解钾细菌对甘薯根系生长和养分吸收的影响.pdf

第 卷第期 年月江苏师范大学学报（自然科学版）（），收稿日期：基金项目：财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系资助项目（），江苏省农业科技自主创新项目（），江苏省重点研发项目（），江苏省自然科学基金资助项目（）作者简介：袁洁，女，助理研究员，主要从事甘薯根际微生态相关研究，：通信作者：张永春，男，研究员，主要从事土壤养分管理、耕地保育的研究，：文章编号：（）解钾细菌对甘薯根系生长和养分吸收的影响袁洁，叶佳敏，戴艾均，徐聪，王磊，张辉，汪吉东，陈丹艳，张永春，（江苏省农业科学院 农业资源与环境研究所国家农业环境六合观测实验站，江苏 南京 ；南京农业大学 资源与环境科学学院，江苏 南京 ；金陵科技学院 园艺园林学院，江苏 南京 ）摘要：解钾细菌（）能提高土壤速效钾含量，促进植物生长以低钾利用效率（）宁紫薯号（）和高 徐薯 号（）为供试植物材料，胶冻样芽孢杆菌为供试 ，通过室内盆栽试验分析 对甘薯苗期根系生长和养分吸收的影响结果表明，对 光合作用和须根根系形态无显著影响，显著提高须根干物质含量，显著降低须根氮、磷、钾含量，但并未影响其氮、磷、钾积累量 显著提高 净光合速率、蒸腾速率、平均单薯质量和根尖数，显著减少总根长，显著增加块根干质量及氮、钾积累量 个品种块根鲜质量与平均单薯质量、总根长和根尖数显著正相关，块根干质量与净光合速率和蒸腾速率显著正相关综上，差异调节 和 光合作用、根系生长、生物量和养分吸收，即 促进 干物质向须根分配，显著提高须根干物质含量及其氮、磷、钾利用效率；促进 块根干物质及氮、钾的积累关键词：甘薯；解钾细菌；根系生长；养分吸收中图分类号：文献标志码：犱 狅 犻：犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳狆 狅 狋 犪 狊 狊 犻 狌 犿狊 狅 犾 狌 犫 犻 犾 犻 狕 犻 狀 犵犫 犪 犮 狋 犲 狉 犻 犪狅 狀狉 狅 狅 狋犿 狅 狉 狆 犺 狅 犾 狅 犵 狔犪 狀 犱狀 狌 狋 狉 犻 犲 狀 狋狌 狆 狋 犪 犽 犲狅 犳 狊 狑 犲 犲 狋 狆 狅 狋 犪 狋 狅 ，（，；，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：（）（），（），犅 犪 犮 犻 犾 犾 犻犿 狌 犮 犻 犾 犪 犵 犻 狀 狅 狊 狌 狊 ，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；引言甘薯是世界上重要的食品、饲料和工业原料，是保障我国 粮食安全 的底线 作 物 和 重 要 的 能 源 作物作为典型的块根类作物，甘薯根系既是光合产物的贮藏器官，也是水分及矿质养分吸收的重要器官，潜在块根数量和源库关系建立均与养分吸收相关甘薯苗期根系分化基本完成，这一时期根系的生长发育直接影响最终甘薯块根产量目前，根系分化较少、养分吸收效率不高是限制甘薯产量进一步提升的主要障碍因素钾是影响甘薯根系生长、根系生理以及最终产量的关键因素相比谷物、油籽和经济作物，甘薯对钾的需求更大据估计，生产 （以干物质为基础）甘薯块根需要大约 钾由于黏土矿物的低溶解度和高固定性，钾在许多土壤中的含量往往有限，钾营养通常是作物产量和品质提升的制约因素 根际细菌能活化土壤难溶性矿物质、促进根吸收矿质元素，调节根系生长发育 解钾细菌（，）能将矿物钾转化为速效钾，被植物直接利用，有助于改善土壤肥力，提高作物产量 此外，解钾细菌产生植物激素、铁载体、酶和抗生素，促进植物生长，增强植物抗性合理施用解钾细菌能够在一定程度上减少外源钾肥投入 