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溶磷菌对玉米苗期生长和磷素吸收的影响



全 文 :第 33卷 第 3期 生 态 科 学 33(3): 401−407
2014 年 5 月 Ecological Science May 2014

收稿日期: 2012-06-07; 修订日期: 2013-04-02
基金项目: 广东省科技计划项目(2006B20601004); 广东省自然科学基金(8151064201000048、9451064201003801、S2011010001570); 中国博士后特别资助
(201003355)
作者简介: 白文娟(1979—), 女, 山西人, 博士后, 主要从事土壤生态学研究, E-mail: bwjlucky@163.com
*通信作者: 章家恩(1968—), 男, 教授, 博士, E-mail: jeanzh@scau.edu.cn

白文娟, 胡蓉蓉, 章家恩, 等. 溶磷菌对玉米苗期生长和磷素吸收的影响[J]. 生态科学, 2014, 33(3): 401−407.
BAI Wenjuan, HU Rongrong, ZHANG Jia’en, et al. Effects of phosphate-solubilizing bacteria on growth and phosphorus uptake of
corn seedling[J]. Ecological Science, 2014, 33(3): 401−407.

溶磷菌对玉米苗期生长和磷素吸收的影响
白文娟 1,2,3, 胡蓉蓉 1,2,3, 章家恩 1,2,3,*, 冯丽芳 1,2,3, 徐华勤 1,2,3
1. 华南农业大学农学院生态学系, 广州 510642
2. 农业部生态农业重点开放实验室, 广州 510642
3. 广东省高等学校农业生态与农村环境重点实验室, 广州 510642

【摘要】 通过室内盆栽实验研究了溶磷菌(SWJ1-4 和 SWJ3-1)对玉米苗期生长和磷素吸收的影响。结果表明, 溶磷细菌对
玉米苗期生长有明显的促进作用, 各处理的苗期玉米的株高、径粗、地上生物量、地下生物量、根长、根体积、叶绿素含
量均明显高于对照, 且以半量磷加混菌处理与全量磷处理的促生效果最为显著, 但这两种处理之间基本无显著差异。与对
照相比, 各处理均显著提高了玉米植株和根系的全磷含量。各菌剂处理中, 以半量磷加混菌的处理效果最好。综合分析认
为, 溶磷菌 (SWJ1-4和 SWJ3-1)在促进玉米苗期生长和磷素吸收方面具有较大潜能, 可用于玉米溶磷菌肥料的研制和开发。

