牛粪多功能促生菌的筛选及其对小白菜促生提质效果研究
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.24187
曹钰敏1 , 李凤敏1 , 郭志强1 , 王祎1 , 李芳1 , 韩燕来1 , 张红2 , 姜瑛1
1. 河南农业大学资源与环境学院,河南 郑州 450046
2. 河南农业大学烟草学院,河南 郑州 450046
基金项目: 国家重点研发计划项目(2024YFD1300081) ; 河南省优秀青年科学基金(242300421147) ; 河南省科技攻关项目(23210211 1031,212102110393) ; 中国烟草总公司江西省公司科技计划项目 (202301006)
Screening and identification of multifunctional growth-promoting bacteria in cow dung and its effect on promoting the growth and quality of pakchoi
CAO Yu-min1 , LI Feng-min1 , GUO Zhi-qiang1 , WANG Yi1 , LI Fang1 , HAN Yan-lai1 , ZHANG Hong2 , JIANG Ying1
1. College of Resources and Environmental Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou Henan 450046
2. College of Tobacco,Henan Agricultural University,Zhengzhou Henan 450046
摘要
牛粪作为一种有巨大发展潜力的生物资源,其中存在多种有益微生物。从牛粪中筛选出具有多功能促生效果的微生物菌株,并通过小白菜盆栽试验对其促生功能进行探究,为优质微生物肥料的开发提供优质菌株资源。从牛粪中分离出细菌菌株,测定其产吲哚乙酸(IAA)、解钾、溶无机磷能力。通过形态学、生理生化及 16S rDNA 序列分析方法对其种属进行鉴定,并通过小白菜盆栽试验验证其促生效果。实验室筛选得到一株多功能促生菌株 J9,鉴定为松鼠葡萄球菌(Mammaliicoccus sciuri),其产 IAA 能力达 36.87 mg/L、解钾能力达 35.47 mg/L、溶无机磷能力达 286.11 mg/L。在小白菜促生盆栽试验中,与对照相比,接种 J9 微生物菌剂的盆栽土壤,其微生物量碳、土壤呼吸、有机质、碱解氮、有效磷分别提高了 4.67%、31.76%、0.28%、13.61%、12.86%。小白菜的总根长、根表面积、根平均直径、根体积和根尖数分别增加了 8.64%、13.48%、8.70%、21.87%、11.98%。小白菜的株高、叶长、叶宽、开展度、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重分别增加了 13.30%、17.24%、15.00%、 36.69%、42.08%、56.52%、48.21%、33.33%。小白菜营养品质指标中硝酸盐含量显著降低了 36.51%,叶绿素 a、叶绿素 b、类胡萝卜素、维生素 C、可溶性糖分别提高了 8.00%、11.27%、11.59%、35.00%、63.90%。筛选得到的松鼠葡萄球菌 J9 兼具产 IAA、解钾、溶无机磷功能,能够提升土壤肥力,实现小白菜的产量提升和品质优化。
Abstract
Cow dung,as a biological resource with enormous development potential,contains various beneficial microorganisms.Microbial strains with multi-functional growth-promoting effects were screened from cow dung,and their growth-promoting functions were explored through pot experiments on pakchoi,providing excellent strain resources for the development of high-quality microbial fertilizers.Bacterial strains were isolated from cow dung,and their capacity to produce indole-3-acetic acid(IAA),release potassium,and dissolve inorganic phosphorus was determined.Their species were identified through morphological,physiological,biochemical,and 16S rDNA sequence analysis methods,and their growth-promoting effects were verified through pakchoi pot experiment.A multifunctional growth-promoting strain J9 was selected in the laboratory,identified as Mammaliicoccus sciuri,with IAA production capacity of 36.87 mg/L,potassium release capacity of 35.47 mg/L,and inorganic phosphorus solubilization capacity of 286.11 mg/L. In the pakchoi growthpromoting pot experiment,compared with the control,the soil inoculated with J9 microbial agent showed increases of 4.67%, 31.76%,0.28%,13.61% and 12.86% in microbial carbon content,soil respiration,organic matter,alkaline nitrogen, and available phosphorus,respectively.The total root length,root surface area,average root diameter,root volume and root tip number of pakchoi all experienced increases of 8.64%,13.48%,8.70%,21.87% and 11.98%,respectively. The plant height,leaf length,leaf width,expansion degree,aboveground fresh weight,aboveground dry weight, underground fresh weight and underground dry weight of pakchoi exhibited an increase of 13.30%,17.24%,15.00%, 36.69%,42.08%,56.52%,48.21% and 33.33%,respectively.The nitrate content in the nutritional quality index of pakchoi was significantly reduced by 36.51%,and the chlorophyll a,chlorophyll b,carotenoids,vitamin C and soluble sugar were increased by 8.00%,11.27%,11.59%,35.00% and 63.90%,respectively.The selected Mammaliicoccus sciuri J9 strain possesses functions of IAA production,potassium release,and inorganic phosphorus solubilization,which coold improve soil fertility and realize the yield improvement and quality optimization of pakchoi.
