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The inoculant potential of plant growth promoting rhizobacteria strains to improve the yield and quality of Trifolium pratense cv. Minshan

岷山红三叶根际优良促生菌对其宿主生长和品质的影响



全 文 :岷山红三叶根际优良促生菌对其
宿主生长和品质的影响
荣良燕1,2,3,姚拓1,2,马文彬1,2,李德明3,李儒仁4,张洁3,陆飒3
(1.甘肃农业大学草业学院,甘肃 兰州730070;2.甘肃农业大学草业生态系统教育部重点试验室,甘肃 兰州730070;
3.甘肃省草原技术推广总站,甘肃 兰州730046;4.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃 兰州730070)
摘要:从岷山红三叶根际分离出高效溶磷菌,并对其分泌生长激素、拮抗病原菌特性进行测定,筛选出优良促生菌6
株,根瘤菌1株,按照一定比例混合制成复合菌肥,进行盆栽试验,研究复合菌肥对岷山红三叶产量、品质及异黄酮
含量的影响。结果表明:利用筛选的优良促生菌和根瘤菌研制的复合微生物菌肥符合《微生物肥料》标准(NY227
94)。75%化肥+PGPR菌肥处理使岷山红三叶干草总产量较CK增加4.76%,同时,该处理可提高红三叶粗蛋
白、粗灰分、钙、磷含量,降低中、酸性洗涤纤维含量;50%化肥+PGPR菌肥处理对岷山红三叶的总干草产量、营养
品质以及4种异黄酮的含量均没有显著影响。
关键词:岷山红三叶;促生菌(PGPR);化肥;营养品质;异黄酮
中图分类号:S541+.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2014)05023110
犇犗犐:10.11686/cyxb20140527  
  长期以来,为了满足农作物生长所需的氮、磷等营养元素,工业化肥一直被认为是实现这一目标的主要途径。
然而,随着化肥使用量不断增大,其负面影响日益明显,如导致土壤结构破坏、肥力下降,造成土壤微生物区系多
样性破坏等诸多问题,并且由于生产化肥引起的水质、空气污染,非再生能源的大量消耗,食品安全等问题已成为
困扰农业生产的主要因素[1]。近年来,随着人们生态保护意识的增强以及对无公害农作物生产的日益重视,探寻
新的肥料来源(尤其是生物肥料)以替代工业化肥的研究倍受关注。
岷山红三叶(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狆狉犪狋犲狀狊犲cv.Minshan)属高产型优质牧草,营养全面,再生性强,并且含有大量的异
黄酮多酚化合物。研究资料表明,异黄酮具有较强的清除自由基能力,岷山红三叶中可提取的异黄酮含量
(1.0%~2.6%)远高于大豆异黄酮(0.1%~0.3%)[2]。为了满足红三叶生存、生产所需的氮、磷等营养元素,大
量化学肥料被用于红三叶以获得较高产量。然而,在经济落后、土壤贫瘠的地区,大量使用化肥不但增加了农业
生产成本,而且造成了环境及食品污染,同时随着化肥施用量的增加,出现了肥效降低、利用率下降等现象。因
此,探寻新的生物生态肥源,以实现对工业化肥的部分替代或完全替代的目标已迫在眉睫。
植物根际促生菌(plantgrowthpromotingrhizobacteria,PGPR)是存在于植物根际或根表,可以促进植物生
长或拮抗病原菌的微生物。PGPR不仅可以分泌植物促生物质(如植物激素、维生素、氨基酸、其他活性有机小分
子衍生物等),还可以改善植物根际的营养环境(如PGPR在植物根际的代谢作用加强了土壤中有机物的分解,
促进了植物营养元素的矿化,增加了作物的营养供应)。此外,PGPR还具有控制植物病害,降解土壤污染物的作
用[34]。利用不同环境、不同植物群落根际分离、筛选的优良促生菌研制的生物菌肥不仅具有以上优点,还可以减
少生产和使用农药、化肥带来的环境和食品污染及非再生能源消耗。因此,土壤微生物资源的定向利用已成为现
代农业科技领域的研究热点之一。
目前,国内外学者已经研究出了可用于水稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)[5]、小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)[6]、玉米(犣犲犪
犿犪狔狊)[7]、番茄(犔狔犮狅狆犲狉狊犻犮狅狀犲狊犮狌犾犲狀狋狌犿)[8]、樱桃(犘狉狌狀狌狊犪狏犻狌犿)[9]等作物的微生物肥料,并且取得了良好的效
第23卷 第5期
Vol.23,No.5
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
231-240