关键词:溶磷菌; 作物生长; 磷含量
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2014.03.001 中图分类号:S154.36 文献标识码:A 文章编号:1008-8873(2014)03-401-07
Effects of phosphate-solubilizing bacteria on growth and phosphorus uptake
of corn seedling
BAI Wenjuan1,2,3, HU Rongrong1,2,3, ZHANG Jia’en1,2,3,*, FENG Lifang1,2,3, XU Huaqin1,2,3
1. The Department of Ecology, College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
2. Key Laboratory of Ecological Agriculture of Ministry of Agriculture of the Peoples Republic of China, Guangzhou 510642,
China
3. Key Laboratory of Agro-ecology and Rural Environment of Guangdong Regular Higher Education Institutions, Guangzhou
510642, China
Abstract: Effects of phosphate-solubilizing bacteria (SWJ1-4 and SWJ3-1) on growth and phosphorus uptake of corn seedling were
studied by pot experiment. The results showed that phosphate-solubilizing bacteria had obvious promoting effect on corn seedling
growth. The plant height, stem diameter, shoot biomass, root biomass, root length, root volume and chlorophyll content of different
treatments were significantly higher than those of CK. The combination treatment of half amount of phosphorus fertilizer with the two
bacteria mixed inoculation of SWJ1-4 and SWJ3-1(HPTB) and full phosphorus fertilizer application treatment had significant
promoting effect on corn seedling growth, but there were no differences between them. The treatments significantly increased total
phosphorus content of shoot and root compared to CK. Moreover, HPTB treatment had the best effect among the treatments with
inoculation of the phosphate-solubilizing bacteria. In conclusion, phosphate-solubilizing bacteria (SWJ1-4 and SWJ3-1) had great
potential in promoting corn seedling growth and phosphorus uptake, and hence would be developed as biofertilizer.
Key words: phosphate-solubilizing bacteria; crop growth; phosphorus concentration
402 生 态 科 学 33 卷
1 前言
磷是植物体生长代谢必需的大量元素之一, 植
物所利用的磷素主要来源于土壤, 而土壤中95%以
上的磷为无效磷, 植物很难利用。为了提高作物产
量, 每年需向土壤中施入大量可溶性磷肥, 但其施
入土壤后大部分很快发生专性吸附和化学沉淀固定,
转变成植物难以吸收利用的无效态磷, 并在土壤中
积累起来, 因此活化这些吸附在土壤中的磷对于
提高土壤磷素有效性、减少磷肥使用量具有重要意
义[1–2]。土壤中存在大量的微生物, 能够将植物难以
吸收利用的磷转化为可吸收利用的形态, 具有这种
能力的微生物称为溶磷菌或解磷菌[3]。作者所在的
