根瘤菌接種方式對復(fù)播大豆生長及結(jié)瘤的影響

徐 玥，李 玲，胥雅馨，黃興軍，吳全忠，陳國棟，翟云龍

(塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】大豆籽粒蛋白質(zhì)含量高達(dá)40%[1]。大豆能與根瘤菌共生固氮，滿足自身生物固氮條件，且有較高的固氮效率[2]。根瘤菌-豆科植物共生體系在生物固氮中具有較強(qiáng)的固氮能力，該體系固定的氮素約占生物固氮總量的60%以上[3,4]，豆科作物所需氮素營養(yǎng)的50%～90%是由根瘤菌所提供[5]。阿根廷大豆根瘤菌劑的接種面積在90%以上[6,7]。巴西根瘤菌劑的使用率達(dá)到100%，年產(chǎn)量能占到全球的28%以上[8]。我國大豆根瘤菌的接種面積尚不高[3,9]。通過接種優(yōu)良根瘤菌使其充分發(fā)揮固氮能力，能夠?yàn)榇蠖股L提供更多氮素營養(yǎng)，減少化學(xué)氮肥施用，提高大豆產(chǎn)量與品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效。根瘤菌與宿主形成根瘤是兩者相互作用的一系列復(fù)雜過程，由根瘤菌與宿主植物的遺傳因素及生態(tài)因素兩方面決定。接種根瘤菌的方式影響根瘤菌在土壤中的定植、侵染及結(jié)瘤效率，一直是根瘤菌應(yīng)用過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[10]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】采用不同根瘤菌菌劑類型以不同的方式對大豆接種，對大豆地上植株干重、全氮量和產(chǎn)量均產(chǎn)生顯著的影響[11-13]。目前，生產(chǎn)應(yīng)用中根瘤菌接種方式以菌肥接種、土壤噴施、直接拌種和幼苗接種等[14]為主。以草炭為載體拌種能有效提高植株生物量積累[15]；噴施接種能夠顯著提高根瘤數(shù)和根瘤干重[16]；液體菌劑直接拌種，可顯著提高固氮酶活性、植株結(jié)瘤數(shù)和產(chǎn)量[17]。在不同的地區(qū)和生產(chǎn)模式下選擇不同的接種方式才能獲得穩(wěn)定效果[18]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】新疆南疆地區(qū)、伊犁河谷和中天山地區(qū)濕度、熱量資源明顯增加[19-20]，無霜期呈延長趨勢，麥后復(fù)種大豆呈擴(kuò)大趨勢[21]，在新疆南疆地區(qū)關(guān)于復(fù)播大豆研究較少，多集中于伊犁河谷地區(qū)，新疆復(fù)播大豆研究多集中于伊犁河谷地區(qū)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在新疆南疆傳統(tǒng)麥后復(fù)播大豆區(qū)，以新大豆8號為研究對象，分析不同根瘤菌接種方式對復(fù)播大豆生長及結(jié)瘤的影響，為新疆南疆復(fù)播大豆生產(chǎn)中根瘤菌劑的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019年6～10月在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站(40°32'20″N，81°17'57″E)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)位于塔里木盆地北緣，屬暖溫帶大陸性干旱荒漠區(qū)，海拔1 015 m，無霜期220 d。試驗(yàn)地前茬作物為冬小麥。土壤質(zhì)地為壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為7.42 g/kg、速效磷17.3 mg/kg、速效鉀108 mg/kg、堿解氮29.6 mg/kg、pH 7.8。