牛粪是地球上廉价易得的生物资源,目前在农业、医药和工业等不同领域均有应用[1]。牛粪中含有大量的植物纤维,透气性好,可以改善土壤板结情况,所以经常被农民用作有机肥料[2]。但是牛粪有机肥只能满足稳定且较低的农业生产水平需要,为了满足人们对粮食及果蔬的高产量、高品质需求,还需配合化肥施用。然而,过量地、不科学地使用化肥会造成土壤板结、酸化、有机质积累下降等不良后果[3]。微生物肥料可以促进土壤养分循环和作物对养分的吸收利用[4],提高化肥利用效率。但是在微生物肥料生产中,存在着菌种单一、应用效果缺乏稳定性的问题,传统的、甚至退化严重的促生菌仍在被使用[5],亟待筛选新的、功能多样的高效菌种,以促进微生物肥料行业的发展。
植物促生菌(Plant Growth-Promoting Bacteria, PGPB)是一种有益细菌,常常存在于根际土壤、植物组织、茎叶表面或植物内部[6],具有分泌植物激素、解钾、溶磷、固氮等促生特性,并且能够促进植物对矿质养分的吸收利用[7]。研究表明,牛粪中含有多种细菌,如不动杆菌属(Acinetobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)、沙雷菌属(Serratia[8]。Swain 等[2]从牛粪中分离出耐热的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌株,兼具产吲哚乙酸(IAA)和溶磷能力;Bhatt 等[8]从牛粪中筛选得到一株巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)CDK25,其通过产 IAA 和溶解锌促进植物生长发育。目前人们对于牛粪的微生物区系研究并不充分[9],从牛粪中筛选获得的植物促生菌多以芽孢杆菌属为主[10],菌株类型单一。具有促生潜力的新型菌株值得被探索,如 Zhang 等[11]从牛粪中分离到一株具有潜在产 IAA 能力的细杆菌(Microbacterium stercoris),但来源于牛粪菌群并且兼具多种促生功能的新型菌株报道较少,因此,从牛粪中筛选具有多功能促生效果的菌株对微生物肥料的研发与利用具有重要意义。
小白菜(Brassica chinensis L.)属十字花科一年生蔬菜作物[12],富含各种有机物质以及多种矿质元素,有增强机体免疫力,降低血脂含量,预防癌症等功效[13-14]。由于小白菜生长周期短,复种指数高,被广泛种植[15],其生长状况和品质对于农民的收益有重要影响。种植过程中往往会过度施用化肥,导致土壤肥力下降和小白菜品质降低等问题。因此,本研究从牛粪中筛选出一株具有产 IAA、解钾、溶无机磷能力的多功能促生菌,对其进行鉴定和盆栽促生试验,研究其对土壤养分、小白菜营养品质等指标的影响,明确该菌株在促进小白菜生长和改善营养品质方面的潜力,以期为微生物肥料提供优质菌种,提高蔬菜生产的质量和可持续性。
1 材料与方法
1.1 供试牛粪
试验所用牛粪样品取自河南农业大学动物科学学院,采集样品后去除表面杂质,装入无菌密封袋中,并将样品置于冰箱中4℃保存,并于48 h内完成分离培养。
1.2 培养基
LB 固体 / 液体培养基,液态解钾细菌培养基[16], PKO 培养基(无机磷细菌培养基)[17]、无机盐培养基以及血琼脂培养基。
1.3 多功能促生菌的筛选
1.3.1 菌株的分离纯化
