一株耐鹽解磷菌的解磷能力及對(duì)玉米敏感期生長(zhǎng)的影響

李學(xué)平, 任加云, 鄒美玲, 榮 琨

(濱州學(xué)院 資源環(huán)境系, 山東 濱州 256600)

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一株耐鹽解磷菌的解磷能力及對(duì)玉米敏感期生長(zhǎng)的影響

李學(xué)平, 任加云, 鄒美玲, 榮 琨

(濱州學(xué)院 資源環(huán)境系, 山東 濱州 256600)

從黃河三角洲鹽堿化土壤中篩選了一株高效解磷真菌QL1501，經(jīng)鑒定為草酸青霉菌，菌株QL1501對(duì)無機(jī)磷的解磷能力遠(yuǎn)大于對(duì)有機(jī)磷的解磷，解無機(jī)磷最大濃度達(dá)85.21 mg/L。菌株QL1501的最適生長(zhǎng)pH值為8時(shí)菌體生長(zhǎng)極好。當(dāng)NaCl濃度為1%～5%時(shí)，菌株解磷能力變化不大，溶液中有效磷濃度為76.08～65.37 mg/L。當(dāng)溶液中NaCl濃度高于7%時(shí)，菌體生長(zhǎng)受到較大影響。接種解磷真菌QL1501處理的玉米株高、根干重和植株干重均顯著高于未接種的對(duì)照處理，說明該解磷菌作為解磷生物肥料具有良好的效果。

耐鹽解磷菌; 玉米; 無機(jī)磷

施用解磷微生物有機(jī)肥，不僅可以降低化肥磷的投入，還可以充分利用土壤中被鈍化的磷，無疑是改善植物磷素營(yíng)養(yǎng)最經(jīng)濟(jì)、有效途徑之一。解磷微生物可以提高土壤磷的利用，在代謝過程中產(chǎn)生各種酶類，如植酸酶、核酸酶、磷脂酶和有機(jī)酸類，并通過酸化、螯合和離子交換等過程[1-2]將土壤中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶性無機(jī)磷，或把不溶性無機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶性無機(jī)磷[3]，從而改善土壤磷素養(yǎng)分，促進(jìn)作物對(duì)N，K，Ca，Mg，F(xiàn)e，Zn等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，提高作物產(chǎn)量[4-8]。

不同種類的解磷微生物的解磷能力不同。郝晶等[9]研究不同解磷菌群對(duì)豌豆生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，使用解磷菌劑能大幅度提高豌豆產(chǎn)量，產(chǎn)量多少與接種的菌群關(guān)系為：真菌>細(xì)菌>混合菌，再一次確認(rèn)了真菌的解磷能力高于細(xì)菌。并且，菌株解磷能力強(qiáng)弱主要受菌株自身特性的影響，也與環(huán)境條件有關(guān)，如溫度和pH值[10-14]等都影響到解磷菌的解磷能力。黃河三角洲地區(qū)有大量的鹽堿化土壤，鹽堿化土壤作為一種特殊的鹽生環(huán)境，分布著各種耐鹽微生物[6]。但是目前關(guān)于鹽堿化土壤解磷菌的研究不足，本研究以從黃河三角洲鹽堿地篩選的一株解磷真菌草酸青霉菌為菌種研制的生物肥料為研究對(duì)象，通過盆栽試驗(yàn)研究不同環(huán)境因子對(duì)菌株解磷能力的影響，以及該解磷微生物菌劑對(duì)玉米苗期生長(zhǎng)的影響，以期為該菌劑的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤：土壤類型為鹽堿化潮土母質(zhì)土壤；土壤理化性狀為：有機(jī)質(zhì)1.62%、堿解氮80.5 mg/kg、速效磷(P)27.4 mg/kg、速效鉀(K)192 mg/kg；供試作物：玉米品種浚單29號(hào)(ZeamaysL.)；供試肥料：解磷微生物菌劑使用由草酸青霉菌QL1501經(jīng)擴(kuò)繁、濃縮后制成的液體菌劑，氮肥使用尿素，磷肥使用重過磷酸鈣。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)在山東省生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研溫室大棚內(nèi)，采用塑料花盆(直徑25 cm，高35 cm)，每盆裝土3 kg。盆栽試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為：CK(對(duì)照不施肥)、菌劑、NPK(氮磷鉀肥)、NPK+菌劑、NK+菌劑，每個(gè)處理重復(fù)4次，其中菌劑接種量為每盆50 ml菌懸浮液(108個(gè)/ml)。肥料在玉米播種后均勻的撒施于表面，再在上面覆土。玉米每盆播種5粒，生長(zhǎng)到50 d收獲地上部和地下部，測(cè)量株高，地上部和地下部烘干稱重。由于溫室大棚溫度較高，需在玉米生長(zhǎng)期間定期澆水，土壤濕度維持在田間持水量的狀態(tài)。