供試品種為新大豆8號。供試根瘤菌：NW5-3、SN7-2、SMH12，分離自阿拉爾墾區(qū)鹽堿地土著根瘤菌，由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大豆種植采用兩因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，因素1為接種方式，因素2為接種根瘤菌。小區(qū)長6.7 m，寬5 m。試驗(yàn)共12個處理：3個菌株×4種接種方式(含對照)，3次重復(fù)。試驗(yàn)采用3種接種方式分別為種肥、滴施、拌種。菌肥：根瘤菌由草炭吸附，制成固體顆粒(種肥)，人工點(diǎn)種前作種肥施于種子下方，當(dāng)天施肥當(dāng)天播種，對照為施入等量草炭。滴施：于大豆一節(jié)期(V1)，將根瘤菌劑加水?dāng)嚢杈鶆颍S水滴施入大豆根系處，對照為滴施等量清水。拌種：根瘤菌由草炭吸附，加水?dāng)嚢杈鶆?，加入粘附劑，制成拌種劑，對供試材料拌種，對照為清水拌種，拌種后平攤于陰涼通風(fēng)處至干燥，當(dāng)天播種完畢。大豆種植采用40 cm等行距條播，留苗2.5×105株/hm2。于2019年6月20日人工點(diǎn)播，10月5日收獲。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 大豆結(jié)瘤

成熟期調(diào)查大豆的結(jié)瘤情況，每個處理隨機(jī)選取6株具有代表性的植株，采用傳統(tǒng)挖掘法將大豆根部完整取出，從大豆子葉節(jié)處剪斷，把根部放入尼龍網(wǎng)袋中浸泡30 min，再用清水緩慢沖洗，洗凈后把水控干，吸去水分，將每株根部所有根瘤取下，記錄根瘤數(shù)目，將其單株所有根瘤在電子天平上稱重，記錄下根瘤鮮重后，將根瘤放入盛有一定量水的量筒內(nèi)，利用排水法測量其體積；將稱完鮮重的根瘤在105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重，測量根瘤干重。

1.2.2.2 大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

成熟期實(shí)收計(jì)產(chǎn)，每個處理隨機(jī)選取長勢均勻一致的10株具有代表性的植株進(jìn)行室內(nèi)考種，測定大豆的株高、莖粗、主莖總節(jié)數(shù)、主莖結(jié)莢數(shù)、單株粒數(shù)等，大豆籽粒在65℃烘箱下烘干至恒重，測定單株粒重、百粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，DPS 7.05對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析，顯著性水平為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 根瘤菌接種方式對復(fù)播大豆結(jié)瘤的影響

研究表明，接種根瘤菌均能增加復(fù)播大豆單株結(jié)瘤個數(shù)、單株根瘤鮮重、單株根瘤體積以及單株根瘤干重，不同根瘤菌、不同接種方式間存在一定的差異。

種肥接種方式下，大豆所結(jié)根瘤數(shù)、根瘤鮮重、根瘤體積以及根瘤干重等指標(biāo)均顯著高于對照，且均以根瘤菌SN7-2增加效果最好，分別高出對照3.6、0.98、9.79和8.13倍。3種根瘤菌劑接種后，結(jié)瘤效果表現(xiàn)為SN7-2>SMH12>NW5-3，根瘤菌做種肥處理?xiàng)l件下，根瘤菌SN7-2接種復(fù)播大豆能夠有效促進(jìn)根系結(jié)瘤，提高根瘤共生固氮效率。

滴施接種方式下，大豆所結(jié)根瘤數(shù)、根瘤鮮重、根瘤體積以及根瘤干重等指標(biāo)均顯著高于清水滴施，且均以根瘤菌SMH12增加效果最突出，單株瘤數(shù)高達(dá)43.79個/株，根瘤鮮重、根瘤體積及根瘤干重分別高出清水對照11.36、12.46和13.33倍。根瘤菌NW5-3與SN7-2處理各項(xiàng)指標(biāo)間均表現(xiàn)出極顯著差異水平，且以根瘤菌SN7-2結(jié)瘤效果較好。適宜隨水滴施方式接種的根瘤菌最優(yōu)排序?yàn)镾MH12>SN7-2>NW5-3。