2014年10月
收稿日期:20140415;改回日期:20140519
基金项目:国家自然基金(31360584),甘肃省农牧厅生物技术专项(GNSW201428)和甘肃省农业科技创新项目(GNCX201245)资助。
作者简介:荣良燕(1983),女,甘肃兰州人,中级畜牧师,在读博士。Email:rongliangyan000@163.com
通讯作者。Email:yaotuo@gsau.edu.cn
果,但关于PGPR微生物肥料应用于岷山红三叶的研究报道很少。随着西部生态环境建设和农业产业结构调整
的不断推进,岷山红三叶的种植面积逐年扩大,其产业化功能在优质高效农业发展中发挥着重要作用。因此,选
择和评价适宜的岷山红三叶微生物菌肥并将其推广使用具有重要意义。本研究从适宜岷山红三叶生长的环境中
分离筛选根际优良促生菌,以制备有利于促生、防病综合功能的环保型复合根际菌肥,并研究用其部分替代化肥
后对岷山红三叶生长及营养品质的影响,为微生物肥源部分替代化肥以减少购买性投入量,实现微生物资源定向
利用提供理论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料
采样地位于甘肃岷县岷山红三叶种植基地,选择生长旺盛的岷山红三叶植株,附带根及周围土壤,装入无菌
封口袋中,4℃保存。
1.2 岷山红三叶根际促生菌的筛选
1.2.1 初筛 将采集到的植株抖掉附着在根上的土壤,用无菌刷子收集根表层土壤,称取10g加入90mL无菌
蒸馏水中,28℃下摇床震荡30min[10]。采用稀释法将菌悬液逐步稀释后涂布于PKO(Pikovaskaia’s)平板培养
基上[10],3~4个重复,28℃培养10d。观察平板上菌落生长及菌落周围透明圈情况,计算透明圈直径(D)与菌落
直径(d)的比值并记录,D/d比值越大,溶磷能力越强。挑取菌落生长饱满,透明圈明显的单菌落保存。
1.2.2 复选 对初筛得到的菌株进行继代培养,1个月后将各菌株点接种至PKO平板上,计算D/d值,筛选出
稳定产生透明圈的菌株,挑取整个单菌落接种在PKO液体培养基中,28℃,160r/min摇床培养13d。4℃,
10000r/min离心15min,取上清液,以未接菌的培养液为对照,测定发酵液的pH值,并采用钼锑抗比色法测定
菌液中有效磷增量,筛选出溶磷量较高的菌株,4℃斜面保存[11]。
1.3 促生菌株促生性能测定
对筛选出的菌株进行固氮酶活性、分泌吲哚3乙酸(indole3accticacid,IAA)能力、拮抗病原菌能力的测
定。固氮酶活性采用乙炔还原法(acelylenereductionassay,ARA)测定[7],分泌IAA能力采用Salkowski比色
法测定[11],拮抗病原菌能力采用平板对峙法测定[12]。
1.4 岷山红三叶根瘤菌的分离与纯化
选取生长饱满、直径较大的根瘤,无菌水浸泡并冲洗3~5次,95%的乙醇浸泡30s,0.1% HgCl消毒5min,
无菌水冲洗数次。用灭菌镊子夹破根瘤划线涂布在YMA(酵母甘露醇琼脂)平板培养基上,28℃培养,待菌落长
出后挑取典型菌落划线培养,出现单菌落后4℃冰箱保存。
1.5 岷山红三叶复合菌肥的制作
1.5.1 菌株悬浮液及菌肥的制作 分别接种各优良PGPR菌株于50mLLB(LuriaBertani,溶菌肉汤)液体培
养基中,28℃,125r/min培养48h。待菌株充分生长后,用无菌水调节各菌株菌悬液浓度为1×108cfu/mL(波
长660nm,OD值≥0.5)。300mL三角瓶内装入100mLLB液体培养基,灭菌后置于室温下1~2d,经检查无
污染后分别接种20mL上述各菌悬液,于28℃,125r/min培养2~3d,将菌液注入灭菌玻璃瓶中常温密封保存
备用。根瘤菌接种于YMA液体培养基中,其他方法同PGPR菌肥制作方法。
1.5.2 根际复合菌肥的制作 根际复合菌肥的制作参考韩华雯等[13]的方法。取PGPR菌和根瘤菌发酵液于室
温下1~2h,无菌环境下,将两者按一定比例混合即可(菌株种类和比例正在申报专利)。
1.5.3 复合微生物菌肥的质检 采用平板计数法和显微观察计数法,具体方法参考《农用微生物菌剂》质量标
准[14]。在储藏15,30,60,90,120,150,180,210,240,270d各检查一次,同时观察菌肥是否有霉变、异味等产生,
若有效活菌数达1×108cfu/mL以上且无污染方可认为菌肥质量达标。
1.6 盆栽试验设计及方法
1.6.1 试验材料 试验种子:岷山红三叶由甘肃省草原技术推广总站提供,纯净度≥94%,发芽率≥88%。化学
肥料:尿素(含N46%),磷二铵(含P46%,N18%)。生物菌肥:岷山红三叶根际复合促生菌肥(即1.5中制作出
的复合菌肥)。
232 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
花盆直径0.22m,深0.17m。盆栽土壤:土与营养土比例为2∶1,加入珍珠盐(混合土∶珍珠岩,20∶1)和