然而，目前尚没有研究关注解钾细菌对甘薯根系生长和养分吸收的影响钾利用效率（）是指植物在每单位钾肥上产生最大生物量或经济产量的相对能力，与钾吸收和产量密切相关本试验选用低 甘薯品种宁紫薯号（）和高 品种徐薯 号（）为试验样品，在室温盆栽条件下，研究解钾细菌对甘薯苗期光合作用、根系形态、各器官（地上部、须根、块根）生物量及氮、磷、钾吸收的影响，为利用解钾细菌促进根系生长、保障甘薯高效生产提供理论依据材料与方法 试验设计供试土壤为潮土，基本理化性质：全磷质量分数为 ，全钾为 ，速效钾为 ，有效磷为 ，为 供试甘薯品种为低 宁紫薯号（）和高 徐薯 号（），分别由江苏省农业科学院粮食作物研究所和江苏省农业科学院国家甘薯产业体系中心提供接种的解钾细菌为胶冻样芽孢杆菌（犅 犪 犮 犻 犾 犾 犻犿 狌 犮 犻 犾 犪 犵 犻 狀 狅 狊 狌 狊），是本研究团队前期筛选的供试肥料为尿素（狑（）为）、过磷酸钙（狑（）为）、硫酸钾（狑（）为）本试验为盆栽试验，于 年月份在江苏省农业科学院农业资源与环境研究所大棚进行试验设置个处理：不接种、接种 、不接种、接种 ，分别记为、每个处理次重复，随机排列每盆装土，施用由 尿素、过磷酸钙、硫酸钾配置的混合肥料为基肥，与土壤充分混匀后装盆甘薯栽植后，在根部周围土壤挖穴，将 菌剂（有效活菌数为 ）一次性灌根接种于甘薯根边缘 样品采集和指标测定试验于甘薯苗期（插苗 后）采集块根、须根和地上部（茎、叶、柄），分析光合作用、根系形态、单株结薯数、不同器官生物量和氮、磷、钾含量使用 可提式光合速率测定仪测定甘薯叶片净光合速率、气孔导度、胞间 浓度和蒸腾速率 使用爱 普 森 根 系 扫 描 仪（）分析甘薯根系形态，计算根平均直径、根表面积、根体积、总根长、根尖数，将植物样品分为地上部、须根、块根部分，使用电子天平分别测定其鲜质量，杀青，烘干至恒质量，分别称取各部分干质量将称质量后的样品用粉碎机粉碎，采 用 消 煮，具 体 方 法 参 照 文 献 ，测定植株养分含量用凯氏定氮仪测定植株氮含量，用火焰光度计测定植株各器官磷和钾含量，并计算植株各部位养分积累量，植株养分积累量植株干物质积累量植株养分含量 数据处理与分析使用 软件进行数据统计及相关性分析利用独立样本狋检验对组数据进行统计分析，利用单因素方差分析对组以上数据进行统计分析并采用 检验进行差异显著性分析结果与分析 解钾细菌对甘薯苗期生物量的影响由图知，对 苗期鲜质量、干质量无显著影响，显著提高 全株、地上部分及须根的干物质含量 显著增加 苗期块根鲜质量、全株和块根的干质量，对全株干物质含量无显著影响从图的个品种的比较也可以看出，使 须根的干物质含量显著高于 ，但 块根的干质量显著高于 因此，差异协调 和 根部生长，促进 干物质向须根分配，促进 干物质向块根分配，增加 块根的干物质积累第期袁洁，等：解钾细菌对甘薯根系生长和养分吸收的影响误差线表示标准误（狀）；不同小写字母表示同一器官不同处理间差异显著（犘 ）；和 分别表示同一品种甘薯个处理间差异显著（犘 ）和极显著（犘 ）；表示个处理间无显著差异下同图甘薯各器官生物量犉 犻 犵 犜 犺 犲犫 犻 狅 犿 犪 狊 狊 犻 狀犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狅 狉 犵 犪 狀 狊狅 犳 狊 狑 犲 犲 狋 狆 狅 狋 犪 狋 狅表甘薯根系生长指标犜 犪 犫 犚 狅 狅 狋 犵 狉 狅 狑 狋 犺犻 狀 犱 犲 狓狅 犳 狊 狑 犲 犲 狋 狆 狅 狋 犪 狋 狅处理组单株结薯数 个平均单薯质量 根平均直径 根表面积 根体积 总根长 根尖数个 表根生物量和根系生长指标的相关性分析犜 犪 犫 犆 狅 狉 狉 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳 狉 狅 狅 狋犫 犻 狅 犿 犪 狊 狊犪 狀 犱狉 狅 