三株促生菌及其混合微生物菌剂对莴笋生长和品质的影响

黄书超，侯 栋，岳宏忠，孔维萍， 张东琴，李亚莉， 撖冬荣，颉博杰

(1.甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃省农业科学院 蔬菜研究所，甘肃 兰州 730070； 3.甘肃农业大学 草业学院，甘肃 兰州 730070)

紫叶莴笋(Lactucasativavar.asparaginaL.)是菊科莴苣属一二年生草本植物。具有生育期短、适应性强等特点，可春秋两季或越冬栽培。同时，其营养价值高且可口鲜嫩，因此，备受消费者的青睐[1]。紫叶莴笋也是甘肃省高原夏菜主要栽培品种之一，2017年全省莴笋栽培面积8 000 hm2，其中紫叶莴笋5 300 hm2，在甘肃蔬菜生产中占重要地位[2-3]。但由于农户盲目追求高产，长期不合理施用化肥，造成环境污染、土壤质量下降等问题，不但未提高蔬菜产量和品质，同时也极大地浪费了资源。因此，不合理施用化肥已成为蔬菜生产中普遍存在的问题[4]。鉴于此，通过微生物菌肥替代或部分替代化肥的研究逐渐成为学者研究的热点[5-7]。

微生物菌肥是替代化肥最具潜力的一类低能耗和环境友好型肥料，按类别分为3种，分别是丛枝菌根菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)、根瘤菌(Rhizobia)和植物根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR)[8]。植物根际促生菌是指自由生活在土壤或附身于植物根系的一类可促进植物生长及其对矿质营养的吸收和利用，并能抑制有害生物的有益菌类[9]。近几年，已有大量学者从许多作物如棉花(AnemonevitifoliaBuch)、甘蔗(Saccharumofficinarum)、玉米(Zeamays)、小麦(Triticumaestivum)和水稻(Oryzasativa)等根际分离筛选出大量高效优良促生菌株，并且部分已投入市场[10-12]。但是由于不同的植物种类、气候环境和土壤类型使得植物根际促生菌的特性和适宜性也不同，导致菌肥效果差异也很大[10，12-14]。李昌宁等[15]研究发现，不同PGPR菌剂改善紫花苜蓿品质的效果不同，这与不同菌株溶磷以及分泌植物激素能力不同有关。目前有关莴笋根际促生菌对其生长和品质影响的研究鲜有报道。

因此，本研究采用盆栽试验，以莴笋为供试材料，研究前期从莴笋根际筛选的优良促生菌株的促生效果，探索不同菌株的适宜用量以及比较单一菌株和混合菌株对莴笋生长与品质的影响，旨在为莴笋种植以及促生菌资源的开发与利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试品种

紫叶莴笋品种为红竹，由甘肃省农业科学院蔬菜研究所提供。

1.1.2 供试菌株

供试根际菌株由甘肃农业大学草地微生物多样性实验室提供，采用3种以莴笋为宿主植物的根际促生菌，一是放射型根瘤菌(Rhizobiumradiobacter)，编号为GNB6，来自武山洛门镇文家寺，其固氮酶活性为(371.54±1.7)nmol·h-1·mL-1；二是醋酸钙不动杆菌(Acinetobactercalcoaceticus)，编号为MGBC3，来自武山洛门镇冶拂村，其溶磷能力为(31.24±1.83)μg·mL-1；三是铜绿假单孢杆菌(Pseudomonasaeruginosa)，编号为MGBD1，来自武山洛门镇林家庄，其分泌生长激素含量为(5.29±0.22)μg·mL-1。

1.1.3 菌株间拮抗反应测定

采用牛津杯法[17]对3株菌进行拮抗反应检测，重复3次，3 d后观察是否有抑菌圈出现，若无抑菌圈且细菌生长良好，说明无拮抗作用，可以混合培养。

1.1.4 菌液制备

将培养3 d的GNB6、MGBD1、MGBC3分别接种于LB液体培养基中，置于摇床(28℃，125 r·min-1)振荡3 d，测定D660值并用无菌水调节D660值一致(D660值大于0.5)制成菌悬液，之后GNB6、MGBD1、MGBC3按体积比1∶1∶1做混合菌剂，保存备用[17]。

