活化钾长石中解钾菌的抗光亏缺效果研究初报.pdf

208中国土壤与肥料2023（7）收稿日期：2022-05-31；录用日期：2022-08-06基金项目：NSFC-广东联合基金（U1701236）；广东省重点领域研发计划（2019B020218009）。作者简介：乔凯（1996-），硕士，研究方向为解钾芽孢杆菌筛选应用及解钾活化因子研究。E-mail：。通讯作者：蔡燕飞，E-mail：。doi：10.11838/sfsc.1673-6257.22343活化钾长石中解钾菌的抗光亏缺效果研究初报乔凯，沈彦汐，廖宗文，吴瑶瑶，蔡燕飞*（华南农业大学资源环境学院，广东广州510640）摘要：为了研究解钾菌肥是否具有抗光亏缺的作用，模拟自然条件，在培养箱的弱光照（66%）条件下，用解钾菌参与活化的钾长石肥料与其他肥料在相同养分水平下进行玉米盆栽试验。结果表明，在弱光条件下，两种解钾菌处理都能够促进玉米生长。其中，以 T1（菌 Q22）的效果最明显，且差异显著。显示了微生物肥料具有抗光亏缺的独特优势，值得深入研究。这不仅可为高产栽培提供新的技术支撑，还可为微生物肥料开拓广阔的应用场景。关键词：解钾菌；光亏缺；玉米；培养箱微生物肥料有明显的增产作用1-2。已有研究显示，解钾菌参与活化的钾长石可以替代 50%氯化钾而作物产量不减反增，优于单一化学活化钾长石的效果3-4。除促进钾养分释放外，解钾菌分泌的有机碳营养也可能发挥了重要作用。研究表明，有机碳不仅有营养作用，还可对冲低温寡照的不利影响5。那么，解钾菌的增产效果是否也与此有关？这个问题在理论上和实践上都具有重要意义。它不仅有助于拓宽对微生物肥效机理的认识，还将拓宽对微生物肥应用场景的思考空间。为此，本文模拟自然条件，通过培养箱弱光照（66%）盆栽，以玉米生物量为指标对几种解钾菌肥与其他肥料进行比较试验，以探讨其抗光亏缺功能。1材料与方法1.1材料1.1.1解钾矿物材料钾长石（0.15mm 筛，K2O9.2%，河南义翔新材料公司）；活化剂 CM 为碱性。1.1.2盆栽试验材料供试作物：甜玉米（华美甜 9 号），广东华南农大种业有限公司提供。盆栽供试土壤：华南农业大学农场土，有机质23.1g/kg，碱解氮 109.7mg/kg，全氮 1.0g/kg，全磷 5.8g/kg，有效磷 15.7mg/kg，速效钾 57.7mg/kg，全钾 21.7g/kg，pH 值 5.4。供试肥料：尿素（N46.0%），氯化钾（K2O60.0%），过磷酸钙（P2O512.0%）。1.1.3培养基LB 液体培养基：蛋白胨 10.0g，酵母提取粉5.0g，NaCl10.0g，蒸馏水 1000mL，pH 值 7.07.2，121灭菌 20min。无菌液体解钾培养基：葡萄糖 5.0g，MgSO4 7H2O0.5g，CaCO30.1g，FeCl30.005g，Ca3(PO4)22.0g，钾 长 石 2.0g，蒸 馏 水 1000mL，pH 值 为7.0 7.5，澳麝香草酚蓝（BTB）100.0mg，121灭菌 20min。1.1.4化学活化钾长石制备称取钾长石，加入 3%活化剂 CM 与水研磨3min，于 200烘箱烘干制得。1.1.5生物化学联用活化钾的制备挑取甘油中保菌划线于 LB 固体培养基平板上，于 37培养12h。将平板上解钾菌接入含有 LB 液体培养基的试管中，37、180r/min，振荡器中培养 12h。将培养液转接至新鲜的 LB 液体培养基中，在 37，180r/min振荡器中培养至 OD600=0.4。按照培养基 1%接种量吸取菌液接种至含有 0.5g 化学活化后的钾长石的 50mL 解钾液体培养基，在30、180r/min 的摇床中培养 12h，备用。209中国土壤与肥料2023（7）1.2第一批光照玉米盆栽试验试验处理使用恒温光照培养箱，培养箱光照强度范围为 022000Lx，66%光照强度为 14520Lx。