称取 10.00 g 供试粪样加入到装有玻璃珠的 90 mL 无菌水中,30℃、150 r/min 振荡 20 min,充分混匀后将其静置 10 min,得到 0.1 g/mL 的菌悬液。采用稀释法对菌悬液进行稀释,用无菌水将其稀释成 10-2 至 10-8 的稀释度。分别吸取 10-6、10-7、10-8 g/ mL 稀释液,均匀涂布于 LB 固体培养基上,30℃恒温倒置培养 24 h,分离纯化出不同菌株,挑取不同类型单个菌落,将其编号后并于 4℃保存[18]
1.3.2 产 IAA 能力测定
(1)定性测定[19]:将分离纯化后的菌株接种于含有 L-色氨酸(100 mg/L) 的 LB 液体培养基,在恒温摇床中以 30℃、180 r/min 的条件培养 24 h,取 50 μL 菌悬液滴加至白色陶瓷板上,并加入 Salkowski 比色液(50 mL 35% HClO4+1 mL 0.5 mol/L FeCl3)50 μL,设置阳性对照(50 μL IAA 比色液)。室温条件下将白色陶瓷板置于避光静置,30 min 后观察混合液颜色变化情况,颜色变红者表示能够分泌 IAA,颜色的深浅反映其分泌 IAA 能力的强弱。
(2)定量测定[20]:首先筛选出能够分泌 IAA 的菌株,并依照相同的培养条件进行培养。将 10 mL 菌悬液以 10000 r/min 的转速离心 10 min,收集上清液。将等体积 Salkowski 试剂与上清液混合均匀,并在避光条件下静置 30 min,使用分光光度计测定溶液 OD530 值。比照 IAA 标准曲线计算单位体积上清液中 IAA 含量。
1.3.3 解钾、溶无机磷能力测定
将得到的菌株按照 1%(v/v) 的接种量,分别接种于装有 50 mL 解钾细菌液体培养基和 PKO 培养基的三角瓶中,振荡培养,培养条件:恒温 30℃,转速 180 r/min,时间 3 d。培养后各取 10 mL 培养液,以 10000 r/min 转速离心 15 min 后,分别取上清液,通过火焰分光光度法测定其中的钾含量[16],以及利用钼蓝比色法测定有效磷的含量[17]
1.4 多功能促生菌的鉴定
1.4.1 形态学鉴定
利用平板划线法将筛选的菌株接种到 LB 固体培养基上,30℃培养 1 d,观察菌落的形态特征、生长情况、表面光泽、色泽和透明度等[21],在光学显微镜下观察菌体的特征。将菌株通过冷冻干燥法制成电镜样品,进行电镜(日立 S-3400N)扫描观察。
1.4.2 生理生化指标鉴定
参照《常见细菌系统鉴定手册》[21],测定菌株的生理生化特征并记录结果。
1.4.3 16S rDNA 分子学鉴定
将菌株在 LB 液体培养基中培养至对数生长期后,使用 SDS-CTAB 法提取其总 DNA[22],进行 PCR 扩增,其引物为 27f(5′-AGAGTTTGATCCT GGCTCAG-3′) 和 1492r(5′-GGTTACCTTGTTAC GACTT-3′)。在上海英俊生物工程有限公司对其 PCR 产物进行测序,将测序所获基因序列与 GenBank 数据库中的已知序列进行 Blast 同源性分析,并在 MEGA 11 中以邻接法(Neighbor-Joining)构建系统发育树。
1.5 多功能菌株溶血试验
参照《微生物肥料生物安全通用技术准则》 (NY 1109—2017)[23]溶血试验的检测方法,将菌株活化培养 24 h 后,移液枪吸取 10 μL 菌液点种于血琼脂培养基上,在培养基上分别点接:阳性对照组、阴性对照组和待检测组。每个平板设置 3 个重复,置于 30℃恒温培养箱中培养 48 h,观察菌落周围有无溶血环产生。分别以金黄色葡萄球菌和沃尔夫节杆菌为阳性和阴性对照菌株。