课题组曾对玉米根际溶磷菌的溶磷能力进行了研究,
筛选出两株优良无机磷溶磷菌株(SWJ1-4和SWJ3-1),
它们在室内模拟条件下显示出良好的溶磷效果(已
另文发表)。然而, 在生产实践中, 接种这两株菌株
对玉米生长和土壤磷素吸收是否也具有良好的作用,
尚需进一步研究。为此, 本研究通过玉米盆栽实验,
以了解溶磷菌株(SWJ1-4和SWJ3-1)对玉米苗期生长
的影响, 从而为其实际应用提供理论依据。
2 材料与方法
2.1 材料
供试作物品种为华宝一号玉米, 种子购自华南
农业大学农学院; 供试菌株为经溶磷圈法筛选、液
体培养复选获得的溶磷能力高、生长良好的2株无
机磷细菌(编号为SWJ1-4和SWJ3-1)。盆栽基质为过
1 mm筛的洗净的建筑用砂, 每盆装洗净河沙0.6 Kg。
2.2 方法
2.2.1 液体菌种的制备及接种方法
采用液体发酵法培养供试菌株, 其中液体发酵
的培养基为LB液体培养基, 每个250 mL三角瓶中
装 100 mL培养液, 分别接种菌种2环, 置于摇床中
于30 ℃, 160 r·min–1条件下发酵培养24 h。制成菌数
约为108 个·mL–1菌悬液(660 nm, OD值为0.5)。接种
方法为将正常发芽的种子放入适量菌悬液中浸泡1
h, 用无菌镊子夹取植入装有过1 mm筛河沙的塑料
盆中, 再沿着根部加入菌悬液2 mL, 不接菌的处理
沿根部加入2 mL无菌培养液。
2.2.2 试验设计
盆栽试验共设计9个处理 : 全P(全磷)营养液
(WP)、单接溶磷菌SWJ1-4(B1)、单接溶磷菌SWJ3-1
(B2)、接混合溶磷菌(B3)、1/2P(半量磷)营养液(HP0)、
1/2P(半量磷)营养液+溶磷菌SWJ1-4(HP1)、1/2P(半
量磷)营养液+溶磷菌SWJ3-1(HP2)、1/2P(半量磷)营
养液+混合溶磷菌(HP3)、空白对照(CK)。每盆装洗
净河沙0.6 Kg, Ca3(PO4)2加入量为0.6 g·Kg–1沙, 与河
沙充分混合, 每个处理重复3次。实验在光照培养箱
中进行, 培养箱光照采用人工控制, 试验期间温度
变幅在28—22 ℃之间, 相对湿度为75%, 试验采取
8:00-22:00为光照培养, 22:00-8:00为黑暗培养。玉
米生长期间初始水分控制为60%相对含水量, 之后
开始称重进行水分控制, 根据每两天损失重量的差
值进行补灌营养液。玉米生长30 d后收获。分别收
取地上茎叶和地下根系。
2.2.3 测定指标及方法
植株径粗用游标卡尺测定离土壤表面第二节的
玉米径粗。植株地上高度测定方法为: 将盆钵内玉
米植株沿土壤表面剪下平铺在桌面上, 用刻度直尺
直接测量其长度。植株地上生物量测定方法为: 先称
取各植株地上部分鲜重, 然后在105 ℃下杀青30 min,
75 ℃烘干至恒重后称其干重。植株地下生物量测定
方法为: 先称取各地下根鲜重, 然后在105 ℃下杀
青30 min, 75 ℃烘干至恒重后称其干重。根长度采
用直接测定法, 即将洗净的根系展开放在一张足够
大的玻璃平板上, 用镊子轻轻拉直根系, 用卷尺测
得根长度。根体积采用排水法测量。用滤纸将洗净
根系上的水吸干, 在量筒内预先装入一定体积的水,
记下水面刻度a; 将根系完全浸入量筒内, 水面升到
另一刻度b, 记下刻度b; b-a刻度值之差即为根体积
值。叶绿素含量采用分光光度计法。植株全磷含量
测定采用钼锑抗比色法。
2.2.4 数据处理
数据均采用 Excel 和 SPSS16.0 进行整理、统计
分析和作图。所有处理的 3 次重复都采用邓肯氏新复
极差检验法(Duncan’s Multiple Range Test, DMRT), 在
0.05 水平下进行差异显著性分析。
3 结果与分析
3.1 溶磷菌对玉米株高和径粗的影响
株高是植物的形态指标, 植株高大, 有利于形
成较高的植物产量[4]。本研究各处理的株高均显著
高于对照, 单施菌剂较CK增加10.0%—12.0%, 菌剂
3 期 白文娟, 等. 溶磷菌对玉米苗期生长和磷素吸收的影响 403
加半量磷比CK增加25.2%—35.2%, 单施半量磷增
加26.9%, 单施全量磷增加了40.4%。虽然株高以
全量磷不接种的处理最大, 但半量磷接种混菌的
处理与其差异不显著, 同时各半量磷加菌的处理
均高于单施半量磷(图1)。接种溶磷菌剂对玉米的
径粗也有影响 , 与CK相比 , 各处理径粗增加了
28.0%—81.9%。玉米的株高和径粗都以全量磷处
理最好 , 半量磷加混菌次之 , 但两者之间差异不
显著(图2)。
3.2 溶磷菌对玉米苗期生物量的影响
生物量的高低反映植物群落光合产物积累的大
小, 是生产力的度量, 也是群落功能的体现[5]。作物
生产力的研究离不开对生物量的研究。由图3、4可
见, 玉米分别接种不同溶磷菌剂后, 其地上鲜重和
干重有了显著提高。与对照相比, 其地上鲜重的增
产幅度为67.2%—211.5%, 干重为47.4%—202.63%,
说明溶磷菌剂对玉米的生长具有促进作用, 特别是
半量磷加混合菌剂处理, 其地上鲜重和地上干重与
全量磷处理促生效果相当。