1.2 试验设计

试验于2019年10月21日在甘肃省农业科学院玻璃温室进行，莴笋种子经千分之二的高锰酸钾消毒处理后，用无菌水冲洗干净放置在14℃的恒温箱内，种子露白时播于72孔穴盘中。待3～5片真叶时，选择整齐一致无病害的幼苗移栽于花盆(内口径26 cm，高23 cm)中，缓苗一周待植株移栽成活后，立即在其根际周围用无菌注射器加入不同剂量的微生物菌剂，其中A1、A2、A3处理分别添加2、4、6 mL·株-1GNB6，B1、B2、B3处理分别添加2、4、6 mL·株-1MGBC3，C1、C2、C3处理分别添加2、4、6 mL·株-1MGBD1，D1、D2、D3处理分别添加2、4、6 mL·株-1GNB6-MGBD1-MGBC3混合液(体积比1∶1∶1)，以空白处理为对照(CK)，定植后各处理间管理水平一致。基质为草炭∶木炭∶腐熟羊粪∶河沙体积比为5∶1∶1∶3，充分混匀后在121 ℃下灭菌40 min。每盆装基质6 kg，每个处理3次重复，每盆2株。试验设置13个处理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 主要农艺性状测定

采收时每处理随机选择3株，测定其株高、茎粗、单株鲜重[18]。

1.3.2 品质指标的检测

参照索莱宝试剂盒的使用方法，对莴笋可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸含量、VC、亚硝酸盐、花青素(OPC)含量进行测定。

1.4 数据处理

用Excel软件进行数据整理和作图，用SPSS16.0软件进行显著性(P<0.05)分析和主成分分析，计算公式：综合得分(F)=λ1F1+λ2F2+…λnFn，式中：λ表示对应主成分的贡献率；Fn表示单个主成分得分值。

2 结果与分析

2.1 菌剂对莴笋主要农艺性状的影响

由表1可见，不同菌剂、不同添加量对莴笋农艺性状的影响各异。固氮菌(GNB6)处理下的莴笋随着菌剂用量的增加，株高和茎粗减小，单株鲜重先升高后降低；溶磷菌(MGBC3)处理下的莴笋随着菌剂用量的增加，株高、茎粗、单株鲜重均呈现先降低后升高趋势；分泌IAA菌(MGBD1)处理下的莴笋随着菌剂用量的增加，株高先降低后升高，茎粗和单株鲜重呈现先升高后降低趋势；混合微生物菌剂处理下的莴笋随着菌剂用量的增加，株高先升高后降低，茎粗和单株鲜重均呈现增加趋势。对莴笋株高促生效果最适宜的用量分别是A1(2 mL·株-1)、B3(6 mL·株-1)、C1(2 mL·株-1)及D2(4 mL·株-1)，对促进莴笋茎粗最适宜的用量分别是A1(2 mL·株-1)、B1(2 mL·株-1)、C2(4 mL·株-1)、D3(6 mL·株-1)，对莴笋单株鲜重效果最适宜的用量分别是A2(4 mL·株-1)、B1(2 mL·株-1)、C2(4 mL·株-1)、D3(6 mL·株-1)。各菌剂在适宜用量下的株高、茎粗、单株鲜重与对照相比都有一定的增加。其中，固氮菌A1的株高最高，为25.83 cm，较对照增加12.26%，处理A2次之；溶磷菌B1的茎粗最大，为7.27 cm，C2次之，且均显著高于对照组；混合微生物菌剂D3的单株鲜重最大，为138.83 g，较对照增加55.67%。不同菌剂对莴笋主要农艺性状的影响略有差异，除株高外，各处理下的茎粗和单株鲜重均高于对照。说明添加微生物菌剂能在一定程度上改善莴笋的生长发育，但不同菌剂不同用量促生效果不同。