白天、黑夜时间皆为 12h，温度 25，采用 66%光照强度处理，对比不同处理在弱光照强度下玉米植株的生长，每盆土 1kg，每盆 3 株苗，每个处理 3 个重复，移栽时将菌株接到灭好菌的LB 液体培养基，培养至 OD600=1.0，加 25mL 入盆中，无菌处理只加入等量 25mLLB 培养基。每天浇水，24d 收样，拍照，测定鲜重、干重等数据。具体处理见表 1。各处理氮、磷化肥施用量一致。表 1第一批弱光照（66%光照 14520 Lx）试验处理编号处理CK1（无菌补培养基）0.46g 活化钾长石+0.1gKCl+尿素0.32g+过磷酸钙 0.62g+培养基 25mLT1CK1+Q22T2CK1+Q38注：Q22、Q38 均为已证实具有解钾功能的芽孢杆菌。下同。1.3第二批光照玉米盆栽试验恒温光照培养箱设定白天时间为 6h，黑夜时间为 18h，温度 25，采用 66%（14520Lx）光照。通过解钾菌处理与对照的玉米生长量的比较，分析其抗弱光效果。设 CK0 处理增加尿素施入量以平衡培养基中 N 素，CK1（CK0 加入基质）处理以排除培养基影响，增设 T3（酮酸）处理以比较解钾菌与已知有机碳的抗弱光效果。每盆装土 1kg，每盆 3 株苗，每个处理 3 个重复，进一步研究增产是否确实与解钾菌有关。第一批试验显示了解钾菌参与的活化钾处理比无菌的对照明显增产。在此基础上，还需要进一步排除与解钾菌有关的两个因素影响：一是菌液中有少量 N；二是培养基中有少量有机物。为此，再进行试验以便更准确地判断解钾菌的效果，详见表 2。CK0 补加了与菌液中同样的 N，排除了培养基中少量 N 的影响。CK1补加培养基而无菌，排除了培养基中少量有机物的影响。因此，解钾菌处理与 CK0、CK1 两对照的差异就可判断为微生物的作用。T3 为具有抗弱光效果的酮戊二酸6，用以与解钾菌（T1 和 T2）的抗弱光效果比较。表 2第二批弱光照（66%光照 14520 Lx）试验处理编号处理CK0（无菌补氮）0.46g 钾长石+0.1gKCl+尿素 0.42g+过磷酸钙 0.62gCK1（无菌补培养基）0.46g 钾长石+0.1gKCl+尿素 0.32g+过磷酸钙 0.62g+培养基 25mLT1CK1+Q22T2CK1+Q38T3CK1+酮酸 25mL注：酮酸浓度为 60mg/L。2结果与分析2.1第一批弱光照试验图 1a、b 数据表明，T1、T2 的地上和地下部分鲜重均显著高于 CK1，地上部分的干重也显著高于 CK1；图 1c、d 显示，T1、T2 的玉米长势显著优于 CK1。试验的结果表明在弱光条件下，两种解钾菌处理都能有效促进玉米生长。2.2第二批弱光照试验图 2a、b 显示地上部分的鲜重和干重。数据显示，T1、T2、T3 这 3 个处理都优于两个对照（CK0，CK1），其中 T1（菌 Q22）的干重和鲜重均居首位。而且与两个对照均有显著性差异，即 T1具有最强的抗弱光效果。T2 和 T3 虽然与对照没有显著性的差异，但生物量也有一定的增长，与 T1较为接近，差异不显著，也显示了这两个处理具有一定的抗弱光效果。地下部分的鲜重和干重数据显示 T3 均居首位（图 2c、d），而且干重和对照及另两个处理都有显著差异。这表明，T3 对地下部分的生长有明显的促进作用。另两个解钾菌处理和两个对照差异不显著。T1、T3 在弱光照情况下的优势表现各有不同。前者地上部分居首，后者地下部分居首。综上，T1、T2、T3 处理的地上部分干重和鲜重高于两个对照。这表明，两个解钾菌与有机碳（酮酸）都具有类似的抗弱光效果。其中以 T1（菌Q22）的效果最明显，且差异显著。各处理的地下干重和鲜重，仅 T3 处理居首位，干重显著高于其他各处理。其他各处理之间差异较小，不如地上部分明显。因此，测定地上部分生物量即可较灵敏地反映抗弱光效果。