少量垤石。土壤养分pH7.05,有机质含量25.8%,有效氮75.05mg/kg,有效磷12.91mg/kg,有效钾180.29
mg/kg。
称取混合土壤2.5kg,添加0.4g尿素,0.9g磷二铵,混匀后装盆。选取饱满种子50粒于2012年9月底播
种,播种深度1~2mm。2013年5月中旬、8月底分两次采集盆栽植株样品并分别测定产量、品质及异黄酮含量
等。
1.6.2 促生菌肥使用方法及使用量 播种前种子用菌肥拌种,置阴凉处2h,待菌肥附着在种子表面后即可播
种。
1.6.3 试验设计 试验设4个处理、1个对照。CK:全量化肥;A:菌肥;B:25%化肥+菌肥;C:50%化肥+菌
肥;D:75%化肥+菌肥。每个处理重复3次。
1.6.4 测定指标 干草产量,收获各处理的盆栽植株,常温下完全风干至恒重,称量后计算平均值。
营养品质测定,将岷山红三叶青干草用锤式粉碎机粉碎,粉碎机筛孔直径为0.6mm。粗蛋白(CP)采用凯氏
定氮法测定。粗灰分(CA)采用马弗炉(550℃)直接灰化法测定。中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)
分别采用VanSoest法和Roberston法测定。全磷量采用钼锑抗比色法测定。钙以EDTA络合滴定法测定[15]。
异黄酮含量测定方法:采用高效液相色谱分析仪进行测试[16]。色谱条件:LichrospherC18色谱柱(2.6mm×
250mm),柱温:30℃;检测波长:260nm;流动相:甲醇-水-1%乙酸0~50min,15%甲醇(含1%乙酸)-80%
甲醇(含1%乙酸)梯度洗脱,流速:0.3mL/min,进样量:5μL。
1.7 数据处理
采用Excel2010处理数据,使用SPSS19.0进行统计分析,使用Origin8.6绘图。
2 结果与分析
2.1 根际优良促生菌、根瘤菌及其促生特性
从岷山红三叶根际分离出129株根际促生菌,经过测定菌株的生长速度、溶磷量、分泌植物生长激素量和对
病原菌的拮抗作用,筛选出了6株根际优良促生菌,同时从岷山红三叶根部分离出1株根瘤菌(表1)。6株促生
菌生长速度均较快,菌株 MHS7、MHS27兼具溶磷、分泌生长激素及抑制病原菌(犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓狔狊狆狅狉犻狌犿f.sp.
犮狌犮狌犿犲狉犻狀狌犿、犚犺犻狕狅犮狋狅狀犻犪狊狅犾犪狀犻、犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓狔狊狆狅狉狌犿f.狀犻狏犲狌犿)的能力;菌株MHS19具有良好的分泌植物
表1 岷山红三叶根际优良促生菌、根瘤菌及其促生特性
犜犪犫犾犲1 犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犵狉狅狑狋犺狆狉狅犿狅狋犻狀犵狉犺犻狕狅犫犪犮狋犲狉犻犪犪狀犱狉犺犻狕狅犫犻狌犿犳狉狅犿犮犾狅狏犲狉
菌株编号
Strains
code
生长速度
Growth
rate
固氮酶活性
Nitrogenaseactivity
(C2H4nmoL/mL·h)
溶磷量
Phosphatesolubilization
capacity(mg/L)
分泌生长素
SecretingIAA
ability(μg/mL)
抑制病原菌
Antagonizing
pathogen
备注
Remark
MHS4 +++ - 80.21±6.65 4.25±0.29    - 根际细菌Rhizobacteria
MHS7 +++ - 153.00±10.07 3.72±0.22 黄瓜枯萎菌犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓狔狊
狆狅狉犻狌犿f.sp.犮狌犮狌犿犲狉犻狀狌犿
根际细菌Rhizobacteria
MHS19 +++ - 50.34±8.22 12.01±0.49    - 根际细菌Rhizobacteria
MHS27 +++ - 168.83±9.71 0.86±0.17 立枯丝核菌犚犺犻狕狅犮狋狅狀犻犪狊狅犾犪
狀犻;西瓜枯萎菌犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓
狔狊狆狅狉狌犿f.狀犻狏犲狌犿
根际细菌Rhizobacteria
MHS30 +++ - 229.50±8.89 9.35±0.19    - 根际细菌Rhizobacteria
MHS49 +++ - 186.63±11.45 7.16±0.24    - 根际细菌Rhizobacteria
MHSG1 ++ 488.20±13.83 - -    - 根瘤菌Rhizobium
 “+++”:生长快速Fastgrowthrate;“++ ”:生长速度中等 Mediumgrowthrate.