表1 菌液对莴笋主要农艺性状的影响

2.2 菌剂对莴笋品质的影响

由表2可知，固氮菌A2处理下的莴笋茎中可溶性蛋白含量最高，为17.41 mg·g-1，较对照增加131.8%；混合微生物菌剂D3中可溶性糖含量最高，为11.83 mg·g-1，较对照增加51.3%；溶磷菌B2中氨基酸含量最高，为183.54 μmol·g-1，较对照增加205.1%；不同菌剂在适宜用量(A2、B2、C2、D3)处理下与对照相比均能提高莴笋茎的可溶性蛋白含量；在适宜用量(A1、B1、C2、D3)处理下能够提高莴笋茎的可溶性糖含量；在适宜用量(A2、B2、C3、D2)处理下氨基酸含量均显著提高。对于莴笋叶片来说，混合微生物菌剂D2中可溶性蛋白含量最高，为79.71 mg·g-1，较对照增加152.4%，固氮菌A1可溶性糖含量最高，为3.69 mg·g-1，较对照增加76.6%；分泌IAA菌C1中氨基酸含量最高，为182.71μmol·g-1，较对照增加16.7%；除氨基酸外，其中，处理组在适宜用量(A2、B1、C2、D2)条件下可溶性蛋白均显著高于对照组。在适宜用量(A1、B2、C3、D3)处理下与对照相比可溶性糖含量均增加。

表2 菌液对莴笋品质的影响

不同处理菌剂对莴笋茎VC的影响各异，其值大小依次为B1>A3>A2>C1>C2>D2>B2>C3>A1>D1>D3>B3>CK，与对照相比，各处理增加88.89%～255.56%。对于莴笋叶来说，其值大小依次为C2>D2>A2>C3>D1>B2>B1>A3>D3>A1>C1>CK>B3，除A1、A3、B3、C1、D3与CK差异不显著外，其余各处理均显著高于CK(P<0.05)，较CK增加27.60%～48.42%，表明适宜用量的微生物菌剂有助于提高莴笋的营养品质。但由于组织差异性，茎和叶对不同微生物菌剂最佳用量不同。

2.3 菌液对莴笋亚硝酸盐的影响

由图1可知，莴笋叶中亚硝酸盐含量最低的处理为D3，其含量为0.004 345 μmol·g-1，较CK降低8.12%。莴笋茎中亚硝酸盐含量最低的处理为A2，其含量为0.001 503 μmol·g-1，较CK 降低71.34%。不同处理对莴笋亚硝酸盐的影响各异，就莴笋茎而言，亚硝酸盐含量大小依次为CK>D3>D1>A3>B3>B2>C3>A1>D2>B1>C2>C1>A2，与对照相比，各处理降低1.47%～71.34%。对于莴笋叶来说，C3和D3处理下的莴笋叶片亚硝酸盐含量比对照降低2.69%和8.12%，其余各处理下的莴笋叶片亚硝酸盐含量均比对照高。说明施入微生物菌剂有助于降低莴笋茎中亚硝酸盐的含量，但菌剂降低叶片亚硝酸盐含量的效果不显著。

不同处理间没有相同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

2.4 菌液对莴笋叶中花青素的影响

由图2可知，不同菌剂处理对莴笋叶片花青素的影响各异，表现为D3>D1>B3>C1>A1>C3>A2>B1>CK>B2>D2>C2>A3，处理D3叶片中花青素含量最高，为41.08 mg·g-1，其次是处理D1、B3，其含量分别为37.74、35.02 mg·g-1，较对照分别增加53.63%、41.14%和30.96%，均达显著水平(P<0.05)。表明适宜用量的微生物菌剂可提高莴笋叶片花青素含量，且混合微生物菌剂(D3)的处理效果最显著。