210中国土壤与肥料2023（7）图 1第一批弱光照盆栽生物量注：图 c、d 中处理 T1=T1A；T2=T1B。Q38 为筛选出的解钾芽孢杆菌，T2 为其处理。表中数据为平均值 标准误，n=3，数据后小写字母不同代表处理间差异显著（P0.05）。下同。图 2第二批弱光照盆栽生物量 211中国土壤与肥料2023（7）3讨论与结论3.1解钾菌的抗光亏缺效果及应用本试验显示，在光照强度仅为培养箱光照的66%（14520Lx）情况下，两个解钾菌处理均优于对照 CK0 和 CK1。酮戊二酸（T3）与两种解钾菌的增产效果相近，说明微生物肥料与有机碳营养具有类似的增产效果。显示了微生物肥料具有抗光亏缺的独特优势，这是一般化肥所不具备的，可为发掘微生物肥料新的增产潜力提供依据。我国南北方不同地域、不同季节的光照差别很大，存在程度不一的光亏缺。例如，冬春低温寡照，会造成作物死苗或僵苗。现有平衡施肥理论和技术，对光照因素鲜有涉及，也鲜有施肥抗光亏缺的研究。本试验显示了微生物肥料具有抗光亏缺的独特优势，可为微生物肥料开拓更广阔的应用场景。在冬春季或在山区和大棚等特定的时空条件下，作物生长均会因光照不足而受到不同程度的影响。施用微生物肥料有助于克服光亏缺而获得增产。对此深入研究，不仅为高产栽培提供新的技术支撑，还为微生物肥料开拓了广阔的发展空间。3.2解钾菌增产机理的初步分析本试验在光亏缺条件下的结果显示，两个解钾菌处理均明显增产。增产原因显然与解钾菌有关。两个解钾菌处理（T1、T2）与无菌对照（CK0、CK1）的营养差别甚小，但增产明显，达 40%左右。这直观地显示了解钾菌的抗光亏缺效果对增产的重要贡献。从生物化学反应角度看，作物生长的一系列生化反应过程，均为物质和能量的转化：无机物（CO2）转化为有机物，同时伴生光能转化的化学键能而储于有机物内。据此可知，作物增产不仅取决于营养物质，还取决于能量（光照）条件。能（光能）与质（营养）两者同等重要，都是影响作物生长的重要因素7。在自然界，光照是植物的唯一能量来源，但大田生产通常均存在不同程度的光亏缺。而在特定季节（阴雨，雾霾）和地形（山谷）条件下的重度光亏缺，是造成作物大幅度减产的重要因素。本试验模拟自然界光亏缺（光照减少 34%）的结果显示，一般施肥（CK0、CK1）受光亏缺影响而产量大幅度减少。而采用解钾菌的活化钾在第一批试验处理和第二批试验处理中均比对照大幅增产，各处理的增幅达 40%左右，显示了很强的抗光亏缺效果。解钾菌的抗光亏缺作用与其所分泌代谢物有关，其中某些有机碳营养可对冲光亏缺，减少对光能的依赖6，因而大幅增产。这是一般化肥无法比拟的独特优势。迄今对微生物增产作用研究的重点是营养物质，如矿质营养元素和各种生长素等8-10。而对于抗光亏缺的研究几近空白，值得进一步深入研究。3.3需进一步研究的问题（1）进一步探索光亏缺的施肥对策。作物生长同时受到物质（营养）和能量（光照）两因素影响。作物高产也取决于这两个因素9-10。迄今肥料研究和产品开发都是着眼于营养（物质）因素，而对能量（光照）因素的研究几为空白8。大田作物常年存在不同程度的光亏缺。国内外对光照的重要性在植物生理和农业生态方面都有详细研究8。然而，对于光亏缺导致减产的技术对策，尤其是施肥对策，却鲜有涉及。近年来，大棚作物的照明补光研究进步很快，但是施肥能否补充光照不足的研究鲜见报道。本试验显示微生物肥料具有抗光亏缺的效果，今后有可能发展为一个有效的施肥技术对策。陈华癸先生曾预言微生物肥料的作用不限于提高植物的营养元素供应，还包括一些未被认识或至今尚不十分明确的其他作用8。本文发现的抗光亏缺效果很可能就是这种未被认识的重要作用，进一步深入研究在理论上和实践上都有重要的意义。（2）菌种筛选优化。本文采用的两种解钾菌显示了较好的抗光亏缺效果。在此基础上，今后还需要进一步发掘、筛选新的优良菌种和新的培养基配方及工艺。现有菌种是根据实验室测试效果筛选出来的，今后还要研究菌种施进土壤后的持续有效性，以及对土壤的高、低温和旱涝等逆境条件的抵抗力。