麦草、匍匐剪股颖（Agrostis palustris）根际土壤中分离筛选鉴定出的5株胶质芽孢杆菌菌株，分别编号为菌株K02、K05、K09、K11、K12；经扩繁、复壮制成菌液（活菌数达到2．0×109cfu·mL－1），培养后用灭菌草炭分别吸附各菌液（草炭∶菌液＝2∶1），混匀后晾干备用。

1．3 试验设计本试验选取农田0～20cm耕层土壤，属黄土状母质发育的石灰性褐土，土壤有机质含量22．8g·kg－1，速效氮含量22．7mg·kg－1，速效磷含量 11．8mg·kg－1，速效钾含量 58．3 mg·kg－1，细菌8．9×106cfu·g－1，放线菌2．3×103cfu·g－1，真菌5．3×103cfu·g－1，pH 值7．89。本试验采用盆栽法（盆钵为直径30cm、高27cm的聚乙烯塑料盆）进行，先在盆底部装粉碎小石子1kg，供试土壤5kg·盆－1和菌剂50g［对照除外］，充分混匀后，为保证每盆的含水量一致，每盆浇水1L，每盆播种黑麦草种子1g。

试验设6个处理，分别为上述5个胶质芽孢杆菌及对照，对照为种子及土壤均不接菌的处理，每个处理设10个重复，共计60盆。

1．4 盆栽取样及测定方法

1．4．1 土样采集分别在黑麦草播种后10、50和90 d，随机选取健康黑麦草植株，将其从0～10cm土样挖出，轻轻抖落根系外围土，取紧贴在根表附近的土样，将同一处理的土样混均匀后作为根际土，备用。

1．4．2 微生物数量的测定采用稀释涂布平板法［12］，全过程无菌操作。细菌用牛肉膏蛋白胨培养基；放线菌用高氏一号培养基；真菌采用马丁氏培养基。准确称取10g已过筛（1mm）土壤，加入盛有90mL无菌水的三角瓶中，用HS260基本型振荡仪振荡30min（170r·min－1），得10－1土壤悬浊液，充分混匀后，立即吸取1mL悬浊液加入另一盛有9 mL无菌水的试管中，得10－2土壤悬浊液。按上述方法依次将土壤稀释成10－3、10－4、10－5的悬浊液。

根据待分离的微生物类型，分别吸取不同稀释倍数的土壤悬浊液（真菌10－3、放线菌10－2、细菌10－5）0．1mL，加入预先制备好的平板培养基上，用无菌涂布器将土壤悬浮液均匀涂布在培养基上，每种处理设3次重复。将培养基在特定温度下（真菌25℃、放线菌28℃、细菌30℃）培养5～6d观察，并统计菌落数目。结果以每克干土所含菌数表示［12］，按下式计算。

1．5 数据处理与分析本试验所有数据均用Microsoft Excel进行计算，并利用SPSS 13．0进行方差分析。

2 结果与分析

图1 胶质芽孢杆菌对黑麦草根际细菌数量的影响Fig．1 Effects of Bacillus mucilaginosus on the quantity of bacteria in ryegrass rhizosphere

2．1 对黑麦草根际细菌数量的影响与对照相比，施入胶质芽孢菌剂后各处理黑麦草根际细菌数量随着黑麦草的生长而增加（图1），并且均以播种后90d的细菌数量增加最多，播种后10d的细菌数量最少。其中，播种后10d各菌剂处理的黑麦草根际细菌数量与对照相比增加幅度为13．04%～44．56%，各处理细菌数量依次为 K05＞K12＞K09＞K11＞K02＞对照；播种后50d根际细菌数量与对照相比增加幅度在18．09%～60．00%，处理K05＞K12＞K11＞K09＞K02＞对照；播种后90d根际细菌数量与对照相比增加幅度为23．25%～97．67%，各处理细菌数量依次为 K05＞K12＞K09＞K11＞K02＞对照。方差分析表明，在播种后10、50、90d，黑麦草根际细菌数量均显著高于同期对照（P＜0．05）；此外，播种后10、90d所有菌剂处理间黑麦草根际细菌数量均有显著差异（P＜0．05）。播种50d后处理 K05、K12与 K02、K09、K11之间具有显著差异（P＜0．05），而处理K02、K09和K11之间差异不显著（P＞0．05）。