狅 狋 犵 狉 狅 狑 狋 犺 犻 狀 犱 犲 狓指标单株结薯数平均单薯质量根平均直径根表面积根体积总根长根尖数块根鲜质量 须根鲜质量 表甘薯光合作用参数犜 犪 犫 犘 犺 狅 狋 狅 狊 狔 狀 狋 犺 犲 狋 犻 犮狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉狅 犳 狊 狑 犲 犲 狋 狆 狅 狋 犪 狋 狅处理组净光合速率（）气孔导度（）胞间 浓度（）蒸腾速率（）解钾细菌对甘薯苗期根系生长和叶片光合作用的影响甘薯属于块根作物，苗期根系生长情况（单株结薯数、平均单薯质量和须根根系形态指标）直接影响收获期块根的产量由表知，对 单株结薯数、平均单薯质量和须根根系形态指标无显著影响；显著提高 平均单薯质量和根尖数，显著减少总根长，表明 有利于 根系养分吸收和块根膨大由表知，个品种的块根鲜质量与平均单薯质量、总根长和根尖数显著正相关，须根鲜质量与根表面积和根体积显著正相关此外，从表的个品种的比较也可以看出，使 的平均单薯质量和根尖数显著高于 因此，由图、表、表知，显著提高 块根生物量，这可以用增加的平均单薯质量来解释，可能与它促进块根膨大有关；显著增加 根尖数，有利于块根生物量的积累，可能与它促进养分吸收相关由表知，对 叶片光合作用无显著影响，显著提高 净光合速率和蒸腾速率，表明 能够促进 光合作用，有利于干物质积累由表知，净光合速率、气孔导度、胞间 浓度和蒸腾速率均与地上干质量显著负相关，与根干质量和块根干质量显著正相关因此，由图、表、表知，显著提高 光合作用，限制干物质向地上部分和须根分配，且有利于块根中干物质积累 解钾细菌对甘薯苗期氮、磷、钾吸收的影响由图知，显著降低 全株氮、磷含量和积累量，地上部分磷含量以及氮、磷积累量和须根氮、磷、钾含量，其他指标均无显著影响 除显江苏师范大学学报（自然科学版）第 卷著提高 块根氮、钾积累量外，对其他指标均无显著影响因此，限制 地上部分氮、磷以及须 根 氮、磷、钾 的 吸 收，促 进 块 根 氮、钾的积累表不同器官生物量和光合作用的相关性分析犜 犪 犫 犆 狅 狉 狉 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳犫 犻 狅 犿 犪 狊 狊 犻 狀犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狅 狉 犵 犪 狀 狊犪 狀 犱狆 犺 狅 狋 狅 狊 狔 狀 狋 犺 犲 狋 犻 犮狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉指标净光合速率气孔导度胞间 浓度蒸腾速率总干质量 地上干质量 根干质量 须根干质量 块根干质量 由图、知，尽管 降低 须根氮、磷、钾含量，但并未影响其氮、磷、钾积累量，这可能是因为 促进了干物质向须根的分配，提高了须根的干物质含量，表明 提高了 须根氮、磷、钾的利用效率不同的是，尽管 没有影响 块根氮、磷、钾含量，但是促进了块根氮、钾的积累，这可能是因为 促进 干物质向块根的分配，增加了块根干物质积累图甘薯各器官氮、磷、钾含量和积累量犉 犻 犵 犆 狅 狀 狋 犲 狀 狋 犪 狀 犱犪 犮 犮 狌 犿 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳狀 犻 狋 狉 狅 犵 犲 狀，狆 犺 狅 狊 狆 犺 狅 狉 狌 狊，犪 狀 犱狆 狅 狋 犪 狊 狊 犻 狌 犿犻 狀犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狅 狉 犵 犪 狀 狊狅 犳 狊 狑 犲 犲 狋 狆 狅 狋 犪 狋 狅讨论与结论甘薯是喜钾类粮食作物，钾对甘薯根系生长、根系生理以及最终产量起重要调节作用土壤是植物吸收钾的重要来源 