1.6 盆栽试验
设置 2 个处理:不接菌对照处理(CK);土壤中接种 J9 菌。
小白菜种子处理:将小白菜种子(‘绿如意’鸡毛青梗菜)进行表面消毒(10% 双氧水,浸泡 30 min),并用无菌水冲洗多次。从自然环境中采集 0~20 cm 深度的新鲜土壤,通过 5 mm 筛网过筛,将过筛的土壤置于直径 21 cm、高 12 cm 的塑料盆中,每盆放入 1.5 kg 土壤,并播种 6 粒经过消毒处理的小白菜种子。在 LB 液体培养基中,摇床(30℃,180 r/ min)培养 J9 菌株,直至其进入对数生长期。随后, 10000 r/min 离心 10 min,再利用无菌水重悬至密度为 1011 CFU/mL,作为待接种菌液。以 108 CFU/g 的接种量,将制备好的菌液接种到试验土壤中,CK 组盆栽土壤接种等量灭菌处理的菌悬液,每个处理重复 3 次。保持土壤含水量至田间持水量的 60%[24]。定期无菌水灌溉,并保证培养条件一致,等待幼苗长至约 2 cm 高时进行剔苗,每盆保留 3 株长势相近的幼苗,在室温条件下培养 30 d 后进行采样。当天采样后,使用钢尺和天平测定小白菜株高、叶长、叶宽、鲜重、叶片个数以及开展度。使用根系扫描仪 (LA1600+ scanner,Canada)对小白菜根系进行扫描,用根系分析软件(WinRHIZOTM 2003b,加拿大)分析根系指标,测得根系构型参数:总根长(RL)、根表面积(RSA)、根体积(RV)、根平均直径(RD)、根尖数(RT)、根分枝数(RF)。根据根系直径(RD, mm)将 RL、RSA 和 RV 分为不同的区间等级:I 级 (RD 0.0~0.5 mm)、II 级(RD 0.5~1.0 mm)、III 级 (RD 1.0~1.5 mm)、IV 级(RD >1.5 mm)[25]
采用重铬酸钾油浴加热法[26]测定土壤中有机质,火焰光度法测定速效钾含量,钼锑抗比色法测定有效磷含量[27],通过 pH 计测定土壤 pH,凯氏定氮法[28]测定土壤全氮含量,氯仿熏蒸法[29]测定土壤微生物量碳,通过气相色谱仪测定土壤呼吸。
小白菜营养品质测定:可溶性糖含量通过蒽酮比色法[30]测定,维生素 C 含量通过 2,6-二氯靛酚法[31]测定,叶绿素含量通过酒精浸提法[32]测定,硝酸盐含量通过李合生[33]的方法测定。
1供试土壤基本性质
1.7 数据统计与分析
采用 SPSS 26.0 进行相关数据的统计和分析,通过 Origin 6.0 和 Metabo Analyst 作图,单因素方差分析采用 LSD 法检验处理间的差异显著性(P<0.05), 相关性采用 Pearson 相关性分析方法。
2 结果与分析
2.1 多功能促生菌的筛选
从牛粪样品中共分离出 17 株菌株,分别编号为 J1~10、N1~7,根据各项促生试验结果,从中筛选得到一株产 IAA、解钾、溶无机磷能力较优的菌株,编号为 J9,其产 IAA 能力达到 36.87 mg/L、解钾能力达到 35.47 mg/L、溶无机磷能力达到 286.11 mg/L。
2.2 多功能促生菌 J9 形态、生理生化及 16S rDNA 鉴定
通过平板划线对 J9 进行形态的观察,发现 J9 形成的菌落呈暗黄色,平整,不透明,边缘较为光滑,表面湿润光滑,黏稠状,革兰氏阳性,光学显微镜观察发现菌体呈球状,菌体大小为 0.58~0.69 μm(图1)。除 V-P 试验、明胶液化和柠檬酸盐利用为阴性外,其他生理生化指标皆为阳性(表2)。
