微生物土壤活化剂对甘蔗根系及地上部分作用效果

覃伟，陈学宽，赵丽萍，李旭娟，赵培方，刘家勇，赵勇，赵俊，杨昆，姚丽，昝逢刚，夏红明，吴才文

（云南省农业科学院甘蔗研究所/云南甘蔗遗传改良重点实验室，云南开远661699）

0 引言

根是植物长期适应陆生生活过程中发展起来的器官，构成植物体的地下部分。根的主要生理功能是固定植株，并从土壤中吸收水分和溶于水中的矿质养分及氮素，供植物生长所利用，在植物的生长过程中发挥着重要作用[1-2]。近年来应用放射性同位素示踪证明，根有生物合成作用，至少有10 余种组成蛋白的氨基酸以及植物碱、有机氮等有机物是在根内合成的[3-6]。由此可见，根的生理功能十分重要，任何作物的高产稳产必须有一个良好的根系为基础。甘蔗的根系主要由主根和侧根构成，尽管胚胎形成期即形成的主根已经在发育学研究中很受重视，但它只占成熟根系的很小一部分，侧根是根系的主体，与植株的生长和作物产量的提高密切相关[8-9]。由于主根的数量是相对固定的，而侧根的数量具有不确定性，有着很大的发展潜力。侧根的数量除了与品种的种性有关之外，还受营养物质和环境条件的影响[10-15]。而有机肥乃至土壤中的微生物在一定程度上能影响甘蔗根系的发育，促进根系对营养物质的吸收，从而促进甘蔗生长，起到增产的效果。

微生物土壤活化剂对现代农业健康绿色生产起着重要的作用，这不仅体现在改善土壤养分供应状况，而且体现在对作物生长的促生、抗病、抗逆性、提高产量、改善品质等方面。微生物肥料可促进植物生长调节剂的产生；可促进赤霉素、生长素和其他活性物质的产生；调节、促进作物的根系、植株的生长发育，可不同程度提高作物产量[16]，在水稻、玉米和烟草等的研究已取得一定进展[17-22]，但微生物土壤活化剂在甘蔗上仍没有开展相关研究。本研究拟用两个甘蔗品种为研究材料，利用微生物土壤活化剂对甘蔗进行浇灌，通过对甘蔗根系及地上部分的分析，研究微生物土壤活化剂对甘蔗根系发育的作用机理，为甘蔗根系对其增产的促进效果研究提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料

参试甘蔗品种为‘新台糖22号’（ROC22）和‘云蔗06-407’，ROC22为生产上的主推品种，适应性广，产量高，由国家甘蔗种质资源圃提供。

微生物土壤活化剂为：OSA 有机土壤活化剂微生物菌剂是“台湾高雄第一科技大学能源科技研究中心”研发，山东潍坊合农生物科技有限公司制造。对目前国内西瓜、蔬菜、果树存在的死棵、重茬、土壤板结、药物残留等症状均起到明显的改善作用，可促进植物根系发育，提高产量。

1.2 试验设计

采用高1.4 m，直径40 cm 的特制HDPE容器进行桶栽沙培种植。先将蔗茎切成单芽种茎，用营养杯进行育苗培养，待甘蔗苗长至50 cm 左右，选健康无病虫害植株带土移栽至培养桶中，每个桶种植1棵，每个品种种植6 桶，其中3 桶作为空白对照处理（CK 处理），3 桶进行OSA 微生物土壤活化剂浇灌处理（OAS 处理），每次10 mL/桶，于浇水时倒入水中一起浇灌，每2 月浇灌1次。两个处理的管理水平及施肥量相同。当甘蔗长至约2.0 m株高时可清洗根系，进行根系扫描分析，同时进行伤流液、生物产量测定。