拌種方式下，接種根瘤菌SN7-2植株根瘤數(shù)最多，達(dá)到58.83個/株，與清水拌種處理差異達(dá)極顯著水平，與根瘤菌NW5-3、SMH12拌種差異達(dá)顯著水平。根瘤菌NW5-3、SN7-2、SMH12拌種與清水對照差異均達(dá)極顯著水平，且根瘤菌SN7-2鮮重最高，達(dá)到2.61 g/株。根瘤菌NW5-3拌種大豆根瘤體積最大，根瘤菌NW5-3、SN7-2、SMH12拌種根瘤體積與清水對照差異均達(dá)極顯著水平。單就根瘤干重分析，根瘤菌NW5-3、SN7-2、SMH12拌種與清水對照差異均達(dá)極顯著水平，且根瘤菌NW5-3、SN7-2拌種大豆根瘤干重最大，均為0.63 g/株，根瘤菌SMH12拌種大豆根瘤干重為0.54 g/株，極顯著高于清水對照。拌種處理?xiàng)l件下，SN7-2匹配效果最好。

無論是根瘤菌接種方式的不同還是根瘤菌菌株類別的差異，與對照相比，均能促進(jìn)復(fù)播大豆根系結(jié)瘤；根瘤菌SN7-2促進(jìn)結(jié)瘤效果最好，根瘤數(shù)、根瘤體積、根瘤鮮重、干重均最高，其次是SMH12，NW5-3效果略差；拌種效果最好，其次是種肥，滴施效果略差。表1

表1 根瘤菌接種方式下復(fù)播大豆結(jié)瘤變化Table 1 Effect of different inoculation methods on nodulation of resown soybean

2.2 接種方式對大豆植株性狀的影響

研究表明，不同根瘤菌、不同接種方式對株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)均有一定影響。

大豆植株株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)與對照相比均未達(dá)顯著差異，根瘤菌SN7-2、NW5-3與CK相比，均能夠促使大豆株高增加、主莖節(jié)數(shù)減少，根瘤菌SN7-2、SMH12使莖粗增加，SMH12根瘤菌處理主莖節(jié)數(shù)有所增加。SN7-2、SMH12根瘤菌做種肥大豆單株結(jié)莢數(shù)極顯著高于NW5-3處理和CK，較CK分別增加21.87%，26.75%。由此可見，在菌肥接種方式下，接種根瘤菌SN7-2、SMH12均對植株性狀有促進(jìn)作用。

株高極顯著降低，滴施根瘤菌NW5-3、SN7-2、SMH12大豆株高分別比CK降低14.3%、13.29%和19.23%；單株結(jié)莢數(shù)極顯著增加，滴施根瘤菌NW5-3、SN7-2、SMH12分別比CK增加86.52%、56.18%和20.22%。莖粗、主莖節(jié)數(shù)與CK相比差異不顯著，隨水滴施根瘤菌SN7-2大豆莖粗、主莖節(jié)數(shù)均有所降低。在滴施方式下接種NW5-3根瘤菌對大豆植株性狀影響效果較好。

對株高影響不同，NW5-3根瘤菌最高、SMH12根瘤菌次之，SN7-2根瘤菌略低；對莖粗影響效果不一，相較于CK，接種根瘤菌NW-3使大豆莖粗增加5.1%，而接種SN7-2、SMH12分別使莖粗減小6.77%和10.17%。根瘤菌NW5-3、SN7-2、SMH12拌種均能使大豆主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)顯著增加，主莖節(jié)數(shù)增幅13.33%～16.85%，單株莢數(shù)增幅17.23%～45.12%。在拌種條件下接種NW5-3根瘤菌促進(jìn)植株性狀效果更為顯著。

接種根瘤菌NW5-3株高最高，莖粗最大，接種根瘤菌SN7-2、SMH12相比CK株高和莖粗均有明顯降低，接種根瘤菌主莖節(jié)數(shù)相比CK均有增加，增加程度表現(xiàn)為NW5-3>SMH12>SN7-2>CK，單株莢數(shù)相比對照有所增多，增幅效果表現(xiàn)為SN7-2>NW5-3>SMH12>CK。同一根瘤菌接種條件下，根瘤菌做種肥株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)及單株莢數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)均低于滴施和拌種，且株高、主莖節(jié)數(shù)和單株莢數(shù)以拌種表現(xiàn)最佳，莖粗以滴施處理表現(xiàn)最好。3種接種方式接種根瘤菌均能促進(jìn)單株莢數(shù)的增多，尤以拌種方式接種最優(yōu)。表2