332第23卷第5期 草业学报2014年
生长激素的能力,菌株 MHS30的溶磷量达到229.50
mg/L;1株根瘤菌属于慢生型根瘤菌,其固氮酶活性
达到488.20nmoL/(mL·h)。
2.2 菌肥质量检查
有效活菌数及菌剂是否被杂菌污染是表征菌肥质
量的重要指标。表2显示,制作的微生物菌肥在室温
条件下,0~30d时有效活菌数呈上升趋势,30d时最
高,为20.30×108cfu/mL,之后逐渐下降,在240d时
有效活菌数均在108cfu/mL以上,并且无污染,270d
时,菌肥中的有效活菌数下降至0.35×108cfu/mL,
且伴有杂菌污染和霉变现象。因此,为了保证菌肥的
质量,该菌肥制作后应当在8个月内使用。该菌肥符
合《微生物肥料》NY22794标准[17]。
2.3 微生物菌肥对岷山红三叶干草产量的影响
干草产量是衡量牧草生产能力的重要指标。从表
3可以看出,不同施肥处理对岷山红三叶第1茬干草
产量影响差异显著(犘<0.05)。处理D干草产量显著
(犘<0.05)高于CK(9.23%),说明75%化肥+菌肥
表2 复合微生物菌肥质量检查
犜犪犫犾犲2 犙狌犪犾犻狋狔犮犺犲犮犽狅犳犮狅犿狆狅狌狀犱
犿犻犮狉狅犫犻犪犾犫犪犮狋犲狉犻犪犾犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉
储存天数
Storageperiod
(d)
有效活菌数
Numbersofefficientbacteria
(×108cfu/mL)
污染情况
Contamination
0 4.35±0.82 -
15 12.40±0.21 -
30 20.30±1.02 -
60 13.10±0.96 -
90 8.29±0.94 -
120 6.71±0.16 -
150 4.97±0.17 -
180 3.56±0.53 -
210 2.72±0.29 -
240 1.89±0.24 -
270 0.35±0.05 +
 “+”:污染Polution;“-”:无污染Polutionfree.
处理对岷山红三叶具有显著增产效果;处理C与CK相比无显著差异,说明该处理可以在不减产的同时,减少
50%化肥的用量,从而有效降低生产成本;处理 A、B与CK相比差异显著(犘<0.05),产量显著低于CK(第1
茬)。各菌肥处理对岷山红三叶干草产量的增产效果主要体现在第1茬,处理C、D与CK相比,第2茬干草产量
没有显著差异,但处理C、D略高于CK,这可能是由于菌肥在植株生长后期促生效果相对减弱造成。红三叶总干
草产量也因不同菌肥处理而呈现出不同规律,其中处理D(75%化肥+菌肥)效果最好,较CK高4.77%。
表3 不同施肥处理对岷山红三叶干草产量的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅狀犱狉狔狔犻犲犾犱狅犳犮犾狅狏犲狉 g/盆Pot
处理
Treatments
干草产量 Hayyield
第1茬1stcut 第2茬2ndcut
总产量
Totalhayyield
CK(全量化肥,100% NPKfertilizeronly) 34.03±1.83b 27.22±1.55a 61.25±3.27a
A(菌肥Inoculumonly) 17.44±1.69d 14.14±1.46c 31.58±2.11c
B(25%化肥+菌肥,25% NPKfertilizer+inoculum) 23.74±2.77c 18.76±0.93b 42.51±1.86b
C(50%化肥+菌肥,50% NPKfertilizer+inoculum) 33.76±2.12b 27.28±1.88a 61.04±3.55a
D(75%化肥+菌肥,75% NPKfertilizer+inoculum) 37.17±2.21a 27.00±1.42a 64.17±3.49a
 注:各处理间相同字母表示差异不显著,不同字母表示差异显著(犘<0.05)。下同。
 Note:Differentlettersindicatesignificantdifference(犘<0.05),samelettersindicatenosignificantdifference.Thesamebelow.