1.3 测定指标及数据收集方法

测量株高和茎径后将植株从距离沙层表面5 cm 处整齐切下，称地上部植株鲜重，用气球套在桶中植株切口处收取伤流液，时间为下午18：00 至次日上午8：00，收集好的伤流液倒入量筒中测量体积，并计算伤流量（mL/h）；将桶中根系清洗干净后，取下根系用吸水纸吸干表面水分，称根系鲜重，然后用于扫描分析；将根系单根一次排在专用根盘中，不重叠、不交叉，利用WinRHIZO LA6400XL 根系专用大幅面透视扫描仪扫描根系，把扫描好的图片按品种、重复保存在不同文件夹中。扫描后的根系装入牛皮纸袋，放入烘箱烘至恒重。用根系专用WinRHIZOPro软件对扫描图片进行分析，以每个单株为单位进行图片数据汇总分析。分析的根系性状指标有总根长、根表面积、直径、根体积、根尖数、根分枝数、根交叉数、白根根长、白根表面积、白根直径、白根体积、白根尖数、黑根根长、黑根表面积、黑根直径、黑根体积和黑根尖数。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel和SPSS 19.0软件分析数据，用Duncan’s新复极差法检验显著性。

2 结果与分析

2.1 微生物土壤活化剂对甘蔗生物量的影响

由表1 可知，施用微生物土壤活化剂均可使ROC22 和云蔗06-407 两个甘蔗品种的株高有所增加，云蔗06-407 的株高和茎径分别增加12.37%和28.81%，但施用（OSA）和未施用（CK）处理差异未达到显著水平。在地上鲜重和根系鲜重上，施用OSA 对ROC22 虽有一定增长效果，但两个处理间差异不显著；然而，对云蔗06-407 的增长效果明显，两个指标差异均达到显著水平，其中云蔗06-407 地上鲜重增长32.61%，根系鲜重增长37.10%。施用微生物土壤活化剂对茎径的影响较大，两个茎径增大均达显著水平。说明施用微生物土壤活化剂可促进甘蔗根系生长、提高甘蔗生物量，但不同品种的作用效果存在一定差异；对甘蔗茎径增大效果明显，两个品种都达显著水平。

表1 微生物土壤活化剂对甘蔗生物量的影响Table 1 Effect of microbial soil activator on biomass of sugarcane

2.2 微生物土壤活化剂对甘蔗根长和根表面积的影响

由表2可知，施用微生物土壤活化剂对两个甘蔗品种的总根系长度及黑根长度有一定增长效果，但差异不显著。ROC22两个处理的白根长度无显著差异；而云蔗06-407的施用微生物土壤活化剂处理白根根长比对照增长92.57%，差异达显著水平。根系的表面积代表根系与土壤可接触的面积，ROC22的根系总表面积、白根表面积和黑根表面积在两个处理中的差异较小，且差异不显著。云蔗06-407 施用微生物土壤活化剂处理对根系总表面积和黑根表面积的提高存在一定促进效果，但差异未达显著水平；然而施用微生物土壤活化剂处理对白根表面积的促进作用达显著水平，增长66.08%。说明施用微生物土壤活化剂有利于增大白根表面积，有利于增大有活力的根系与土壤的接触面积，有利于营养物质的吸收。

表2 微生物土壤活化剂对甘蔗根长和根表面积的影响Table 2 Effect of microbial soil activator on root length and root surface area of sugarcane

2.3 微生物土壤活化剂对甘蔗根直径和根体积的影响

由表3可知，施用微生物土壤活化剂对ROC22根系的3个直径指标均无显著影响效果，对云蔗06-407的黑根直径也无显著影响效果。然而云蔗06-407 空白处理的总直径和白根直径均显著大于施用微生物土壤活化剂处理。两个甘蔗品种施用微生物土壤活化剂和空白对照在总根体积、白根体积和黑根体积上虽存在不同程度差异，但均未达显著水平。

表3 微生物土壤活化剂对根直径和根体积的影响Table 3 Effect of microbial soil activator on root diameter and root volume