表2 根瘤菌接種方式下復(fù)播大豆植株性狀變化Table 2 Effect of different inoculation methods on plant characters of resown soybean

2.3 接種方式對大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

研究表明，不同根瘤菌、不同接種方式對復(fù)播大豆單位面積產(chǎn)量及單株粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著。

3種不同根瘤菌處理下復(fù)播大豆單株粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量與對照相比均顯著甚至極顯著增加。根瘤菌NW5-3除百粒重顯著高于對照外，單株粒數(shù)和產(chǎn)量均極顯著高于對照，分別增加4.58%、6.57%，但增幅程度遠(yuǎn)不如根瘤菌SN7-2、SMH12。使用根瘤菌SN7-2、SMH12接種后，復(fù)播大豆單株粒數(shù)、百粒重極顯著增加，單株粒數(shù)分別增加37.25%、36.60%，百粒重分別增加38.32%、38.07%，最終導(dǎo)致增產(chǎn)幅度較大，分別增產(chǎn)62.77%和52.55%。根瘤菌SN7-2、SMH12二者差異不明顯，均極顯著高于NW5-3處理和對照。在種肥接種方式下，根瘤菌SN7-2、SMH12增產(chǎn)效果最優(yōu)。

3種不同根瘤菌處理下復(fù)播大豆單株粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量對比清水對照均極顯著增加。根瘤菌SN7-2處理增加幅度最大，單株粒數(shù)和產(chǎn)量均極顯著高于其他處理，百粒重顯著高于SMH12處理，極顯著高于NW5-3和清水對照，單株粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量分別比清水對照增加49.73%、47.26%和71.70%。其次是SMH12處理，各項(xiàng)指標(biāo)分別比清水對照增加16.7%、40.06%和27.30%。在滴施接種方式下，根瘤菌增產(chǎn)效果依次為SN7-2>SMH12>NW5-3。

3種不同根瘤菌處理下復(fù)播大豆單株粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量相比清水拌種均極顯著增加。根瘤菌SN7-2、SMH12拌種復(fù)播大豆單株粒數(shù)和產(chǎn)量均極顯著高于NW5-3處理和清水對照，SMH12、NW5-3、SN7-2拌種處理百粒重差異不明顯，但與清水對照相比提高9.03%～13.95%。根瘤菌SN7-2、SMH12拌種復(fù)播大豆分別比清水對照增產(chǎn)66.15%、56.89%。表明在拌種條件下，接種根瘤菌SN7-2增產(chǎn)效果最佳，SMH12次之。

接種根瘤菌與清水對照相比均能促進(jìn)復(fù)播大豆單株粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量增加，根瘤菌SN7-2增加幅度較大，其次是根瘤菌SMH12，根瘤菌NW5-3增加幅度較低，尤其是單株粒數(shù)和單位面積產(chǎn)量增效不明顯。從接種方式看，根瘤菌拌種處理單株粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量增加幅度最高，其次是滴施和種肥處理，且滴施與種肥處理差異不明顯。表3

表3 根瘤菌接種方式下復(fù)播大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化Table 3 Effect of different inoculation methods on yield and its components of resown soybean

3 討 論

在共生固氮的匹配性研究過程中，大多數(shù)以生態(tài)適應(yīng)性或抗逆性為主要目的進(jìn)行篩選研究[22,23]，而往往忽略了不同菌劑與接種方式的選擇對大豆生長結(jié)瘤及產(chǎn)量的影響。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，同一接種方式在不同地區(qū)使用結(jié)合不同的根瘤菌劑所產(chǎn)生的接種效果并不相同[16,24]。為使根瘤菌與宿主植株更好的共生匹配，提高固氮效果，除了根瘤菌的選擇方面，更重要的是使用適宜的接種方式。