1J9 菌株形态的菌落图、革兰氏染色图及电镜图
2J9 菌株的生理生化特性
注:+ 表示阳性反应;-表示阴性反应。
将 J9 菌株的 16S rDNA 序列与 GenBank 数据库 Blast 进行同源性比较,发现菌株 J9 与 Mammaliicoccus sciuri DSM 20345(NR 025520.1)同源性达 99%,在此基础上采用 MEGA 11 构建系统发育树( 图2)。结合菌株形态及其生理生化特征,将 J9 鉴定为松鼠葡萄球菌(Mammaliicoccus sciuri)。
2J9 菌株 16S rDNA 序列的系统发育树
2.3 多功能促生菌 J9 溶血试验结果
图3所示,在血琼脂平板中,阳性对照金黄色葡萄球菌菌落周围出现了明显的溶血环,J9 菌落周围未见溶血环产生,说明 J9 菌株不具有溶血能力,可用于后期微生物肥料的应用。
3J9 菌株的溶血试验结果
注:A 为沃尔夫节杆菌(阴性对照),B 为 J9 菌,C 为金黄色葡萄球菌 (阳性对照)。
2.4 多功能促生菌 J9 对小白菜盆栽土壤性质的影响
图4所示,与对照处理相比,接菌 30 d 后,土壤微生物量碳增加了 4.67%,土壤呼吸显著提高了 31.76%,土壤有机质、碱解氮和有效磷分别提高了 0.28%、13.61%、12.86%,土壤速效钾含量及 pH 两个处理之间无显著性差异。
2.5 多功能促生菌 J9 对小白菜农艺性状及根系生长的影响
2.5.1 多功能促生菌 J9 对小白菜农艺指标的影响
表3图5可知,与对照处理相比,接菌处理使小白菜农艺指标中的株高、叶长、叶宽、开展度、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重分别显著提高了 13.30%、17.24%、15.00%、36.69%、42.08%、56.52%、48.21%、 33.33%。
4接种 J9 菌株后对土壤理化性质的影响
注:* 表示两组间差异显著(P<0.05)。下同。
2.5.2 多功能促生菌 J9 对小白菜根系的影响
与对照处理相比,J9 显著增加了小白菜的 RL、 RSA、RV,分别增加了 14.13%、15.58%、21.98%。此外,J9 还显著提高了Ⅳ级径级(RD>1.5 mm)区间的 RV(40.78%)。因此,施加 J9 明显促进了根系的生长(表4)。
2.6 多功能促生菌 J9 对小白菜品质的影响
图6所示,经 J9 处理后,小白菜叶片中的硝酸盐含量显著降低了 36.51%,维生素 C 和可溶性糖含量分别显著提高了 35.00%、63.90%。叶片中的类胡萝卜素、叶绿素 b、SPAD 值、叶绿素 a 含量分别提高了 11.59%、11.27%、8.06%、 8.00%。
3接种 J9 菌株对小白菜农艺指标的影响
注:* 表示两组间差异显著(P<0.05)。下同。
5接种 J9 对小白菜农艺指标的影响
2.7 小白菜及土壤中各指标之间的主成分分析、随机森林分析、热图分析以及相关矩阵
对小白菜和土壤各指标进行主成分分析(图7A),PC1 和 PC2 对其解释率分别为 64% 和 20.4%;对照和 J9 处理之间存在显著分离(图7B)。 PC1 和 PC2 同时显著影响了 SPAD 值、速效钾、有效磷、土壤呼吸、地上部鲜重、地下部鲜重、地下部干重、根表面积、根长、根分枝数、根平均直径、根尖数、根体积、根表面积Ⅰ级、根表面积Ⅱ 级、根表面积Ⅲ级、根表面积Ⅴ级、根长Ⅰ级、根长Ⅱ级、根长Ⅲ级、根长Ⅴ级、根体积Ⅰ级、根体积Ⅱ级、根体积Ⅳ级(图7C)。