1.3 解磷能力測(cè)定

1.3.1 真菌解磷能力測(cè)定 將待測(cè)菌株接種于裝有150 ml含磷液體培養(yǎng)基中，溫度保持在30°C，150 r/min振蕩培養(yǎng)144 h后測(cè)定有效磷的含量，分析菌株對(duì)無機(jī)磷Ca3(PO4)2和有機(jī)磷(卵磷脂)的解磷能力大小。對(duì)照組接種相同量的滅活菌體，在相同條件下培養(yǎng)，無機(jī)磷、有機(jī)磷培養(yǎng)基和對(duì)照組處理分別重復(fù)4次。

無機(jī)磷培養(yǎng)基：酵母膏10.0 g，酪蛋白氨基酸7.5 g，檸檬酸三鈉3.0 g，MgSO47H2O 0.5 g，KCl 1.0 g，F(xiàn)eCl20.36 g，MnCl24H2O 0.06 g，NaCl 100 g，Ca3(PO4)25.0 g，其中NaCl配成溶液滅菌后加入。

有機(jī)磷培養(yǎng)基：以0.2 g卵磷脂代替Ca3(PO4)2，滅菌后再加無菌CaCO35.0 g，其他試劑同無機(jī)磷培養(yǎng)基。

1.3.2 環(huán)境因子對(duì)解磷能力的影響 研究酸堿性和鹽度對(duì)菌株溶解無機(jī)磷Ca3(PO4)2的影響，試驗(yàn)設(shè)置如下：

(1) 酸堿度影響試驗(yàn)：滅菌前用KOH或者HCl將培養(yǎng)基pH值調(diào)至7.0，8.0，9.0。

(2) 鹽度處理試驗(yàn)：向Ca3(PO4)2培養(yǎng)基中添加不同濃度的NaCl(0，1%，3%，5%，7%，10%)。

以上培養(yǎng)基菌培養(yǎng)144 h，測(cè)定上清液可溶性磷含量。

1.3.3 測(cè)定方法 取10 ml培養(yǎng)液，5 000 rpm離心15 min，消解上清后取5 ml液體定容至10 ml，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定過濾液有效磷濃度[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 解磷菌解磷能力的時(shí)間變化特征

從菌株QL1501對(duì)無機(jī)磷和有機(jī)磷的解磷效果可以得出，菌株QL1501對(duì)無機(jī)磷的解磷能力遠(yuǎn)大于有機(jī)磷(圖1)。培養(yǎng)到96 h后，菌株對(duì)無機(jī)磷的解磷能力顯著增強(qiáng)。但無論是無機(jī)磷還是有機(jī)磷的釋放均在解磷120 h時(shí)達(dá)最大值，之后趨于穩(wěn)定。其中菌株QL1501解無機(jī)磷最大達(dá)85.21 mg/L，在有機(jī)解磷試驗(yàn)中，菌株QL1501的最大解磷值為24.11 mg/L，菌體經(jīng)歷一系列的適應(yīng)和代謝合成酶作用于無機(jī)磷的效果優(yōu)于有機(jī)磷(卵磷脂)，可見該菌株解無機(jī)磷的能力較強(qiáng)。

圖1 解磷能力的時(shí)間變化特征

2.2 酸堿度對(duì)解磷能力的影響

如圖2所示，當(dāng)pH值為7時(shí)，溶液有效磷濃度為78.58 mg/L，菌體在此時(shí)長(zhǎng)勢(shì)良好；當(dāng)pH值為8時(shí)，菌體生長(zhǎng)極好，溶液有效磷濃度為85.74 mg/L；當(dāng)溶液pH上升到9時(shí)，溶液中的有效磷大大降低。可見，菌株QL1501的溶磷作用并非來自菌體代謝產(chǎn)生質(zhì)子的酸解作用，溶磷與培養(yǎng)介質(zhì)的酸堿度之間沒有必然關(guān)系。