2.4 微生物菌肥对岷山红三叶营养品质的影响
2.4.1 微生物菌肥对岷山红三叶粗蛋白、粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的影响 不同菌肥处理后岷山红
三叶粗蛋白含量差异显著(犘<0.05)(表4)。处理D(75%化肥+菌肥)效果明显优于CK,第1、2茬粗蛋白含量
分别比CK高11.25%和11.56%。处理C(50%化肥+菌肥)与CK相比无显著性差异,处理A和B使用效果均
不及CK。各处理对两茬岷山红三叶中蛋白质含量变化影响较大,这可能与播种前为岷山红三叶种子接种根瘤
菌有关,其固氮效果明显增加。
432 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
PGPR菌肥对两茬岷山红三叶粗灰分含量均有明显影响(表4)。两茬红三叶中粗灰分含量在各处理间差异
显著(犘<0.05),岷山红三叶中粗灰分含量由高到低依次为:处理D>处理C(对照CK)>处理B>处理A。
各施肥处理对两茬岷山红三叶中性洗涤纤维含量影响显著(犘<0.05)(表4),第1茬中处理D与CK之间差
异显著(犘<0.05),处理D较CK中性洗涤纤维含量显著下降7.55%,处理C与CK之间差异不显著,处理A的
NDF含量最高。第2茬处理CK、处理C与处理D之间差异均不显著,处理D的NDF含量最低。
两茬岷山红三叶酸性洗涤纤维含量因处理不同而存在明显差异(表4)。各处理中,除两茬处理D和第1茬
处理C的ADF含量较CK有所降低之外,其余各处理ADF含量均高于CK,其中第1茬中处理C、处理D较CK
分别降低4.50%和7.54%。第2茬处理C、处理D与CK之间差异不显著,处理A的ADF含量最高。
表4 不同施肥处理下岷山红三叶粗蛋白(犆犘)、粗灰分(犆犃)、中性洗涤纤维(犖犇犉)、酸性洗涤纤维(犃犇犉)含量比较
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅狀犮狉狌犱犲狆狉狅狋犲犻狀(犆犘),犮狉狌犱犲犪狊犺(犆犃),狀犲狌狋狉犪犾
犱犲狋犲狉犵犲狀狋犳犻犫犲狉(犖犇犉)犪狀犱犪犮犻犱犱犲狋犲狉犵犲狀狋犳犻犫犲狉(犃犇犉)犮狅狀狋犲狀狋狅犳犮犾狅狏犲狉 %
处理
Treatments
粗蛋白
Crudeprotein
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
粗灰分
Crudeash
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
中性洗涤纤维Neutral
detergentfiber
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
酸性洗涤纤维
Aciddetergentfiber
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
CK (全量化肥,100% NPK
fertilizeronly)
19.02±
0.33b
17.22±
0.26b
8.71±
0.12b
8.29±
0.13b
31.38±
0.58c
28.01±
0.36c
26.01±
0.87c
23.38±
0.60c
A(菌肥Inoculumonly) 16.25±
0.22d
15.13±
0.31d
6.58±
0.18d
5.56±
0.16d
34.05±
0.62a
36.54±
0.87a
31.56±
0.91a
27.54±
0.91a
B(25% 化 肥 + 菌 肥,25%
NPKfertilizer+inoculum)
17.71±
0.34c
16.38±
0.45c
7.39±
0.15c
6.96±
0.20c
32.35±
1.01b
33.31±
0.59b
28.25±
0.75b
25.36±
0.76b
C (50% 化 肥 + 菌 肥,50%
NPKfertilizer+inoculum)
19.12±
0.33b
17.18±
0.17b
8.79±
0.10b
8.30±
0.11b
30.96±
0.80c
27.55±
0.94c
24.84±
1.06d
23.78±
0.82c
D (75% 化 肥 + 菌 肥,75%
NPKfertilizer+inoculum)
21.16±
0.33a
19.21±
0.39a
9.05±
0.17a
8.78±
0.06a
29.01±
0.77d
27.36±
0.61c
24.05±
0.79d
22.54±
0.66c
2.4.2 微生物菌肥对岷山红三叶钙、磷含量的影响 岷山红三叶钙含量因菌肥不同而差异显著(犘<0.05)。除
处理A外,其余处理红三叶含量均是第1茬高于第2茬,菌肥处理替代75%(处理B)化肥较CK钙含量显著下降
15.38%(第1茬)、28.16%(第2茬)。第1茬,处理C(50%化肥+菌肥)与CK差异不显著,处理D(75%化肥+
菌肥)显著高于CK13.33%(犘<0.05)。第2茬,处理C、D与CK钙含量差异不显著(图1)。
复合菌肥不同处理对岷山红三叶磷含量影响明显,单施菌肥(处理A),岷山红三叶磷含量在第1茬较CK显
著下降18.52%(犘<0.05),第2茬下降24.79%;菌肥替代75%化肥(处理B),两茬植株磷含量均有所下降,但
下降幅度不明显。并且,第1茬的下降幅度低于第2茬。菌肥代替50%化肥(处理C),岷山红三叶磷含量较CK
显著增加12.35%(第1茬)(犘<0.05),8.26%(第2茬),而处理D与C虽有差异,但不显著(图2)。
2.5 微生物菌肥对岷山红三叶异黄酮含量的影响
从表5可以看出,与CK相比,处理C、D对岷山红三叶中大豆黄素的含量无显著影响;处理A、B(第1茬)和
处理A(第2茬)使大豆黄素的含量较CK下降37.5%,12.5%,42.1%。岷山红三叶中染料木黄酮的含量在两茬
之间的变化规律与大豆黄素大致相同,处理C、D与CK相比并无显著性差异。此外,处理D显著提高了两茬红
三叶中刺芒柄花素的含量(犘<0.05)。作为4种异黄酮中含量最高的鹰嘴豆芽素,处理C、D与CK间无显著性
差异,处理A、B显著降低,说明减少一半以上化肥用量会对植株的异黄铜含量产生较大影响,其含量明显降低,
而处理C可以在不降低异黄酮含量的情况下节省50%化肥的消耗。
532第23卷第5期 草业学报2014年
图1 不同施肥处理下岷山红三叶钙含量的比较
犉犻犵.1 犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狋狅犮犪犾犮犻狌犿犮狅狀狋犲狀狋狅犳犮犾狅狏犲狉
狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀 
图2 不同施肥处理下岷山红三叶磷含量的比较
犉犻犵.2 犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狋狅狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊犮狅狀狋犲狀狋狅犳犮犾狅狏犲狉
狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀 
 CK:全量化肥,100% NPKfertilizeronly;A:菌肥Inoculumonly;B:25%化肥+菌肥,25% NPKfertilizer+inoculum;C:50%化肥+菌肥,
50% NPKfertilizer+inoculum;D:75%化肥+菌肥,75% NPKfertilizer+inoculum.