利用解钾细菌分解土壤中的硅酸盐类矿物、释放植物可直接利用的速效钾，对可持续农业发展具有重要意义，此外，解钾细菌还能够分泌植物激素类物质（如生长素、细胞分裂素、乙烯、吲哚乙酸和赤霉素）和有机酸，直接或间接促进植物生长发育、增强抗逆性、提高品质，研究表明，解钾细菌在马铃薯、玉米、烟草、枸杞 、加拿大一枝黄花 上有着很好的促生效果，且能够增强植物对矿质元素的吸收已有研究分析不同类型芽孢杆菌菌剂对甘薯产量和品质的影响，但尚缺乏解钾菌调控甘薯根系生长和养分吸收的研究胶冻样芽孢杆菌是国际公认的解钾细菌菌种，能够提升土壤速效钾、缓效钾含量，促进植物生长和钾吸收，本研究发现，解钾细菌胶冻样芽孢杆菌差异 调 节 低 甘 薯 和 高 甘 薯 光合作用、根系生长、生物量、养分吸收对于，解钾细菌对光合作用和须根根系形态无显著影第期袁洁，等：解钾细菌对甘薯根系生长和养分吸收的影响响，显著提高须根的干物质含量，促进干物质向须根分配，提高须根氮、磷、钾利用效率对于 ，解钾细菌显著提高净光合速率、蒸腾速率、平均单薯质量和根尖数，促进干物质向块根分配，增加块根干物质积累，促进块根氮、钾积累由于解钾细菌胶冻样芽孢杆菌显著提高 块根生物量，主要源于增加的平均单薯质量，因此，它具有促进 块根发育的潜力本试验为利用解钾细菌促进根系生长、保障甘薯高效生产提供了理论依据参考文献：王欣，李强，曹清河，等中国甘薯产业和种业发展现状与未来展望中国农业科学，（）：宁运旺，马洪波，张辉，等氮、磷、钾对甘薯生长前期根系形态和植株内源激素含量的影响江苏农业学报，（）：，（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊（），（）：汪宝卿，张立明环境因素和农艺措施影响甘薯根系生长发育的研究进展江苏师范大学学报（自然科学版），（）：，（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊），：，（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊），：卞倩倩，王雁楠，陈金金，等施钾对我国甘薯产量和土壤钾素平衡影响的 分析植物营养与肥料学报，（）：齐鹤鹏，安霞，刘源，等施钾量对甘薯产量及钾素吸收利用的影响江苏农业学报，（）：汪吉东，王火焰，许仙菊，等低钾胁迫下不同钾效率甘薯的钾吸收利用规律研究土壤，（）：，：，：，：韩苗，朱晓艳，陈国炜，等解钾菌及其释钾微观机制的研究进展土壤学报，（）：柳开楼，黄晶，韩天富，等长期施肥下红壤旱地解钾菌变化 及 其 驱 动 因 子土 壤 学 报，（）：周晓月，袁洁，石琨，等丛枝菌根真菌对甘薯生物量、根系形 态 及 钾 素 吸 收 的 影 响 江 苏 农 业 学 报，（）：任衍齐，刘苇航，李欢，等薯蔓并长期水分调控对甘薯光合生理指标、产量和水分利用效率的影响江苏师范大学学报（自然科学版），（）：鲍士旦土壤农化分析 版北京：中国农业出版社，（）：，犕 犻 犽 犪 狀 犻 犪犿 犻 犮 狉 犪 狀 狋 犺 犪 犕犿 犻 犮 狉 犪 狀 狋 犺 犪 ，：杨永青，高芳芳，马亚君，等胶冻样类芽孢杆菌对不同施肥处理的马铃薯产量和品质的影响中国瓜菜，（）：陈腊，李可可，米国华，等解钾促生菌的筛选鉴定及对东北黑土区玉米的促生效应微生物学通报，（）：曹媛媛，张丽娜，郭婷婷，等根际解钾菌对烟草生长及钾素吸收的影响安徽农业大学学报，（）：朱娟娟，马海军，覃洪云，等解钾菌与盐胁迫对枸杞幼苗根系特征和生理代谢的影响干旱地区农业研究，（）：朱娟娟，马海军，张，等盐胁迫下解钾菌对枸杞幼苗的 促 生 效 应 应 用 生 态 学 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