航天搭载硅链霉菌的分离鉴定及对伽师瓜产量、品质、土壤质量的影响

汪亚洁，王晓桦*，唐天成

新疆山川秀丽生物有限公司，乌鲁木齐 830011

土地资源是农业发展不可替代的基础性资源，也是保持生态环境稳定的关键因素。受气候、经济压力和土壤资源本底条件的影响，新疆绿洲生态环境极为脆弱。同时长期以来农民为追求经济效益过量施用化肥、连年重茬等不合理地人为管理措施导致土壤板结、耕地退化、次生盐渍化等问题，对新疆作物高产稳产形成了潜在威胁，这也是阻碍农业生产持续发展的主要瓶颈之一[1-3]。近年来，为落实中央农村工作会议和中央一号文件要求，强化绿色引领，聚焦重点发力，扎实推进化肥减量增效，促进农业可持续发展。开展化肥使用量零增长行动，集成推广生物有机肥替代部分化肥的生产技术模式，对深入推进化肥减量增效工作，全面推动农业高质量发展、绿色发展有重要意义[4-5]。硅链霉菌Streptomyces silaceus 是生物有机肥中非常重要的一类肥料，它具有促进土壤有机物质分解矿化，改善土壤结构、促进植物生长、提高作物抗病、抗逆能力的多重作用[6]。本研究通过神舟九号飞船搭载硅链霉菌菌肥进行诱变，诱变菌株耐受pH 范围更广、抗逆性更强，制备太空生物有机肥并应用于伽师瓜生产，验证其对伽师瓜产量和品质的效果，旨在为区域内土壤肥力保育、化肥减量增效提供技术支撑，对于促进和保障农业可持续发展有重要的现实意义。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 分离鉴定菌株

搭载神舟九号航天飞船的菌肥返回地面后，由中国科学院微生物应用研究所保藏中心保藏，对搭载菌肥进行菌株分离鉴定工作。分离鉴定用的培养基采用高氏一号培养基。

1.1.2 试验地概况

大田实验于2018年4月-2018年8月，在伽师县和夏阿瓦提乡（N39°35′21.51′′，E77°21′34.15′′）进行，前茬作物为伽师瓜，三年平均产量2822 kg/hm2。试验地海拔1188 m，属于典型的暖温带内陆干燥气候，光照充足，热量丰富，温差大，年平均降雨量64.6 mm，年均蒸发量2066 mm，年平均气温11.8℃，全年日照时数为2 922.4 h，无霜期平均在231 d。土壤质地沙壤土，肥力中等。土壤养分情况：有机质11.4 g/kg、速效磷15.8 mg/kg、速效钾143 mg/kg、碱解氮63 mg/kg、pH 值8.26。

1.1.3 供试肥料

试验选用的生物有机肥由本地推广应用较多的4 家生产厂家提供，其中某A 公司提供的生物有机肥A（N-P2O5-K2O 为2.11-2.55-1.67，有效活菌数为1.34 亿/g，有机质为60%）；新疆山川秀丽生物有限公司提供的太空生物有机肥B（NP2O5-K2O 为2.51-2.23-1.54，有效活菌数为2.12亿/g，有机质为54%，即诱变菌株制备所得）；某C 公司提供的生物有机肥C(N-P2O5-K2O 为1.91-2.43-1.71，有效活菌数为0.52 亿/g，有机质为46%）；某D 公司提供的生物有机肥D（N-P2O5-K2O 为2.51-2.23-1.54，有效活菌数为0.22 亿/g，有机质为50%）。

1.2 试验设计

试验采用当地主栽品种：卡拉库赛。通过前期生物有机肥合理施用技术研究试验，得出生物有机肥在伽师瓜上的合理施用量为1800 kg/hm2。在此基础选用了4 家生产厂家提供的生物有机肥，共设5 个处理，每个处理3 次重复，共计15 个试验小区，小区长15 m，宽2.8 m，小区面积42 m2。试验区田间管理与当地伽师瓜管理一致。