接種根瘤菌對植株的生長有促進(jìn)作用，不僅能增加植株高度，還能夠顯著提高植株根瘤數(shù)、鮮干重及大豆產(chǎn)量[25-27]。3種根瘤菌對復(fù)播大豆結(jié)瘤和生長均有促進(jìn)作用，不同菌劑接種效果存在差異。根瘤菌SN7-2促進(jìn)結(jié)瘤效果最好，根瘤數(shù)、根瘤體積、根瘤鮮重、根瘤干重均最高，雖然株高、莖粗略有降低，但主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量增加明顯，根瘤菌SMH12次之，根瘤菌NW5-3效果較差。復(fù)播條件下的新大豆8號與根瘤菌SN7-2匹配性最好，其次是根瘤菌SMH12。

接種方式是根瘤菌接種過程中的重要環(huán)節(jié)，很大程度上影響植株的接種效應(yīng)[28]。李濤等[24]在黃淮海地區(qū)利用3種不同方式接種根瘤菌，發(fā)現(xiàn)拌種是最適宜大豆根瘤菌接種的方式，能夠顯著提高大豆產(chǎn)量，Lanier等[29]研究認(rèn)為菌肥接種能夠有效提高作物產(chǎn)量，劉慶莉等[15]研究發(fā)現(xiàn)，根瘤菌以液體狀態(tài)與植株接種具有增產(chǎn)的效果。在試驗(yàn)中，從結(jié)瘤狀況分析，拌種效果最好，其次是做種肥，滴施效果略差。從植株性狀、產(chǎn)量性狀分析，拌種處理單株粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量增加幅度最高，其次是滴施和做種肥，滴施和做種肥二者差別不大。根瘤菌SN7-2拌種大豆產(chǎn)量高達(dá)3 575.23 kg/hm2，增產(chǎn)幅度高達(dá)66.15%，根瘤菌SMH12拌種大豆產(chǎn)量為3 376.03 kg/hm2，增產(chǎn)幅度高達(dá)56.89%；根瘤菌SN7-2滴施大豆產(chǎn)量高達(dá)3 210.03 kg/hm2，增產(chǎn)幅度高達(dá)71.70%，根瘤菌SMH12滴施大豆產(chǎn)量為2 380.03 kg/hm2，增產(chǎn)幅度僅為27.30%；根瘤菌SN7-2拌種、滴施接種效果均佳，根瘤菌SMH12不適合滴施接種。整體而言，在試驗(yàn)條件下，拌種和滴施接種根瘤菌效果較好，這與張紅俠等[16]在黃土高原地區(qū)對根瘤菌接種方式研究結(jié)果一致。由常世豪等[30]研究表明，株高與有效莢數(shù)呈顯著正相關(guān)。試驗(yàn)滴施條件下，株高極顯著降低，單株結(jié)莢數(shù)極顯著增加，可能由于供試品種不同以及根瘤菌受地域、土壤、氣候等自然因素影響。不同根瘤菌與接種方式匹配性不同，可能與根瘤菌菌株特異性有關(guān)。試驗(yàn)未考慮氮肥因素，在氮肥因素參與下試驗(yàn)結(jié)果尚不明確；不同接菌方式與大豆根系接觸的根瘤菌數(shù)量可能存在差異，隨水滴施處理給水量多少可能也會影響接種效果。

4 結(jié) 論

復(fù)播條件下，不同接種方式和根瘤菌株對新大豆8號生長和結(jié)瘤存在差異。在種肥、滴施和拌種3種接種方式中，根瘤菌SN7-2拌種效果最好，其次是滴施，根瘤菌SMH12拌種百粒重最高，3種根瘤菌均以菌肥方式接種效果略差，3種接種方式均是NW5-3接種效果最差。不同根瘤菌適宜不同接種方式，根瘤菌SN7-2和SMH12分別拌種接種新大豆8號是最適宜的組合。