圖2 酸堿度對(duì)菌株解磷能力的影響

2.3 鹽度對(duì)解磷能力的影響

Na+對(duì)菌株QL1501解磷的影響主要為滲透壓影響菌株的正常生長(zhǎng)和代謝過程，從而影響菌株的溶磷效果(圖3)。當(dāng)NaCl濃度為1%～5%時(shí)，菌株解磷能力變化不大，溶液中有效磷濃度為76.08～65.37 mg/L。當(dāng)溶液中NaCl濃度高于7%時(shí)，由于高滲透壓的影響菌體的解磷能力受到的影響越來越大，特別是當(dāng)NaCl濃度為10%時(shí)，菌體生長(zhǎng)受到極大影響，溶液中有效磷的含量?jī)H為29.22 mg/L。

2.4 解磷菌劑對(duì)玉米苗期生長(zhǎng)的影響

從研究結(jié)果來看，接種解磷真菌對(duì)玉米苗期的生長(zhǎng)影響較大(表1)。在不施磷的情況下，單獨(dú)接種解磷真菌就可以促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，被接種的玉米的株高顯著高于未接種的對(duì)照，另外根干重和植株干重也明顯增加。經(jīng)過NPK+菌劑處理的玉米的株高、根干重和植株干重均高于其他處理，比單獨(dú)施用NPK的玉米分別高21.9%，38.4%，12.1%，比單獨(dú)施用菌劑的玉米分別高54.0%，47.5%，30.9%。說明解磷菌作為解磷生物肥料具有良好的效果。

注：不同小寫字母表示差異顯著水平p<0.05。

圖3 鹽度對(duì)菌株解磷能力的影響

表1 解磷菌QL1501對(duì)玉米苗期株高和干重的影響

注：不同小寫字母表示差異顯著水平p<0.05。

就干重來說，CK和單獨(dú)施用菌劑的玉米差異不顯著。經(jīng)NPK+菌劑處理的玉米與施用菌劑的玉米和CK均存在顯著差異，同時(shí)也比施用NPK的玉米明顯高。說明該菌株能在植物根際大量繁殖，能顯著增加植物的產(chǎn)量，能非常好地發(fā)揮其解磷作用。

3 結(jié)論與討論

(1) 菌株QL1501對(duì)無機(jī)磷的解磷能力遠(yuǎn)大于對(duì)有機(jī)磷的解磷，解無機(jī)磷最大達(dá)85.21 mg/L，在有機(jī)解磷試驗(yàn)中，菌株QL1501的最大解磷值為24.11 mg/L。

(2) 菌株QL1501的最適生長(zhǎng)pH值為8，此時(shí)菌體生長(zhǎng)極好，溶液有效磷濃度為85.74 mg/L。當(dāng)NaCl濃度為1%～5%時(shí)，菌株解磷能力變化不大，溶液中有效磷濃度為76.08～65.37 mg/L。當(dāng)溶液中NaCl濃度高于7%時(shí)，菌體生長(zhǎng)受到極大影響。

(3) 接種解磷真菌QL1501的玉米的株高顯著高于未接種的對(duì)照處理，另外根干重和植株干重也明顯增加，說明在本研究中該解磷菌作為解磷生物肥料具有良好的效果。

由于解磷菌株耐鹽性普遍不高，在鹽堿地中的溶磷效果較差，因此，篩選新的適宜鹽堿地條件下生長(zhǎng)的耐鹽解磷菌至關(guān)重要。劉長(zhǎng)霞等[12]從濱海鹽堿土壤中篩選了一株解磷真菌，該菌株在10%NaCl條件下仍然保持較高的解無機(jī)磷的能力。此外，段秀梅等[14]從植物根際土壤分離了兩株解磷細(xì)菌，具有耐3%NaCl的耐鹽能力，進(jìn)行盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)菌株對(duì)玉米具有一定的促生作用。本研究所篩選的菌株屬于草酸青霉菌屬，在5%NaCl濃度條件下仍具有較好的解磷能力。關(guān)于該菌在大田中解磷效果及影響因素還需要進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步篩選適宜鹽堿地生長(zhǎng)的解磷微生物，促進(jìn)鹽堿地農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的理論價(jià)值。

[1] 蔡天明,管莉菠,崔中利,等.惡臭假單胞菌(Pseudom-onasputida)GM6的聚磷特性研究[J].土壤學(xué)報(bào),2006,43(1):117-123.