CK 处理：常规施肥，当地传统施肥习惯。（基肥磷酸二铵900 kg/hm2，追肥尿素150 kg/hm2，磷酸二铵300 kg/hm2)；

T1：在CK 处理基础上，施用1800 kg/hm2生物有机肥A，尿素减量120 kg/hm2；

T2：在CK 处理基础上，施用1800 kg/hm2太空生物有机肥B，尿素减量120 kg/hm2；

T3：在CK 处理基础上，施用1800 kg/hm2生物有机肥C，尿素减量120 kg/hm2；

T4：在CK 处理基础上，施用1800 kg/hm2生物有机肥D，尿素减量120 kg/hm2；

生物有机肥施用方式为：在第一次灌水前，根部附近开沟一次性施用。

1.3 试验方法

1.3.1 形态特征观察

将搭载诱变菌种和CK 菌种样品分别制成不同稀释倍数的悬液，分别涂布于高氏一号培养基上，置于28℃培养，经过4 d、14 d 后，在40倍光学显微镜下、3000 倍、10000 倍、15000 倍电子显微镜下分别观察菌株的形态特征。

1.3.2 土壤理化性质的测定

分别于施肥前（2018 年3 月28 日）、收获后（2018 年9 月22 日）采集各处理土壤样品，风干处理后用于测定土壤理化性质[7]。有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定；土壤pH 采用电位法测定。

1.3.3 伽师瓜产量、品质的测定

伽师瓜成熟后，按照测产要求测定单瓜重，并折算产量。

伽师瓜品质的测定[8]：可溶性糖采用酮蒽法测定；可溶性固形物含量采用ATAGO-数显测糖仪测定；可滴定酸含量采用NaOH 滴定法测定；维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定。

1.4 统计分析

数据采用Excel 2010 整理。

2 结果与分析

2.1 表观鉴定

2.1.1 菌体电子显微镜观察表观特征

搭载诱变菌株和CK 菌株经高氏一号培养基14 d 的培养后，采用电子显微镜观察形态特征，结果显示：在3000 倍、10000 倍、15000 倍电镜下分别观察到搭载诱变菌株和CK 菌株的培养，基丝均为米白色，气丝为淡黄色，孢子为白色，二者螺旋状孢子丝特征基本一致。

图1 3000倍电镜下菌丝形态

图2 10000倍电镜下孢子丝形态

图3 15000倍电镜下孢子丝形态

2.1.2 生长速率

对两个菌株的生长速率进行培养观察和对比，结果显示：搭载诱变菌株和CK 菌株分别在高氏一号培养基上培养4 d 后，可以观察到搭载诱变菌株的生长速率快，明显高于CK 株。

图4 菌株培养4 d生长情况

2.2 不同生物有机肥对伽师瓜产量、品质及土壤质量的对比试验

2.2.1 各处理对伽师瓜瓜地土壤质量的影响

表1 所示，各处理下伽师瓜瓜地的土壤碱解氮、有效磷、速效钾残留量均低于施肥前含量，各化肥减量增施生物有机肥处理与常规施肥CK 比较，各处理均低于CK。各化肥减量增施生物有机肥处理下土壤碱解氮较试验前降低幅度为7.94%～14.28%，与CK 比较，T2 处理土壤碱解氮残留量减少最显著，为6.90%；T1、T3、T4 处理减少不显著，分别为1.72%、1.72%、3.45%。各处理下速效钾残留量方面，T2 处理速效钾残留量减少最显著，各化肥减量增施生物有机肥处理与常规施肥CK 比较，T2、T4、T3减少幅度均高于CK，分别降低了5.04%、5.04%、3.60%，而T1 处理速效钾残留量略高于CK，但不显著。各处理土壤有效磷残留量均低于施肥前，且化肥减量增施生物有机肥处理与CK 相比有效磷残留量减少幅度在0.64%～1.91%，差异不显著。土壤有机质含量方面，各处理下的有机质含量均高于施肥前，表现出T2>T1>T3=T4>CK，与CK 相 比，T2 处理增幅最显著，为6.31%。T2 处理土壤pH 值较CK 降低了0.06 个单位，而T3、T4 和T1 处理土壤pH 值较CK 有所降低，但不显著。