表5 不同施肥处理下红三叶异黄酮含量比较
犜犪犫犾犲5 犈犳犳犲犮狋狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅狀犻狊狅犳犾犪狏狅狀犲犮狅狀狋犲狀狋狅犳犮犾狅狏犲狉 %
处理
Treatments
大豆黄素
Daidzein
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
染料木黄酮
Genistein
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
刺芒柄花素
Formononetin
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
鹰嘴豆芽素A
BiochaninA
第1茬
1stcut
第2茬
2ndcut
CK (全量化肥,100% NPK
fertilizeronly)
0.32±
0.031ab
0.19±
0.022a
0.35±
0.028a
0.21±
0.016a
0.46±
0.037b
0.22±
0.016b
1.38±
0.059a
1.09±
0.082a
A(菌肥Inoculumonly) 0.20±
0.029c
0.11±
0.013b
0.22±
0.020c
0.17±
0.020b
0.39±
0.032c
0.18±
0.020b
0.74±
0.066b
0.65±
0.076c
B(25% 化 肥 + 菌 肥,25%
NPKfertilizer+inoculum)
0.28±
0.030b
0.19±
0.012a
0.30±
0.024b
0.19±
0.021b
0.38±
0.035c
0.19±
0.010b
0.77±
0.051b
0.85±
0.072b
C (50% 化 肥 + 菌 肥,50%
NPKfertilizer+inoculum)
0.34±
0.029a
0.21±
0.014a
0.34±
0.030a
0.24±
0.022a
0.45±
0.027b
0.31±
0.022a
1.37±
0.071a
1.10±
0.033a
D (75% 化 肥 + 菌 肥,75%
NPKfertilizer+inoculum)
0.35±
0.033a
0.20±
0.018a
0.35±
0.028a
0.22±
0.013a
0.53±
0.040a
0.32±
0.034a
1.39±
0.088a
1.11±
0.058a
3 讨论
3.1 根际优良促生菌(PGPR)对岷山红三叶生长的影响
土壤中氮、磷缺乏,有效利用率低是制约农作物增产增收的主要因素,微生物菌肥的研究利用为解决这一问
题提供了有效途径。接种具有较高固氮酶活性的根瘤菌可以通过其生物固氮途径为作物提供环保的氮肥[18],接
种优良溶磷菌可以转化土壤中难以吸收利用的磷进而被植物吸收利用[19]。研究发现,将具有固氮、溶磷特性的
PGPR菌肥应用于苹果树(犕犪犾狌狊犱狅犿犲狊狋犻犮犪)[20]、草莓(犉狉犪犵犪狉犻犪×犪狀犪狀犪狊狊犪)[21]、青稞(犎狅狉犱犲狌犿狏狌犾犵犪狉犲)[22]、
甘蔗(犛犪犮犮犺犪狉狌犿)[23]取得了良好的效果。本研究也发现,将岷山红三叶根际分离出的根际促生菌(MHS30溶磷
量229.50mg/L)与根部分离的根瘤菌MHSG1(固氮酶活性488.20C2H4nmol/mL·h)结合使用可以使岷山红
三叶增产。此外,许多PGPR可通过自身代谢产生吲哚乙酸、脱落酸、细胞分裂素、赤霉素等植物激素,进而促进
632 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
植物生长发育,调节植物的生命活动[8,2425]。从表1可以看出,从岷山红三叶根际分离的 MHS19根际细菌分泌
IAA能力较强(12.01μg/mL),IAA对岷山红三叶根长以及根毛增生有良好的促进作用,这可能是岷山红三叶
在减量施用化肥之后还可以保持较高产量的重要原因之一。类似结论出现在其他研究中,Shahab等[26]发现,
PGPR培养液中可以检测到吲哚乙酸和吲哚丁酸,这两类物质有助于促进绿豆根径的生长。Wahyudi等[27]从印
度尼西亚大豆(犌犾狔犮犻狀犲犿犪狓)根际分离得到的118株芽孢杆菌中,有76.3%具有促生能力,并且都会分泌吲哚乙
酸。由此可见,PGPR产生的植物生长激素在植物促生过程中发挥着重要作用。PGPR的促生作用除了固氮、溶
磷、分泌IAA外,还可以通过脂多糖、铁载体和水杨酸等介导使植物对疾病和病原菌产生系统抗性,进而对细菌、
真菌和病毒产生拮抗作用,以达到防治病害的目的[28]。从岷山红三叶根际分离的菌株 MHS27具有拮抗病原菌
犚犺犻狕狅犮狋狅狀犻犪狊狅犾犪狀犻、犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓狔狊狆狅狉狌犿f.狀犻狏犲狌犿的能力,将不同种类的PGPR菌株混合可能有助于产生更
强的诱导系统抗性,从而提高岷山红三叶的抗病能力[29],因此,岷山红三叶的增产效果离不开PGPR诱导系统抗
性作用的发挥。这一促生机制已经在番茄和辣椒(犆犪狆狊犻犮狌犿犪狀狀狌狌犿)的研究当中得到了证实[30]。除以上作用