图 1 不同处理对玉米苗期株高的影响
Fig. 1 Effects of different treatments on the height of corn
seedling

图 2 不同处理对玉米苗期径粗的影响
Fig. 2 Effects of different treatments on stem diameter of
corn seedling

图 3 不同处理对玉米苗期地上鲜重的影响
Fig. 3 Effects of different treatments on fresh shoot weight
of corn seedling

图 4 不同处理对玉米苗期地上干重的影响
Fig. 4 Effects of different treatments on dry shoot weight
of corn seedling
接种溶磷菌剂对玉米地下生物量也有较大的促进
作用, 由图5、6可知, 单独接种各溶磷菌剂后, 玉米地
下鲜重显著高于对照值(P<0.05); 半量磷肥和混合菌
剂同时施用时玉米地下生物量要显著高于施半量磷肥
以及半量磷接单菌处理的地下生物量, 但与全量磷处
理之间差异不显著; 单菌剂与半量磷肥处理的玉米地
下生物量高于单独施用半量磷肥时的地下生物量。

图 5 不同处理对玉米苗期地下鲜重的影响
Fig. 5 Effects of different treatments on fresh root weight
of corn seedling
404 生 态 科 学 33 卷

图 6 不同处理对玉米苗期地下干重的影响
Fig. 6 Effects of different treatments on dry root weight of
corn seedling
3.3 溶磷菌对玉米根冠比(R/S)的影响
根冠比(R/S)是指植物地下部分与地上部分干重
或鲜重的比值, 它能反映植物的生长状况, 以及环
境条件对地上部与地下部生长的不同影响[6]。植物的
地下生物量与根系数量、长度成正相关关系。地下生
物量的高低也可间接地反映出根系吸收面积的大小,
因此R/S可以表示植物生长潜势。R/S越高, 说明光合
产物较多的输送给植物根部, 促使其生长; 相反, R/S
越低, 植物地上部分生长较好, 占用大量的光合产物,
减少向地下部分输送, 必然削弱地下部分生长, 最终
导致植物生长潜势的下降[2]。本实验中各处理对玉米
根冠比(R/S)的影响测定结果见图7, 可以看出, 玉米
接种溶磷菌剂后对其R/S值有较大的影响。接种溶磷
菌剂以及单施磷和半量磷与溶磷菌混施处理后玉米
R/S值要低于不施磷肥对照玉米的R/S值, 说明这些
处理的地上部分生长态势较好, 大量光合产物储存
在植物地上部, 而相对地减少了向地下部的输送, 可
见溶磷菌剂对玉米地上部分的促生作用相对地大于

图 7 不同处理对玉米苗期根冠比的影响
Fig.7 Effects of different treatments on root/shoot ratio of
corn seedling
地下部分。这与冯瑞章等[2]接种菌剂对燕麦R/S的影
响研究结果基本一致。需要说明的是, 在根系收获
和测定过程中, 脱落的一部分根毛对根系测定的结
果可能会产生误差, 致使R/S值偏低。因此, 溶磷菌
剂对R/S值的影响还有待进一步研究。
3.4 溶磷菌对玉米根长和根体积的影响
地上部生长与地下部生长是相互影响、相互促
进的统一过程。具有较高产量的作物应该同时具有
较高的地上部和地下部干物质合成能力, 只靠地上
部干物质重的增加来求得高产不现实也不稳妥[7]。
作物根长和根体积是衡量根系性状的主要指标之
一。已有研究表明, 接种粪产碱菌的水稻, 根毛增多
加长, 且对幼根发育有明显的刺激作用, 从而增强
根系活力, 提高光合作用效率, 使作物获得充分的
营养成分, 最终提高产量[8]。本实验中, 各处理对玉
米根长和根体积的影响测定结果见表1。由表1可知,
使用溶磷菌剂后 , 各处理的根长较对照增加了
21.3%—61.1%, 与对照差异达到显著水平(P<0.05)。
单施混合菌剂的根长与全量磷处理差异不显著
(P>0.05), 混合菌剂加半量磷处理的根长超过全量
磷处理6.7%, 效果很好; 溶磷菌剂对玉米的根体积
也有较大影响, 与对照相比, 玉米各处理根体积增
幅达47.9%—83.1%, 且混合菌剂加半量磷处理的玉
米根体积较全量磷处理略高, 但它们之间无显著差
异(P>0.05)。
3.5 溶磷菌对玉米叶绿素含量的影响
叶绿素是植物进行光合作用的主要色素, 其含量

