不同促生菌混配对燕麦生长及品质的影响

张惠荣，姚拓，马亚春，李明源

(甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070)

燕麦是禾本科燕麦属一年生作物，在我国主要分布于西北和东北等半干旱高寒地区和农牧过渡带，得天独厚的地域优势降低了燕麦的生产成本[1]。研究表明，全世界种植燕麦的面积已经达到250万hm2[2]，而全球的消耗量将达到1 100万吨[3]。近年来，燕麦的大量种植主要是因为它的食用价值、药用价值和饲用价值等，燕麦中含有大量的水溶性纤维等成份，有降低胆固醇、控制血糖和改善便秘等作用[4-6]。

农药和化肥的超标使用，不仅不符合国家的绿色生产要求，同时也会降低燕麦的利用价值。继2017年后，2020年中央一号文件再次正式提出要落实绿色农业和清洁生产，强调在根源上治理污染的同时，还要促进化肥和农药的减施和高效利用[7]。这就使得微生物菌肥的生产迫在眉睫，与化肥相比，微生物菌肥在改良土壤环境的同时，还会在一定程度上增加作物产量，有助于实现国家倡导的绿色农业[8]。

植物根际促生菌(PGPR)是一类分布于植物根际或根系表面与其共生并对植物产生促生作用或者可以抑制植物病原菌的一大类细菌[9]。近年来，国内外针对不同植物的根际促生菌研究较多，李永斌等[10]发现从小麦的根际土壤分离的优良菌株再接种于小麦，会使其亩产量显著增加；Roriz Mariana等[11]研究发现，将优良的PGPR菌剂接种到缺铁的大豆中，会促进铁在叶片中的积累。随着植物根际促生菌剂逐渐产业化，很多学者也开始对植物根际促生菌的不同功能进行研究，促生菌可以提高马铃薯的生物量、产量和蛋白质的含量，促进辣椒根系的生长[12-13]；还能够将燕麦茎干物质的比例提高13.68%，提高燕麦的产量和抗逆性[14-16]。以上研究均是微生物单一菌剂的研究，而微生物混合菌种菌剂相较于单一菌剂的优点是适应能力与促生能力均能提高，且更稳定，也是微生物菌剂将来的发展趋势[17]。微生物复合菌剂的制作包括微生物物种的整合和选择[18]，而物种整合则是以菌株的功能为基础，通过构建微生物复合菌剂数学模型，对微生物的配比进行研究，但是目前国内外对于混合微生物菌剂配比的研究较少，而针对燕麦的微生物混合菌剂的配比研究更少。基于此，利用前期筛选的6种PGPR菌株为材料，设计不同的菌株混合比例(体积比)，制作微生物菌剂，进行盆栽试验，测定其对燕麦生长和品质的影响，为后续微生物菌肥研制提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试种子 供试燕麦品种为贝勒2代，发芽率为92%，由甘肃农业大学草业学院提供。

1.1.2 供试菌株 供试菌株由甘肃农业大学草业学院草地微生物实验室提供，其特性见表1。

表1 PGPR菌肥制作所用菌株

1.1.3 菌肥制作 将平板上的6株PGPR菌株接种于液体LB培养基，180 r/min，20 ℃的摇床中培养24 h，用平板对峙法[19]测定菌株间的拮抗作用，在确保菌株之间没有拮抗反应的情况下，将各菌株以体积比为1%的接种量接种于含100 mL的无菌液体LB培养基中进行扩繁(两株固氮菌以体积比1∶1、两株溶磷菌株以体积比1∶1的比例分别混合培养，分泌IAA菌株和生防菌株分开培养)，培养48 h后测定其D600nm值，待菌悬液中活菌数量大于108cfu/mL即可作为微生物菌肥使用.

1.2 试验设计

试验于2020年8月在甘肃农业大学草业学院智能生长室进行，模拟室外生长条件，白天，2×104lx光照16 h，湿度55%，温度20 ℃；夜晚，黑暗8 h，湿度60%，温度19 ℃。试验设5个处理，每个处理3次重复(按比例每杯共加菌液12 mL)(表2)。挑选饱满、完好无损的燕麦种子，用5%的NaClO消毒3 min，然后无菌水浸泡2 h，置于外径13 cm，高9.5 cm的Hoaglands营养液的塑料杯中培养，每杯5株，生长温度20 ℃，培养7 d后每杯加入12 mL的菌液，定期添加Hoaglands营养液供植株良好生长，燕麦生长45 d拔节期时将地上部分收获。