[2] 劉月娟,汪金舫.β-甘油磷酸鈉的加入對(duì)土壤有機(jī)磷組分和速效磷含量的影響[J].土壤,2007,39(3):469-473.

[3] 龔明波,范丙全,王洪媛.一株新的溶磷棘孢青霉菌Z32的分離、鑒定及其土壤定殖與溶磷特性[J].微生物學(xué)報(bào),2010,50(5):580-585.

[4] Gyaneshwar P, Kumar G N, Parekh L J, et al. Role of soil microorganisms in improving P nutrition of plants[J]. Plant & Soil,2002,245(1):83-93.

[5] Gulden R H, Vessey J K. Penicillium bilaii inoculation increases root-hair production in field pea[J]. Canadian Journanl of Plant Science,2000,80(4):801-804.

[6] 郜春花,王崗,董云中.解磷菌劑盆栽及大田施用效果[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,31(3):40-43.

[7] 李娟,王文麗,盧秉林.解磷微生物菌劑對(duì)油菜生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)土壤肥料,2010(3):66-69.

[8] Edwards K A, Mcculloch J, Kershaw G P, et al. Soil microbial and nutrient dynamics in a wet Arctic sedge meadow in late winter and early spring[J]. Soil Biology and Biochemistry,2006,38:2843-2851.

[9] 郝晶,洪堅(jiān)平,劉冰,等.不同解磷菌群對(duì)豌豆生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響的研究[J].作物雜志,2006(1):73-76.

[10] 李鳴曉,席北斗,魏自民.耐高溫解磷菌的篩選及解磷能力研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,2008,21(3):165-169.

[11] Malboobi M A, Owlia P, Behbahani M, et al. Solubilization of organic and inorganic phosphates by three highly efficient soil bacterial isolates[J]. World Journal of Microbiology & Biotechnology,2009,25(8):1471-1477.

[12] 劉長(zhǎng)霞,譚天偉,翟洪杰.鹽堿條件對(duì)真菌解磷能力的影響[J].微生物學(xué)通報(bào),2003,30(5):69-72.

[13] 張巍,馮玉杰,胡純國(guó),等.耐鹽堿解磷菌的分離鑒定及解磷能力研究[J].土壤通報(bào),2009,40(3):572-575.

[14] 段秀梅,高曉蓉,呂軍,等.兩株土壤分離菌的解磷能力及對(duì)玉米的促生作用[J].中國(guó)土壤與肥料,2010(2)：79-85.

[15] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2002.

Phosphate-Solubilizing Ability of a Saline-Alkali Fungus Strain and Effects on the Growth of Corn in Sensitive Period

LI Xueping, REN Jiayun, ZOU Meiling, RONG Kun

(DepartmentofResourcesandEnvironment,BinzhouUniversity,Binzhou,Shandong256600,China)

Fungi strain QL1501 was screened from the Yellow River Delta in the saline-alkali soil and was identified as penicillium oxalate. The strain QL1501 solubilized more inorganic phosphorus than organophosphorus. The maximum concentration of inorganic phosphorus was up to 85.21 mg/L. The optimum pH which was 8 was the best condition for strain QL1501. Phosphate-solubilizing ability of the strain changed little when NaCl concentration was between 1% and 5%, and the available phosphorus concentration ranged from 76.08 mg/L to 65.37 mg/L. The bacteria growth was affected when the concentration of NaCl was higher than 7%. Height, root dry weight and plant dry weight of the corn were significantly higher in inoculation of phosphate-solubilizing fungi QL1501 treatment than that of unvaccinated fungi treatment. The results suggested that as phosphate-solubilizing biological fertilizer, the phosphate-solubilizing bacterium was effective.

saline-alkali fungus strain; corn; inorganic phosphorus

2015-01-31

2015-03-21

山東省自然基金聯(lián)合專項(xiàng)項(xiàng)目(ZR2012CL05);山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015GNC111018);濱州學(xué)院科研基金項(xiàng)目(BZXYG1414)

李學(xué)平(1978—),女,山東臨沂人,副教授,博士,主要從事陸地環(huán)境微生物研究。E-mail:lixueping2008@163.com

S144; S513

1005-3409(2015)05-0276-03