表 1 不同处理对苗期玉米根长和根体积的影响(平均值±
标准误)
Tab. 1 Effects of different treatments on root length and
root volume of corn seedling (Mean±SE)
处理 根长/cm A 根体积/cm3 A
CK 25.47±1.07e 0 3.97±0.27e 0
WP 39.33±0.54ab 54.4 7.20±0.15a 81.4
HP0 31.83±1.13cd 25.0 6.20±0.21cd 56.2
HP1 32.03±1.45cd 25.8 6.93±0.18ab 74.6
HP2 33.93±1.43cd 33.2 6.77±0.23abc 70.5
HP3 41.03±2.51a 61.1 7.27±0.27a 83.1
B1 31.17±1.43cd 22.4 5.87±0.19d 47.9
B2 30.90±1.57d 21.3 6.00±0.12d 51.1
B3 35.80±1.07bc 40.6 6.47±0.21bcd 63.0
注: A 表示高于 CK (%)。
3 期 白文娟, 等. 溶磷菌对玉米苗期生长和磷素吸收的影响 405
变化与植物的生存、生长密切相关, 是评价植株光
合作用效率的重要指标[9]。叶绿素含量增加, 可使光
合作用加强, 光能利用率提高, 从而提高作物产量。
本实验中各处理对玉米苗期叶绿素含量影响的测定
结果见图8。从中可知: 各处理的玉米叶绿素含量均
高出对照。溶磷菌剂加半量磷处理的叶绿素含量高
出对照63.6%—80.1%, 其中混合菌剂加半量磷处理
与全量磷处理间无显著差异。单施单菌剂处理的叶
绿素含量较对照增长幅度较低, 但单施混合菌剂处
理的效果较好, 与半量磷处理之间无显著差异。已
有研究表明, 在一定的土壤肥力和施肥量条件下,
增施氮肥或磷肥有助于促进叶绿素合成, 延缓叶绿
素降解, 提高叶绿素含量[10]。本研究结果也说明了
这个问题。相类似的结果在小麦[10]、苜蓿[11]、马铃
薯[12]、苦参[13]等植物中也均得到证实。总之, 混合
菌剂与半量磷的使用可显著提高玉米叶绿素含量,
增强其光合能力, 提高光利用率, 从而有利于作物
的增产。
3.6 溶磷菌对苗期玉米植株全磷含量的影响
磷是植物必需的大量营养元素之一, 不仅是植
物体内许多重要化合物的组分, 而且还以多种途径
参与植物体内的各种代谢过程[14], 作物植株含磷量
的高低对作物生长有十分重要的意义。本实验中各
处理对苗期玉米植株全磷含量的影响测定结果见图
9。从图中可以看出, 与空白对照相比, 各处理都显
著地提高了玉米植株的全磷含量(P<0.05)。其中, 全
磷处理的地上部分植株全磷含量高达 3.3 mg·g–1, 显
著高于其他各处理(P<0.05); 在不加磷的处理中, 玉
米接种溶磷菌剂后均能显著增加植株全磷含量, 但

图 8 不同处理对玉米苗期叶绿素含量的影响
Fig. 8 Effects of different treatments on chlorophyll
content of corn seedling

图 9 不同处理对玉米苗期植株全磷含量的影响
Fig. 9 Effects of different treatments on total phosphorus
content in shoot of corn seedling
不同菌剂对玉米全磷含量的影响程度不同, 其中混
菌处理的效果最好, 且显著高于单施半量磷处理
(P<0.05); 在磷处理中, 虽然各处理的植株全磷含量
较全磷处理均要低, 但都显著高于半量磷处理(P<
0.05), 其中以半量磷加混菌的处理效果最好(除全磷
处理外)。
3.7 溶磷菌对苗期玉米根系全磷含量的影响
本实验中各处理对苗期玉米根系全磷含量的影
响见图10。由图可知, 全磷处理的效果最好, 根系全
磷含量高出空白对照254.42%; 菌剂+半量磷处理的植
物地下部分全磷含量较对照高出161.76%—210.29%,
与半量磷处理差异显著(P<0.05), 其中混菌+半量磷
处理仅比全磷处理低44.13%, 其效果要显著高于单
菌+半量磷处理; 各菌剂处理效果均与对照差异显
著, 其中混菌处理效果最好。
4 讨论
溶磷微生物能够促进植物生长已有较多研究报