4接种菌株 J9 对小白菜幼苗根系结构和根系分级的影响
6J9 对小白菜品质的影响
随机森林图结果(图7D)表明,按照平均下降精度值进行排序,有关地下部指标的主要变量由大到小依次为地下部鲜重、根表面积、地下部干重、根体积Ⅴ级、根体积、根表面积Ⅴ级、根长、根体积 I 级、根长Ⅰ级、根表面积Ⅱ级、根表面积 Ⅲ级、根长Ⅱ级;对于地上部指标,由大到小依次为 SPAD 值、地上部鲜重。
7J9 处理下小白菜盆栽土壤及小白菜各指标变化的主成分分析和随机森林图
注:A、B、C 为主成分分析,D 为随机森林图。
相关性分析结果(图8A)表明,土壤呼吸与地下部鲜重、根体积、根表面积、根长呈显著正相关。 SPAD 与地下部鲜重、地下部干重、地上部鲜重、根表面积 V 级、根体积 V 级显著相关。热图横向聚类样品,纵向聚类小白菜和土壤指标,热图颜色由冷色到暖色,代表数值由低到高。其中横向聚类分析结果显示,J9 处理聚为第一类,其各指标颜色整体偏暖; CK 处理聚为第二类,各指标颜色整体偏冷。纵向聚类结果表明 30 个相关指标被分为 2 类,根表面积、根长、根体积、土壤呼吸、根表面积 V 级、根长 V 级、根体积Ⅴ级、根平均直径、土壤速效钾、地下部干重、地上部鲜重、SPAD 值、地上部干重、株高、地下部鲜重聚为第一类,其他指标聚为一类,结合横向聚类结果可知,CK 和 J9 处理之间小白菜和土壤指标差异明显,J9 处理显著影响了根表面积、根长、根体积、土壤呼吸等第一类指标(图8B)。
8小白菜与土壤指标之间的相关性分析和热图
注:A 为相关性分析,B 为热图。
3 讨论
本研究从牛粪中筛选出一株多功能促生菌 J9,鉴定为松鼠葡萄球菌(Mammaliicoccus sciuri)。松鼠葡萄球菌这类细菌较少被探索,Naqqash 等[34] 在 2022 年首次报道了分离自羊奶的松鼠葡萄球菌具有益生菌潜力。目前大部分多功能促生菌是从植物根际中筛选得到,例如常泸尹等[35]从玉米根际中得到的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)YM3,具有分泌 IAA、溶有机磷和解钾的能力;伍巧慧等[36]从哈密瓜(Cucumis melo L.)根际中筛选出耐高温的烟曲霉(Aspergillus fumigatus)F9 菌株,具有解磷、分泌生长素等特性。与之相比,本研究从牛粪中筛选出的松鼠葡萄球菌,菌种类型较为新颖,为多功能促生菌的筛选提供了新的来源途径,同时丰富了促生菌的菌种资源。
植物生长状况与良好的根系特征关系密切,根系生长与土壤中 IAA、钾、磷元素紧密联系。IAA 能诱导长根的产生,增加侧根数量[37],Tian 等[38] 研究发现,侧根寿命、第一侧根根毛寿命和根毛长度与钾积累显著相关,Niu 等[39]研究表明,磷含量与主根的伸长直接相关。土壤养分的提高有助于植物形成健康的根系结构,本研究筛选得到的松鼠葡萄球菌 J9 同时兼具产 IAA、解钾、溶无机磷能力,接菌后使小白菜的 RL、RSA、RV 分别显著增加了 14.13%、15.58%、21.98%,其中 J9 还显著提高了Ⅳ 级径级区间的 RV(40.78%)。根系发育情况良好有助于植株吸收土壤中的养分,促进地上部分生长。