2.4 微生物土壤活化剂对甘蔗根尖数、根分枝数和总根交叉点的影响

表4数据结果表明，施用微生物土壤活化剂对ROC22根系的3个根尖数指标均无显著影响效果，但云蔗06-407 施用微生物土壤活化剂处理，根系的3个根尖数指标显著高于空白对照。说明施用微生物土壤活化剂后云蔗06-407 形成的侧根原基和产生的侧根的数量显著增多。两个品种施用微生物土壤活化剂处理和空白处理在根总分枝数、根交叉点上虽存在不同程度差异，但差异均未达显著水平。ROC22 则是空白对照的数量大于施用微生物土壤活化剂处理，具体原因有待进一步验证。

表4 微生物土壤活化剂对甘蔗根尖数、根分枝数和总根交叉点的影响Table 4 Effect of microbial soil activator on root tips,forks and crossings of sugarcane

2.5 根系性状与生物量相关性分析

根系性状与生物量相关性分析结果（表5）表明，根系鲜重除与根直径、白根直径和黑根直径无相关性外，与其他性状均有显著或极显著正相关；所有生物量性状均与根尖数、白根根尖数和黑根根尖数呈显著或极显著正相关；茎径与根直径、白根直径和黑根直径呈显著负相关；株高与根直径和黑根直径呈显著负相关，与根长、黑根长、根表面积和黑根表面积呈显著正相关。

3 讨论

根系的发达程度是品种的一个种性，与甘蔗的生长息息相关，发达的根系是甘蔗获得高产的基础条件。然而外界环境可在一定程度上影响根系的生长，从而通过改变外界条件使甘蔗的增产成为可能。本研究对根系发达程度存在差异的两个甘蔗品种施用微生物土壤活化剂处理，结果表明，施用OSA微生物土壤活化剂对促进根系生长和提高甘蔗生物量具有一定效果，但对不同品种的作用效果存在一定差异。对ROC22的作用效果较小，而对云蔗06-407的作用效果更显著。施用OSA微生物土壤活化剂对ROC22根系影响效果不显著，对云蔗06-407 影响效果显著，特别是对白根根长、白根表面积、根尖数、白根根尖数和黑根根尖数的影响，说明施用微生物土壤活化剂有利于云蔗06-407 根系的发育。甘蔗地上部分的茎径、株高和地上鲜重均与根尖数、白根根尖数和黑根根尖数有显著或极显著正相关，且均与根系鲜重呈极显著正相关。根尖数在一定程度上代表了侧根原基萌发形成侧根的数量，而根系的鲜重是根系数量直接体现，由此可看出甘蔗的生物量与根系有着很大相关性。

ROC22在我国具有广泛适应性，曾占我国甘蔗种植面积的80%，其具有发达的根系，产量高；而云蔗06-407 的主根数量多，但侧根数量较少。本研究结果表明，OSA 微生物土壤活化剂对ROC22 的作用效果较小，可能与其本身已经具有发达的根系系统有关，受外界环境因素影响小，从而具有广泛适应性。施用OSA微生物土壤活化剂对云蔗06-407的作用效果显著，这与云蔗06-407本身侧根数量较少，受外界环境因素影响大，有很大提升空间有一定关系。OSA 微生物土壤活化剂可促进云蔗06-407产生更多侧根，形成更多数量的白根，增加对营养物质的吸收，从而生长旺盛，提高生物量。侧根的直径远小于主根直径，因此侧根的数量越多，侧根系的平均直径越小，甘蔗株高和茎径与根直径、白根直径和黑根直径存在很大程度上的负相关。说明根系平均直径越小，侧根数量越多，甘蔗的株高和茎径越大，同时也说明促进根系生长，有利于提高株高和茎径。因本试验为桶栽沙培试验，是否与大田条件存在差异，有待进一步试验论证。

综上所述，甘蔗的生物量与根系的发达程度有着很大关系，通过改变环境因素，促进根系的生长，可提高甘蔗产量；同时，也可以通过对甘蔗根系的研究分析，选出具有发达根系系统的甘蔗品种，也可为选出适应性广，产量高的甘蔗新品种提供参考。