图2 不同菌液处理对莴笋叶片花青素的影响

2.5 主成分分析

由表3可知，提取出的5个主成分特征值都大于1，且累计方差贡献率达84.736%，包含了绝大部分原始数据信息，所以由这5个主成分代替原始的14个指标。第一主成分莴笋叶片可溶性蛋白含量的特征值较大；第二主成分莴笋叶片氨基酸含量的特征绝对值较大；第三主成分莴笋茎可溶性糖含量的特征值较大；第四主成分株高的绝对值占绝对优势；第五主成分莴笋叶片亚硝酸盐含量的特征值较大。因此，可以将莴笋叶片可溶性蛋白含量、莴笋叶片氨基酸含量、莴笋茎可溶性糖含量、株高、莴笋叶片亚硝酸盐含量作为评价微生物菌剂促生和改善品质的主要指标。

表3 莴笋主成分在各品质上旋转后的成分矩阵及特征值和累积方差贡献率

本实验结合莴笋各指标与不同处理之间的联系，通过主成分分析计算单一菌剂和混合菌剂的综合得分(表4)。由表4可知，不同单一菌剂和混合菌剂对莴笋生长和品质增效顺序为D3>B1>C2>B2>D2>A2>D1>C3>A1>A3>B3>C1>CK，分别得分1.217、0.694、0.642、0.600、0.512、0.309、0.089、0.051、-0.100、-0.331、-0.394、-1.235、-2.036。说明本实验添加单一菌剂和混合菌剂均可促进莴笋生长和提高品质，单一菌剂和混合微生物菌剂在其最适用量下促生效果最显著，其中混合微生物菌剂(D3)效果最好。

3 讨论

3.1 单一菌剂和混合菌剂对宿主莴笋生长的影响

紫叶莴笋含有丰富的矿质元素、维生素、蛋白质、纤维素、氨基酸、花青素等多种有机营养物质[19]。为促进莴笋产业的蓬勃发展，研究者主要致力于高产品种的选育和肥料控释技术的优化，忽视了从根本上改善土壤条件及质量达到提高土壤生产力的目的。随着社会对发展生态农业的重视及可持续发展意识的增强，使得PGPR制成的新型生物肥料部分或逐步取代化肥成为一种可能[20]。株高、茎粗、单株鲜重是评价蔬菜产量及是否健康生长最直观、最重要的指标之一。有研究指出，生防菌剂可以替代化学药剂用于植物病害的防治，同时还具有促进作物植株生长，提高产量的作用[21]。周艳超等[22]研究表明，适宜浓度的枯草芽孢杆菌与纳米碳溶胶能够显著促进黄瓜幼苗的生长，改善土壤状况。徐伟慧等[23]研究发现，复合菌剂R2对西瓜根系具有明显的促生效应。孙玉良等[24]研究表明，浇施微生物菌肥能显著提高黄瓜幼苗的株高、茎粗、净光合速率和根系活力。本研究结果与前人相似，利用前期从莴笋根际中分离筛选到的PGPR菌株：固氮菌(GNB6)、溶磷菌(MGBC3)、分泌IAA菌(MGBD1)，制备不同用量的单一菌剂和复合微生物菌剂对莴笋进行灌根。结果表明，单一菌剂和复合微生物菌剂在适宜用量条件下可明显促进宿主莴笋生长，其中固氮菌(2 mL·株-1)的株高最高，且显著高于对照，固氮菌(4 mL·株-1)次之；溶磷菌(2 mL·株-1)的茎粗最大，分泌IAA菌(4 mL·株-1)次之，且均显著高于不添加菌剂CK处理；混合微生物菌剂(6 mL·株-1)的单株鲜重最大，且显著高于对照。此研究结果与黄秋良等[25]报道微生物菌剂能够有效促进芳樟生长的研究结果基本一致。