蔬菜中的硝酸盐含量过多会对人体产生毒害作用,是决定蔬菜品质的关键因素[40]。有关研究表明,钾作为伴随离子能促进茎叶硝酸盐的还原转化,减少硝酸盐的含量[41];黄立华等[42]研究指出,不施加氮肥时,随着磷肥用量的增加,大白菜中硝酸盐含量大幅度下降。试验中经 J9 处理后,小白菜中硝酸盐含量显著降低了 36.51%,这可能是由于 J9 增加了土壤中磷、钾含量,磷吸收量增加可以刺激糖类的转化和有机酸的合成,这些有机酸可作为氨的受体促进植物的氮代谢进程[43]; 钾能增加硝酸还原酶的活性,从而改善氨同化[44],故减少了小白菜中硝酸盐的积累。J9 处理后,小白菜中维生素 C 含量显著提高了 35.00%、可溶性糖含量显著提高了 63.90%,其中维生素 C 作为抗氧化剂可以增加植物对逆境的抵御能力[45]。结合盆栽试验中接菌组小白菜硝酸盐含量显著降低、维生素 C 和可溶性糖含量显著提高的结果,说明松鼠葡萄球菌 J9 在一定程度上有效提高了小白菜的营养品质。
近年来,生物有机肥的研究取得了不少进展, Chen 等[46]以猪粪、玉米秸秆为原料,添加从草莓 (Fragaria ananassa Duchesne.)根际分离的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)研制生物有机肥,在防治草莓枯萎病方面有显著效果;Zhang 等[47]发现,从西瓜(Citrullus lanatus) 根际分离的 XG-1 加入牛粪堆肥和菜籽粕中,经发酵制备的生物有机肥在西瓜生产中具有潜在的应用价值。而来自牛粪微生物群的菌株,相较于从根际分离的植物根际促生菌(PGPR)更具耐高温、紫外线辐射和氧化剂的潜力[48]。多功能促生菌 J9 直接从牛粪中筛选得到,将其加入牛粪堆肥中制备生物有机肥,牛粪来源广泛,有机肥生产成本低,同时有机质提供了功能菌生存的理想环境,适配程度会更高,因此进入土壤后更容易存活,所得到的生物有机肥也会发挥更大的效果,在小白菜生产中具有广阔的应用前景。在人们对环境问题和食品营养品质关注度不断增加的背景下,能够提升农产品品质的多功能菌株在市场上将具有更高的竞争力。
本试验从牛粪中筛选得到一株多功能促生菌 J9,在小白菜盆栽试验中,J9 对盆栽的土壤及小白菜的生长和品质有显著的影响。盆栽土壤呼吸数据表明 J9 在土壤中存活情况较好,但其与有机肥配施效果和在大田环境中的实际应用效果有待进一步探索。
4 结论
本试验从牛粪中筛选获得一株具有产 IAA、解钾、溶无机磷能力的松鼠葡萄球菌 J9,并通过小白菜盆栽试验对其进行促生效果的验证,接种 J9 使小白菜盆栽土壤中的土壤呼吸、微生物量碳、碱解氮显著提高,根长、根表面积、根体积显著提高。良好的根系发育促进了小白菜的生长,叶宽、株高、开展度、地上 / 地下部鲜重、地上 / 地下部干重均显著提高。同时,接种 J9 可明显改善小白菜的品质,小白菜中硝酸盐含量显著降低,维生素 C 和可溶性糖含量显著提高。本研究表明,接种 J9 能够提高土壤肥力,促进小白菜生长发育,并改善小白菜的营养品质。
1J9 菌株形态的菌落图、革兰氏染色图及电镜图
2J9 菌株 16S rDNA 序列的系统发育树
3J9 菌株的溶血试验结果
4接种 J9 菌株后对土壤理化性质的影响
5接种 J9 对小白菜农艺指标的影响
6J9 对小白菜品质的影响
7J9 处理下小白菜盆栽土壤及小白菜各指标变化的主成分分析和随机森林图
8小白菜与土壤指标之间的相关性分析和热图
1供试土壤基本性质
2J9 菌株的生理生化特性
3接种 J9 菌株对小白菜农艺指标的影响
4接种菌株 J9 对小白菜幼苗根系结构和根系分级的影响
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