图2 胶质芽孢杆菌对黑麦草根际放线菌数量的影响Fig．2 Effects of Bacillus mucilaginosus on the quantity of actinomycete in ryegrass rhizosphere

图3 胶质芽孢杆菌对黑麦草根际真菌数量的影响Fig．3 Effects of Bacillus mucilaginosus on the quantity of fungi in ryegrass rhizosphere

2．2 对黑麦草根际放线菌数量的影响与根际细菌数量类似，黑麦草根际的放线菌数量随着黑麦草的生长而增加，各处理均以播种后90d的数量最多，10d的数量最少（图2）；播种后10d各菌剂处理的黑麦草根际放线菌数量与对照相比增加幅度为6．89%～37．93%，各处理放线菌数量依次为K05＞K12＞K11＞K09＞K02＞对照；播种后50d根际放线菌数量与对照相比增加幅度为17．14%～62．85%，各处理放线菌数量依次为K12＞K05＞K09＞K02＞K11＞对照；播种后90d根际放线菌数量与对照相比增加幅度为37．20%～55．81%，各处理放线菌数量依次为K09＞K12＞K11＞K05＞K02＞对照。方差分析表明，在播种后10、50、90d，与对照相比，除播种后10d处理K02增加不显著外（P＞0．05），其余处理均增加显著（P＜0．05）；各菌剂处理间，在播种后10d处理K05、K11、K12与处理K02之间显著差异（P＜0．05），而处理K05与处理K12、K11间差异不显著；在播种50d后处理K05、K12与处理K02、K09、K11之间具有显著差异（P＜0．05）；在播种后90d处理 K09、K12、K11、K05与处理K02之间差异显著（P＜0．05），而K09、K12、K11、K05间差异不显著。

2．3 对黑麦草根际真菌数量的影响施用胶质芽孢杆菌菌剂对黑麦草根际真菌数量的影响不同于细菌和放线菌的变化趋势。在播种后10d处理K12黑麦草根际真菌的数量与对照相比增加了8．92%（图3）；除处理K12外，其余处理根际真菌的数量与对照相比均有减少，减少幅度为3．51%～8．92%，各处理根际真菌数量依次为K02、K05＜ K09＜K11＜对照＜K12；播种后50d根际真菌的数量与对照相比减少幅度为1．37%～23．28%，各处理根际真菌数量依次为K05＜K12＜K09＜K11＜K02＜对照；播种后90d黑麦草根际真菌的数量与对照相比减少幅度为1．92%～39．42%，各处理根际真菌数量依次为K05＜K12＜K09＜K02＜K11＜对照。播种后10d除处理K12外，其余处理总的趋势表现为施用胶质芽孢杆菌菌剂对根际真菌的数量有较强的抑制作用。方差分析表明，与对照相比，在播种后10d处理K02、K05、K12差异显著（P＜0．05），与处理K09、K12差异不显著（P＞0．05）；在播种后50d与处理 K05、K12差异显著（P＜0．05），与处理K02、K09、K11差异不显著，在播种后90d与处理K02、K05、K09、K12差异显著（P＜0．05），与处理K11差异不显著。总体而言，施用胶质芽孢杆菌菌剂后，3个取样时期绝大部分处理根际真菌数量呈下降趋势。

3 讨论与结论

根际是受根系直接影响的土壤范围，在植物的整个生长期间，根系进行着活跃的代谢作用，向根外不断分泌有机物质，这些分泌物是根际微生物的重要营养和能量来源。有研究表明，同一作物在不同生育时期营养状态下，其根际微生物数量呈现一定的动态变化［13－14］。