3.2 不同处理对莴笋品质的影响

微生物菌剂不仅可以促进作物生长，还在改善品质方面有巨大潜力。有研究表明，加入0.1%或0.2%的EM菌剂有助于抑制不良发酵，提高紫花苜蓿和裸燕麦混贮饲料的发酵品质[26]。不同微生物菌肥不仅促进黄瓜营养生长，还可提高产量和果实中维生素C、可溶性糖含量等[27]。孟阿静等[28]研究结果显示，施用微生物菌肥也可以显著提高番茄果实中维生素C、番茄红素含量和番茄产量。张佼等[29]研究表明，添加微生物菌剂可以显著提高番茄的可溶性蛋白、VC、可溶性总糖含量。本研究结果表明，不同用量的单一菌和混合微生物菌剂对莴笋的品质有不同的影响。在一定范围内多施固氮菌(A)有利于提高茎中可溶性蛋白含量，多施混合微生物菌剂(D)有利于提高茎中可溶性糖含量，多施溶磷菌(B)有助于提高氨基酸含量；而叶片中VC含量明显高于茎中的VC含量，叶中VC含量最高为C2处理，茎中VC含量最高为B1处理，且均显著高于不施微生物菌剂处理，表明适宜用量的单一菌剂和混合微生物菌剂均能显著提高莴笋VC含量。不同处理下的莴笋中亚硝酸盐的积累量叶>茎，本实验结果表明，适宜用量的固氮菌(A2)、分泌IAA菌(C1、C2)均能显著降低莴笋茎中亚硝酸盐的含量，但菌剂降低叶片亚硝酸盐含量的效果并不显著，可能由于莴笋生长后期叶片开始黄化、萎蔫，从而亚硝酸盐大量积累。大量研究表明，花青素具有保护植物免受紫外伤害、清除活性氧组分、抵抗逆境以及改变植物色泽等多种功能，同时具有抗衰老、防肥胖、预防心脑血管疾病、抗氧化等多种保健功效[30]，本研究结果表明，紫叶莴笋叶花青素的含量受到微生物菌剂种类及用量的影响，适宜用量的溶磷菌(B3)及复合微生物菌剂(D3)均能显著提高花青素的含量，而固氮菌(A)和分泌IAA菌(C)对紫叶莴笋叶片花青素的影响不显著。由此可知，适宜用量的微生物菌剂能有效提高莴笋的营养品质，但微生物菌种类不同对莴笋品质影响也略有差异，主要原因是微生物菌剂的施肥效果受环境因子的不同而存在一定差异[31]。

3.3 不同用量单一菌剂和混合微生物菌剂对莴笋生长品质影响的主成分分析及综合评价

主成分分析是运用降维的概念，将多指标转化为少数综合性指标的统计方法；这些综合性指标保留了原有指标的大部分信息，且彼此之间不相关[32]。主成分分析保留了原指标的大部分信息，比单一指标更准确，同时避免性状间的相关性对评价结果的影响[33]。通过主成分分析的方法对不同处理下莴笋农艺性状、品质指标进行评价，将多个指标转化成具有良好代表性的综合指标，排名由高到低分别是D3>B1>C2>B2>D2>A2>D1>C3>A1>A3>B3>C1>CK。由主成分分析结果可知，混合微生物菌剂(D3)处理得分最高，其原因可能是3种菌剂在混合后发挥了正向协同作用，混合菌剂不但可以固定空气中的氮气，同时还兼具溶解土壤中不能被植物直接利用的磷元素，分泌IAA，进而促进植物生长[34]。

4 结论

综上所述，相同施肥条件下，添加不同用量的单一和混合微生物菌剂均能不同程度地促进莴笋生长、提高可溶性蛋白、VC、可溶性糖、叶片花青素和氨基酸含量，同时也能明显降低亚硝酸盐的含量。本研究中固氮菌(GNB6)、溶磷菌(MGBC3)、分泌IAA菌(MGBD1)及复合微生物菌剂促生效果最好的适宜用量分别是A2(4 mL·株-1)、B1(2 mL·株-1)、C2(4 mL·株-1)、D3(6 mL·株-1)，以混合微生物菌剂D3(6 mL·株-1)对促进莴笋生长和提高品质效果最优。本文仅以单一菌剂和混合菌剂对宿主莴笋进行了研究，以上菌剂与化肥配施、单一菌剂制成混合菌剂的最佳配比以及对非宿主植物效果仍有待进一步研究。