图 10 不同处理对玉米苗期根系全磷含量的影响
Fig. 10 Effects of different treatments on total phosphorus
content in root of corn seedling
406 生 态 科 学 33 卷
道。范丙全等[15]研究表明, 溶磷青霉菌P8能够提
高土壤磷素利用效率和促进作物苗期生长。郜春
花等[16]将解磷菌剂和化肥配合施用后, 盆栽玉米的
株高、鲜重和干重较CK增加15.2%—89.2%, 玉米单
株吸收养分量较CK增加20%—146%; 青菜的鲜重、干
重和生物量和CK比较差异显著; 小麦的株高、有效
穗数、穗粒数、粒重以及生物量也较CK差异显著。
李玫等[17]将固氮菌和溶磷菌双接种于红海榄后, 其
苗高、茎径、地下生物量、总生物量、根全氮含量、
根全磷含量和叶片叶绿素总量分别比未接种的对照
苗提高43.3%, 11.6%, 44.8%, 29.9%, 29.3%, 27.0%和
16.8%, 表现出一定的正交互效应。朱培淼等[1]研究
表明, 解磷细菌配合有机肥施用不仅可以提高玉米
的茎粗、株高、鲜质量和干质量, 还可以显著提高
玉米地上部磷的积累量。本研究的结果与上述研究
类似, 都以溶磷菌剂和磷肥(或有机肥)配合施用或
者几种菌剂混合接种在促进植物生长方面效果较显
著, 这可能主要是因为它们之间的交互作用为作物
提供了比较均衡的营养, 从而改善了作物根系对N
和P的吸收。另外, 也有研究表明, 多种菌株之间的
互作能够建立防病诱导系统来对一些病害进行防
治[18]。因此, 在生产实践中应优先选择化肥和溶磷
菌剂配合施用的方法, 这样既可以促进作物生长,
有利于形成高产, 又可以减少化学肥料的使用量和
环境污染, 既降低农业生产成本, 也对土壤资源的
可持续利用有积极作用。
溶磷菌能够促进植物生长主要是因为接种溶磷
菌可以提高难溶性磷的有效性及植物吸磷量[15,18],
而且有的菌株还能够分泌一些植物激素, 刺激植物
生长[18–20]。具体来说, 当溶磷细菌作为生物肥施入
田间后, 在溶磷细菌和植物根系形成的微生态中,
植物根部的脱落物和分泌物不断地向解磷细菌提供
营养, 加速其生长; 同时溶磷细菌产生的剩余有效
磷提供给植物, 促进植物快速生长, 溶磷反应的产
物不断地被植物吸收, 根际微生态中的溶磷动力学
的平衡点向形成产物的方向移动, 从而利于植物的
生长。
本研究仅对溶磷菌对玉米苗期生长和磷素吸收
的影响进行了盆栽实验, 虽效果良好, 但由于实验
室条件与大田环境条件并不完全一致, 因此本研究
结果还有待在大田实验中进一步验证, 这也将是后
续研究工作的重点内容。
5 结论
1) 施用溶磷菌剂可明显促进苗期玉米生长。各
处理中苗期玉米株高、径粗、地上植物量、地下植
物量、根冠比、根长、根体积、叶绿素含量均明显
高于对照。各菌剂处理中以半量磷肥加混菌的处理
效果最为明显, 且该处理与全量磷处理基本无显著
差异。
2) 各处理对苗期玉米全磷含量也有一定的影
响。与空白对照相比, 各处理均显著提高了玉米植
株和根系的全磷含量, 地上部植株的全磷含量增幅
达 81.25%—243.25%, 根系全磷含量高出对照处理
55.88%—254.42%。各菌剂处理中, 半量磷加混菌处
理能显著提高玉米植株和根系的全磷含量, 处理效
果最好。
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南大学联合主办。所刊论文被“中文核心期刊要目总览”、“中国科学引文数据库(CSCD)”、“中国核心期刊(遴
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文。本刊秉承“弘扬生态学术精华、服务生态学者精英”的办刊宗旨, 坚持“优质为先、创新为快”的选稿录稿
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