本研究表明，胶质芽孢杆菌对黑麦草不同生长时期土壤中三大类微生物数量均产生了影响，其中根际微生物总量在播种后90d时数量较多，另外，与对照相比，各处理根际细菌、放线菌数量增加。大量微生物的繁衍又可促进土壤有机物的分解，从而形成植物与微生物在土壤载体中的相互依存、相互促进的关系；与对照相比，除播种后10d时处理K12外，其他各处理根际真菌数量均减少，且在播种后50和90d，所有菌株处理黑麦草根际真菌数量与对照相比下降显著；从而，总体上说明胶质芽孢杆菌菌剂施入土壤后对黑麦草根际真菌的生长有一定的抑制作用。本研究结果与别运清和胡正嘉［15］研究硅酸盐细菌对植物真菌有明显抑制作用和林启美等［16］研究在小麦（Triticwm aestivum）生长10d时胶质芽孢杆菌对真菌的生长有较强抑制作用的结果相一致。

其他研究者关于作物连作导致土壤养分下降的研究也证明了随着土壤养分的下降，植物根际细菌、放线菌数量下降，真菌的数量逐渐增加，根际土壤由“细菌主导型”向“真菌主导型”转化；反之，如果土壤养分上升，则植物根际真菌数量下降，细菌、放线菌的数量增加，根际土壤由“真菌主导型”向“细菌主导型”转化［17－20］。本研究中，胶质芽孢杆菌菌剂在促进黑麦草根际细菌、放线菌数量的同时“抑制”了真菌的数量，在某种程度上也使得黑麦草根际土壤由“真菌型”向“细菌型”转化，说明施入胶质芽孢杆菌菌剂在一定程度上改善了黑麦草的根际环境。

［1］ Wu J，Brookes P C，Jenkinson D S．Formation and destruction of microbial biomass during the decomposition of glucose and ryegrass in soil［J］．Soil Biology and Biochemistry，1993，25：1435－1441．

［2］ Burger M，Jackson L E．Microbial immobilization of ammonium and nitrate in relation to ammonification and nitrification rates in organic and conventional cropping systems［J］．Soil Biology and Biochemistry，2003，35：29－36．

［3］李传荣，许景伟，宋海燕，等．黄河三角洲滩地不同造林模式的土壤酶活性［J］．植物生态学报，2006，30（5）：802－809．

［4］ France E A．Soil chemistry changes after 27years under four tree species in southern Ontario［J］．Canadian Journal of Forest Research，1989，19（12）：1648－1650．

［5］邢会琴，肖占文，闫吉智，等．玉米连作对土壤微生物和土壤主要养分的影响［J］．草业科学，2011，28（10）：1777－1780．

［6］季杨，张新全，马啸．多花黑麦草品种间杂交及其杂种后代 SRAP遗传分析［J］．草业学报，2009，18（4）：260－265．

［7］王栋．牧草学各论［M］．南京：科学技术出版社，1989：32－33．

［8］占丽平，鲁剑巍，杨娟．施肥对黑麦草生长和产量的影响［J］．草业科学，2011，28（2）：260－265．

［9］刘经荣，张美良，郑群英．不同施N水平对黑麦草产量和品质的效应［J］．江西农业大学学报，2003，25（6）：844－847．

［10］鲁剑巍，李小坤，粱友光．平衡施肥对黑麦草生长及产量的影响［J］．水利渔业，2004，24（2）：20－22．

［11］何琳燕，盛下放，陆光祥，等．不同土壤中硅酸盐细菌生理生化特征及其解钾活性的研究［J］．土壤，2004，36（4）：434－437．

［12］姚占芳，吴云汉．微生物学实验技术［M］．北京：气象出版社，1998：128－131．

［13］孙军德，赵春燕，黄小星，等．保护地番茄根际微生物区系分析［J］．土壤通报，2005，36（6）：943－945．

［14］刘训理，王超，吴凡，等．烟草根际微生物研究［J］．生态学报，2006，26（2）：552－557．

［15］别运清，胡正嘉．硅酸盐细菌几种功能的研究［J］．襄樊职业技术学院学报，2002，1（1）：12－15．

［16］林启美，饶正华，孙焱鑫，等．胶质芽孢杆菌的筛选及其对番茄营养的影响［J］．中国农业科学，2002，35（1）：59－62．