据此进一步提升其应用范围及效果。（3）菌肥的使用技术研究。结合作物种类和天气条件扩展到大田，进行施用量及施用频度的优化研究。（4）抗光亏缺机理研究。研究解钾菌所分泌的有机物的种类与抗光亏缺效果的关系，并进一步研究这类有机物发挥抗光亏缺效果的有效途径。参考文献：1 李俊，沈德龙，林先贵农业微生物研究与产业化进展M 北京：科学出版社，20112 陈鹏，候和平，姜登立，等茂勃艾米乐微生物菌剂对作 212中国土壤与肥料2023（7）物生长发育的影响J 内蒙古民族大学学报（自然科学版），2016，31（2）：141-1453 刘晓玉，盛锡兴，廖宗文，等生物-化学联用对钾长石的活化效果及肥效J 中国农业科技导报，2022，24（7）：132-140.4 乔凯，吴瑶瑶，廖宗文，等钾长石化学活化的影响因子及其优化研究初报J 肥料与健康，2022，49（3）：27-31.5 桂丕，陈娴，廖宗文，等不同氮水平下有机碳对蕹菜碳氮代谢及生长的影响J 土壤学报，2016，53（3）：746-7566 桂丕，廖宗文，汪立梅，等弱光照条件下有机碳营养对水稻生长的影响J 土壤通报，2015，46（4）：936-9397 李静黄淮海南部夏玉米品种耐阴性指标筛选与评价D 合肥：安徽农业大学，20168 张俊伶植物营养学M 北京：中国农业大学出版社，20219 Taiz，EduardoZ植物生理学M 5 版.宋纯鹏，王学路，周云，译北京：科学出版社，201510 潘瑞炽植物生理学M 7 版.北京：高等教育出版社，2012Preliminary study on anti-light deficiency effect of potassium decomposing bacteria in activated potash feldsparQIAOKai，SHENYan-xi，LIAOZong-wen，WUYao-yao，CAIYan-fei*（CollegeofResourcesandEnvironment，SouthChinaAgriculturalUniversity，GuangzhouGuangdong510640）Abstract：Inordertostudytheanti-lightdeficiencyeffectsofpotassiumdecomposingbacteria，apotexperimentwascarriedoutunderthesamenutrientlevelwiththeactivatedpotassiumfeldsparfertilizerandotherfertilizersatconditionoflowlight（66%）simulatednaturalconditions.Theresultsshowedthatbothbacteriatreatmentspromotedthegrowthofmaizeatlowlightcondition.T1（strainQ22）hadmostobviouseffect，andthedifferencewassignificant.Theresultsshowthatthemicrobialfertilizerhasuniqueadvantageoflightdeficiencyresistance，whichisworthtobefurtherstudied.Thisprovidesnotonlynewtechnicalsupportsforhigh-yieldcultivation，butalsoopenupbroadapplicationsscenariosformicrobialfertilizers.Key words：potassium-solubilizingbacteria；lightdeficiency；maize；incubator