表2 试验处理

1.3 测定指标及其方法

在燕麦拔节期，用卷尺测定不同处理下的株高(燕麦根茎部到主茎顶部的绝对高度)；茎粗采用游标卡尺测定；每个塑料杯中的5株燕麦全部收获，烘箱105 ℃、30 min杀青，然后在80 ℃下烘干至恒重，称重，计算燕麦的干草产量[20]；半微量凯氏定氮法测定粗蛋白含量[21]；索氏提取法测定粗脂肪含量[22]；Van Soest法测定酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量[23]。

1.4 灰色关联度综合分析

根据灰色系统关联度理论[24]，将菌肥处理对燕麦生长和营养品质的影响进行综合性评价。以不添加菌肥的CK为参考，其他不同比例菌肥处理的各项指标为比较模式。分别计算出关联系数、关联度。

关联系数计算公式：

ξi(k)=

1.5 统计分析

采用Excel 2010对试验数据进行处理及图表绘制，采用SPSS20.0进行单因素方差分析。

2 结果与分析

1.1 不同比例菌肥处理对燕麦生产性能的影响

2.1.1 不同比例菌肥处理对燕麦株高的影响 与CK相比，各比例的菌肥处理对燕麦的株高均有不同程度的促进作用。T1-T4处理分别较CK增加了5.75%、5.18%、14.15%、5.53%；不同比例菌肥处理对燕麦株高的影响为：T3> T1>T4>T2>CK，其中处理T3相较于CK差异显著(P<0.05)，处理T1、T2和T4之间差异不显著(P>0.05)(图1)。

图1 不同比例菌肥处理下燕麦的株高Fig.1 Effect of different fertilization treatments on plant height of oats注：T1：体积比1∶0∶0∶0；T2：体积比0∶1∶0∶0；T3：体积比3∶5∶1∶1；T4：体积比4∶4∶1∶1；T5：对照CK，总体积12 mL。下同

2.1.2 不同比例菌肥处理对燕麦茎粗的影响 不同比例菌肥处理对燕麦茎粗的影响与株高极为相似，各处理均与CK差异显著(P<0.05)，差异为27.37%～40.51%，表现为T2>T4>T1>T3>CK，其他各处理间差异不显著(P>0.05)(图2)。

图2 不同比例菌肥处理下燕麦的茎粗Fig.2 Effect of different fertilization treatments on stem diameter of oats

2.1.3 不同比例的菌肥处理对燕麦地上生物量的影响 不同比例菌肥处理对燕麦鲜重和干重影响不同。不同比例的菌肥处理对燕麦鲜重的影响分别表现为： T3>T2>T1>T4>CK；对干重的影响分别表现为：T3>T4>T2>T1>CK。鲜重、干重均为T3处理表现最佳，鲜重较CK相比增加28.95 g，干重较CK相比增加5.95 g，其余3个处理与CK相比差异显著。

图3 不同比例菌肥处理下燕麦的鲜、干重Fig.3 Effects of different bacterial fertilizer on dry and fresh weight of oat

2.2 不同比例菌肥处理对燕麦营养指标的影响

2.2.1 不同比例菌肥处理对燕麦粗蛋白含量的影响 不同比例菌肥处理对燕麦粗蛋白含量的影响不同。各处理粗蛋白含量在7.00%～9.07%，较CK增加了6.42%～29.57%。处理T3表现最佳，较CK增加了29.57%；处理T1、T2和T4间差异不显著(P>0.05)；T1、T2较CK差异显著(P<0.05)，T4与CK间差异不显著(P>0.05)(图4)。

图4 不同比例菌肥处理下燕麦的粗蛋白含量Fig.4 Effect of different fertilization treatments on crude protein of oat

2.2.2 不同比例菌肥处理对燕麦粗脂肪的影响 4种比例的菌肥处理均能提高燕麦的粗脂肪含量。各处理较CK增加了0.65%～2.06%，其中处理T2效果最为显著，粗脂肪含量达到7.80%，较CK表现为差异显著(P<0.05)；而处理T4与CK相比只增加了0.65%，差异不显著。T1、T3和T4处理间差异不显著(P>0.05)(图5)。

图5 不同比例菌肥处理下燕麦的粗脂肪含量Fig.5 Effects of different fertilization treatments on ether extract of oats