机制外,PGPR还可以通过以下途径发挥促生作用,如:接种关键酶(如:ACC脱氨酶,几丁质酶等),或产生胞外
多糖、根瘤菌毒素等[31]。其中,根瘤菌毒素在ACC脱氨酶作用的上游切断ACC合成路径,通过减弱高乙烯浓度
对作物的胁迫并提高作物结瘤进而促进作物根系生长。另外,PGPR自身产生ACC脱氨酶,裂解乙烯前体物质
ACC,降低植物体内的乙烯浓度,抑制乙烯对植物的三重反应,提高养分吸收和阳光的捕获面积,增加植物干物
质积累,扩增根部组织,增强植物对根际微生物分泌或分解的促生物质和土壤养分的有效利用,进而促进生
长[32]。
3.2 根际优良促生菌(PGPR)对岷山红三叶品质的影响
研究资料表明,微生物复合菌肥可以有效促进作物生长使其增产,降低生产成本,而且在改善作物营养品质
方面也具有较大潜力。通过研究PGPR复合菌肥对岷山红三叶的施用效果发现,75%化肥+菌肥的处理使红三
叶中粗蛋白、粗灰分、钙、磷及异黄酮的含量较CK都有所增加。出现这样的结果与复合菌肥的溶磷作用及产生
IAA有关,也可能是因为菌肥中的微生物协同作用的结果。菌肥中的有益微生物可分解释放土壤中被固定的养
分供作物吸收利用,如解磷微生物分泌出的有机酸可以降低土壤pH,提高P、Ca、Fe、Mn等矿物元素的有效利用
率[3335]。此外,植物体内主要矿质元素(P、Ca、Fe、Mn、Zn)的吸收利用与乙烯浓度有很大关联,作物体内大量乙
烯的产生会减少豆科作物根瘤的产生,影响其固氮效果,同时乙烯会抑制非豆科植物根的伸长,阻碍植物对土壤
中的矿质元素的吸收和积累。Nadeem等[36]研究发现,降低乙烯浓度的关键是减少乙烯合成的前体ACC(1氨
基环丙烷1羧酸)的含量,PGPR产生的ACC脱氨酶将 ACC脱氨基转化为α酮丁酸,降低植物体内乙烯的合
成,从而促进作物生长。这一研究成果在后续研究中得到了验证,研究发现在棉花(犌狅狊狊狔狆犻狌犿犺犻狉狊狌狋狌犿)上接种
包含ACC脱氨酶的菌株(犓犾犲犫狊犻犲犾犾犪狅狓狔狋狅犮犪)有助于提高主要营养元素(如:N、P、K、Ca)的吸收利用率,促使作
物矿物元素的积累增加,促进作物根伸长、干重增加[37]。与单一接种剂相比,复合接种剂的使用对于提高作物营
养品质具有明显优势。类似的结论在PGPR复合菌肥应用于三叶草(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狉犲狆犲狀狊)[38]、山莓(犚狌犫狌狊犮狅狉
犮犺狅狉犻犳狅犾犻狌狊f.)[39]的研究当中也得到了证实。此外,适宜比例的化学肥料与微生物菌肥相结合的施用方式有助于
提高土壤微生物种群密度,可以改善土壤微生态环境,提高土壤速效氮、磷、钾的含量,最终显著提高植物的肥料
利用率[4041]。
综上可知,植物促生菌的促生效果仅仅依靠某种单一的促生途径是无法实现的,通常通过几种机制共同来发
挥促生作用,并且促生效果与寄主植物以及土壤特性的综合作用都有关系。PGPR复合菌肥的使用为岷山红三
叶增产提供了有效途径,将PGPR与化学肥料配合使用的生产方式可以减少对非再生能源的大量消耗,减轻对
农业生态环境的破坏,对于提高农产品品质,食品安全性和可信度,保障农牧业可持续发展具有积极意义。然而,
促生菌肥的应用效果除了与施用区气候特点、土壤状况有关,还受到包括菌种来源、菌剂组成、施用量等因素的影
响。因此,在本研究的基础上进一步探索PGPR微生物菌肥对岷山红三叶的促生机理及其对土壤特性的影响,
并优化各类影响因子,以期制备最佳的生物菌肥,选择更适宜的化肥与菌肥配比,便于大面积推广使用,为实现岷
山红三叶的环保型优质高产提供技术支撑。
732第23卷第5期 草业学报2014年
4 结论
本研究对甘肃岷县地区获得的植物根际促生菌进行筛选,获得6株优良根际促生菌及1株根瘤菌,按照一定
的比例混合制作根际复合微生物菌肥,并将其应用于岷山红三叶,盆栽试验结果表明:75%化肥+菌肥处理使岷
山红三叶干草总产量较CK增加4.76%,50%化肥+菌肥处理在没有显著影响岷山红三叶总干草产量的情况下
可节省一半化肥。75%化肥+菌肥的处理使红三叶中粗蛋白、粗灰分、钙、磷的含量较CK都有所增加,中性洗涤
纤维、酸性洗涤纤维相对降低;50%化肥+菌肥的处理虽然没有显著提高红三叶的营养品质,但有助于减少化肥
用量。通过测定各处理的岷山红三叶异黄酮含量的结果表明采用微生物菌肥替代50%化肥的处理并没有对4
种异黄酮的含量造成显著影响,但却节省了50%化肥成本。
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932第23卷第5期 草业学报2014年
犜犺犲犻狀狅犮狌犾犪狀狋狆狅狋犲狀狋犻犪犾狅犳狆犾犪狀狋犵狉狅狑狋犺狆狉狅犿狅狋犻狀犵狉犺犻狕狅犫犪犮狋犲狉犻犪狊狋狉犪犻狀狊狋狅犻犿狆狉狅狏犲
狋犺犲狔犻犲犾犱犪狀犱狇狌犪犾犻狋狔狅犳犜狉犻犳狅犾犻狌犿狆狉犪狋犲狀狊犲犮狏.犕犻狀狊犺犪狀
RONGLiangyan1,2,3,YAOTuo1,2,MAWenbin1,2,LIDeming3,LIRuren4,ZHANGJie3,LUSa3
(1.PrataculturalColege,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China;2.KeyLaboratoryof