表1 各处理对土壤养分变化分析表

2.2.2 各处理对伽师瓜产量的影响

表2 所示，各处理可增加伽师瓜的产量，T1、T2、T3、T4 较CK分别平均增产3849 kg/hm2、6728 kg/hm2、254 kg/hm2、909 kg/hm2，各处理对伽师瓜产量的影响有所差异，表现出T2>T1>T3>T4>CK。T2 处理与CK 相比增加最显著，增产率达16.24%，而T4、T3 处理与CK 相比无显著性增加，增产率仅为2.19%、6.15%。T2 处理对伽师瓜的增产作用优于T1、T3、T4、CK 各处理。

表2 各处理对伽师瓜产量对比试验结果分析表

2.2.3 各处理对伽师瓜品质的影响

表3 所示，各处理可改善伽师瓜的品质。各化肥减量配施生物有机肥处理下伽师瓜的可溶性固形物含量均高于CK，即T2>T3>T1>T4>CK，其中T2 处理含量最高，为11.07%，比CK 显著提高了16.53%，其次为T3、T1 处理，分别比CK 显著提高了14.00%、10.53%，而T4 处理与CK 相比，增加的不显著；而各化肥减量配施生物有机肥处理下伽师瓜的可滴定酸度较CK 相比有所改善，但差异不显著；伽师瓜维生素C 方面，表现出T2 处理含量最高，为21.92 mg/100 g，比CK显著提高了11.95%，而T1、T3 和T4 处理较CK 分别提高了2.24%、2.71%、1.38%，但差异不显著；T2 处理下固酸比较CK 显著提高24.86%，固酸比最高，其次为T1、T3、CK、T4；各化肥减量配施生物有机肥处理下伽师瓜的折光边糖、折光心糖均高于CK，T3 处理的折光边糖、折光边糖最高，且T3>T2>T1>T4>CK，T2、T1、T4、CK 间的差异不显著。

表3 各处理对伽师瓜品质对比试验结果分析表

3 讨论与结论

地球上的生物总是处于一定的重力环境之中，重力环境的改变会影响微生物的生长、发育和繁殖过程，而空间环境中，微生物处于微重力状态，空间各条件下，如宇宙射线、交变磁场、微重力、高真空等多重复杂环境因素会对微生物生长、繁殖产生一定的影响。通过对搭载诱变菌株和CK 菌株形态观察发现，搭载诱变菌株和CK 菌株形态基本一致，无显著差异；但生长速率方面，搭载诱变菌株的生长速率明显高于CK菌株。Klaus 等[9]研究大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等，发现与地面重力条件下的细菌生长过程相比，生长速度明显加快；王佳平等[10]研究模拟微重力可导致白色念珠菌静止期缩短，对数期提前，生长速度明显加快，与本研究结果相似。

长期以来，老百姓主要以常规施肥模式，大量施用化肥为主，达到作物增产的目的。但是过量的施用化肥，一方面会使作物品质降低，肥料利用率低下，另一方面，会使土壤中残留养分过多积累，造成土壤养分失衡，破坏土壤质量状况，最终影响作物的产量和品质[11-13]。淦静怡等[14]研究结果表明，生物有机肥的合理施用会使甜瓜产量增产。本研究中减量化肥配施不同生物有机肥的各处理与常规施肥（CK）相比，能有效减少残留在土壤中碱解氮、有效磷、速效钾，同时提高土壤有机质含量，改善土壤质量状况。而T2 处理中采用的生物有机肥，核心菌种是经过太空搭载诱变的具有抗逆性强，生长速度快的硅链霉菌菌株，用该菌株生产太空生物有机肥。硅链霉菌具有微生物能解离土壤中的氮、磷、钾养分功能，减少了土壤中残留养分，还可以将养分供给作物生长，这或许也是引起作物产量增加的原因[15-16]。

本研究还表明，施入磷酸二铵1200 kg/hm2，追肥尿素30 kg/hm2，太空生物有机肥1800 kg/hm2情况下，伽师瓜的产量和品质都高于常规施肥，表现最优。这可能是由于生物机肥除了含有较高的有机质、氮、磷、钾养分，还含有多种微生物菌种，能改良土壤促进被土壤固定养分的释放，为作物提供所需的养分。

合理的化肥减量配施生物有机肥，可降低化学肥料的投入量，提高肥料的利用率，节约成本；同时，还能提高土壤有机质含量，改善土壤质量结构，减少土壤中营养元素的残留，供给作物生长所需，提高伽师瓜产量并改善品质。