2.2.3 不同比例菌肥处理对燕麦ADF、NDF和RFV的影响 不同处理间ADF、NDF和RFV含量差异显著。T1的ADF含量最低，为39.51%，显著低于CK，较CK低1.83%，各处理间差异不显著(P>0.05)。NDF含量变化与ADF含量变化极为相似，其中处理T4的NDF含量最低，为55.35%，与CK相比减少2.25%，各处理间差异均不显著(P<0.05)。处理T4的RFV最大，为97.29%，较CK相比增加了5.65%，处理T1、T2和T3之间无显著差异(P<0.05)，但均高于CK(表5)。

表3 不同比例菌肥处理燕麦的ADF、NDF和RFV

2.2.4 灰色关联度分析 不同比例菌肥的加权关联度为T3(0.171)>T2(0.168)>T4(0.143)>T1(0.137)>CK(0.081)。综合上述结果得出：T3处理对于燕麦的生长和品质的提高效果最为显著(表4)。

表4 不同比例菌肥处理关联度排序

3 讨论

3.1 不同比例的菌肥处理对燕麦生长的影响

本研究结果表明，不同比例的菌肥处理对燕麦的株高、茎粗以及地上生物量均有不同程度的增加，其中处理T3的增产效果最为明显。株高和茎粗分别增加了7.96%～21.73和27.37%～45.26%，这是由于菌株在生长和繁殖过程中，可以提供植物生长直接利用的营养元素，也会产生对植物有益的代谢产物，以此促进植物的生长；产生的赤霉素和脱落酸等，不仅会促进植物株高增加，也会使植物横向生长，使植物茎粗有不同程度的增加[25]；彭佳俊等[26]研究表明：增施菌肥与常规化肥相比，能有效增加油茶果的横茎；杨锋等[27]研究表明：微生物菌肥与化肥配施与单施化肥相比青菜的株高增加了0.33 cm，也使得产量显著增加，均与本试验结果一致。菌株mJ-2产生的吲哚乙酸含有的根瘤菌会增加植物生长过程中所必须的氮素，同时固氮菌会分泌多种维生素，为植物提供氮素，也会改变燕麦根系IAA的内源层，菌株在其代谢过程中，会增加营养液中的酸根离子，进而促进植物吸收和生长[28]；李云玲等[29]研究表明：溶磷特性良好的草木樨中华根瘤菌CHW10B显著提高南方红豆杉的苗高和地上生物量；邢芳芳等[30]利用1株高产IAA菌株HB-1显著提高了白菜的产量，均与本研究结果相似。菌株Fn1和mF-4均是溶磷菌株，除了向燕麦提供磷素以外还会通过一些途径刺激BNF的转化效率，增强植物对于其他有益离子的利用率，从而促进植物的生长。

3.2 不同比例菌肥对燕麦品质的影响

燕麦品质是衡量菌肥效果的重要指标。研究发现，不同比例的菌肥对燕麦的粗蛋白、粗脂肪以及粗纤维含量较CK均有不同程度的增加，粗蛋白和粗脂肪的含量分别较CK增加6.42%～42.67%和0.65%～3.10%；酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量较CK均有不同程度的降低，其中处理T3相较与T5差异显著，分别降低了3.56%和5.34%。张博琦等[31]研究表明，微生物菌肥显著提高玉米秸秆的粗蛋白含量，较CK增加9.1%，而且酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量降低了17.20%和13.91%。研究发现，施用微生物菌肥会使植物吸收可溶性蛋白和可溶性糖的量增加，还会改变根系形态等，从而提高植物的品质[32-33]；菌株Bn12主要起生防作用，会产生铁载体，螯合不溶性的铁，隔离燕麦根际中有限的铁离子，降低有害离子的竞争作用，从而增强植物的抗逆性，增加产量和提高燕麦品质；Chen等[34]研究证实，PGPR能提高植物对锰的吸收，锰可以作为许多氧化还原反应的活化剂，并参与植物的光合作用，提高植物品质；菌株mJ-2分泌的IAA会影响燕麦的分裂和分化，提高根系发育速率，从而会提高燕麦的营养品质；Hortencia和Victor[35]研究表明,PGPR对番茄果实品质有积极影响，特别是果实的大小和质地；Yanni等[36]从水稻分离出联合固氮细菌并回接到水稻上，显著提高了水稻的粗蛋白含量 (P<0.05)。

4 结论

固氮、溶磷、分泌IAA、生防菌株以3∶5∶1∶1的比例混合施用促进燕麦生长，提高其营养品质效果最为显著。