GrasslandEcosystem,MinistryofEducation,Lanzhou730070,China;3.StationofGrassland
TechnologyExtension,Lanzhou730046,China;4.DepartmentofFoodScience
andEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Interestinplantgrowthpromotingrhizobacteria(PGPR)hasincreasedduetotheirpotentialcontri
butiontosustainableagriculturalsystemsbyreducingenvironmentalimpact,theconsumptionofnonrenew
ableresourcesandinputcosts.ThispaperinvestigatestheinoculanteffectofPGPRonthehayyieldandnutri
entqualityof犜狉犻犳狅犾犻狌犿狆狉犪狋犲狀狊犲cv.Minshan.SixPGPRandonerhizobiastrainswereidentifiedbyscreening
forphosphatesolubilization,3indoleaceticacid(IAA)secretionandantagonismtoplantpathogens.APGPR
inoculantwasproducedbymixingthesestrainsandpottestshavebeenconductedtoinvestigateitseffectson
thegrowthandqualityof犜.狆狉犪狋犲狀狊犲cv.Minshanwhencombinedwithdifferentamountsofchemicalfertiliz
er.Theresultsshowedthatthenitrogenaseactivityoftherhizobiastrainwas488.2C2H4nmol/(mL·h).The
phosphatesolubilizationandIAAsecretingabilityofthefivePGPRstrainswasdistributedacrosstheranges
50.34-229.5mg/Land0.86-12.01μg/mLrespectively.ThePGPRcompoundbiofertilizerdemonstrated
strongantagonismtothepathogens犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓狔狊狆狅狉犻狌犿f.sp.犮狌犮狌犿犲狉犻狀狌犿,犚犺犻狕狅犮狋狅狀犻犪狊狅犾犪狀犻and犉狌狊犪狉
犻狌犿狅狓狔狊狆狅狉狌犿f.狀犻狏犲狌犿.Thecompositemicrobialinoculantcomplieswiththequalitystandardformicrobio
logicalfertilizerinChina(NY22794).Applyingtheinoculantincombinationwith75%ofthecontrol’schemi
calfertilizersincreasedtotalhayyieldby4.76%.Nutrientqualityalsoimproved.Theamountofcrudepro
tein,crudeash,calciumandphosphorusincreasedwhiletheamountofneutraldetergentfiberandaciddeter
gentfiberdeclined.Applyingtheinoculantincombinationwith50%ofthecontrol’schemicalfertilizersdid
notincreasetotalhayyield,quality,ortheisoflavonecontentofclover.Theexperimenthasthusshownhow
thePGPRcompoundbiofertilizercanbecombinedwithchemicalfertilizerstoincreasenotonlytheyieldand
qualityof犜.狆狉犪狋犲狀狊犲cv.Minshanbutalsothesustainabilityofagriculturalsystems.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犜狉犻犳狅犾犻狌犿狆狉犪狋犲狀狊犲cv.Minshan;plantgrowthpromotingrhizobacteria(PGPR);chemicalfertiliz
er;nutritionalquality;isoflavone
042 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5