2021, Vol. 48扩展功能
文章信息
- 陈腊, 李可可, 米国华, 胡栋, 隋新华, 陈文新
- CHEN La, LI Keke, MI Guohua, HU Dong, SUI Xinhua, CHEN Wenxin
- 解钾促生菌的筛选鉴定及对东北黑土区玉米的促生效应
- Screening and identification of potassium-solubilizing bacteria and their promoting effects on maize in black soil of Northeast China
- 微生物学通报, 2021, 48(5): 1560-1570
- Microbiology China, 2021, 48(5): 1560-1570
- DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200934
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文章历史
- 收稿日期: 2020-09-18
- 接受日期: 2020-11-27
- 网络首发日期: 2021-03-04
2. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193;
3. 河北省农林科学院遗传生理研究所 河北 石家庄 050051
2. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China;
3. Institute of Genetics and Physiology, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang, Hebei 050051, China
钾是作物生长发育所必需的三大元素之一，具有多种生理功能，如促进植物光合作用、提高作物抗逆能力、促进作物生长等[1]。土壤中钾的含量十分丰富，但植物可直接吸收利用的钾仅占10%，其余90%以上为矿质钾，矿质钾需要经过一系列复杂的转化过程才可以供作物利用[2-3]。农田中钾的不足会限制作物增产和品质提高[4-6]，因此需要为作物补充足够的钾肥。我国钾矿资源稀少，50%−70%的钾肥都依赖进口，这增加了作物种植成本[7]。研究表明土壤中存在一类植物根际促生菌——解钾菌(又称硅酸盐细菌)，其可以提高土壤中矿质钾的转化率，将土壤中难溶性的钾转化为植物可吸收利用的钾，在减少钾肥投入的前提下稳定作物产量[8-12]。因此，高效解钾菌的筛选与应用对于我国农业的可持续发展尤为重要。
解钾菌的应用能改善作物钾素营养缺乏并促进作物的生长。如吴俊林等[13]从河南省驻马店市泌阳县烟草种植区土壤中筛选分离出一株高效解钾菌，发现其可以促进土壤中难溶钾的溶解，并对烟草植株的生长有显著促进作用；李凤汀等[14]分离到一株高效硅酸盐细菌HM8841，发现其在缺钾土壤中对各种农作物均表现出较好的增产效果；南京农业大学微生物系分离筛选出一株硅酸盐细菌NBT菌株，发现其可以改善作物钾素营养，并使棉花产量比对照增加9.05%[15-16]；Badr等[17]分离筛选到6株硅酸盐细菌，发现接种其中一株高效解钾菌株SBS后可显著提高高粱的干重。玉米对钾素的需求量较大，但在玉米的传统种植中，人们往往重视氮、磷肥而忽略钾肥的投入，导致土壤钾素亏缺严重[18]。东北是我国重要玉米种植区，对于保障国家粮食安全具有重要地位，此地区也普遍存在缺钾情况[2]，严重限制了玉米的生产[19-20]。然而目前针对此地区玉米解钾菌的筛选与应用效果的研究较为缺乏。
本研究针对东北地区土壤及气候特点，从玉米根际土中分离筛选高效解钾菌，分析它们的分类地位和对生态环境的适应性，并通过2年田间接种试验，重点研究其在缺钾土壤中对玉米的促生潜力。
1 材料与方法 1.1 培养基、主要试剂和仪器LB培养基参照文献[21]配制；解钾(钾长石粉)培养基参照文献[22]配制；耐酸碱(pH 4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0)、耐盐(NaCl浓度：1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%)和耐干旱[聚乙二醇PEG 6000浓度：0%、10% (轻度干旱)、20% (中度干旱)、30% (重度干旱)]培养基参照文献[23]配制；耐农药(乙草胺、吡虫啉、嘧菌酯)培养基参照文献[24]配制。
钾长石粉，北京酷来搏科技有限公司。微生物恒温培养箱，宁波海曙赛福实验仪器厂；PCR仪，Bio-Rad公司；全温振荡培养箱，太仓市豪诚实验仪器制造有限公司。
1.2 玉米根际解钾菌的分离和筛选从吉林省梨树县三棵树村玉米试验田中选择10株长势较好的植株，采集根际土，混匀。按照梯度稀释法分离纯化不同形态菌株[21]，而后将纯化的单菌株分别接种于解钾培养基，28 ℃恒温培养3 d，根据菌落四周有无透明圈和可溶性指数大小筛选高效解钾菌(可溶性指数=水解圈直径D/菌落直径d)[22]。
1.3 菌株的生态适应性测定将筛选出的高效解钾菌分别接种至生态适应性检测培养基中，包括耐酸碱、耐盐、耐干旱和耐农药培养基，28 ℃恒温培养3 d，观察菌株的生长状况。
1.4 菌株的16S rRNA基因序列测定和系统发育树构建按照细菌基因组提取试剂盒(TIANamp Bacteria DNA Kit)说明书提取供试菌株的总基因组DNA，采用16S rRNA基因通用引物对27F/1492R进行PCR扩增[25]，将PCR产物送擎科生物科技(上海)有限公司进行测序。得到的基因序列提交至GenBank，并在NCBI (National Center for Biotechnology Information)网站上进行Blast序列比对分析，使用MEGA 7.0软件构建系统发育树[26]。
1.5 田间接种试验 1.5.1 试验设计试验地设在吉林省四平市梨树县三棵树村(43°35′N，124°11′E)，土壤类型为黑土。土壤基本理化性质为：有机质20.3 g/kg，全氮1.25 g/kg，速效磷78.5 mg/kg，速效钾138 mg/kg，pH 5.6，EC 13.1 mS/m。试验于2018年和2019年进行，设置了常规施肥和缺钾2个区。缺钾区不施钾肥，氮、磷肥施用量分别为240 kg-N/hm2、85 kg-P2O5/hm2；常规施肥区钾肥施用量为67.5 kg-K2O/hm2，氮、磷肥施用量与缺钾区一致。2018年和2019年各小区的处理相同(定位实验)。氮、磷、钾肥料分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾，均在玉米播种前一次性施入。试验处理具体为：缺钾区不接种处理为对照CK1；常规施肥区不接种处理CK2；缺钾区接种筛选分离到的高效解钾菌处理，每个处理3个重复。每小区长4 m、宽4.2 m。供试玉米品种为郑单958，种子未包衣，播种密度为70 000株/hm2。2018年和2019年的玉米生育期降雨情况见图l。
1.5.2 接种方法将供试菌株接种于含色氨酸80 mg/L的LB液体培养基中，28 ℃、180 r/min振荡培养至菌悬液浓度为11010−11011 cfu/mL。将菌悬液均匀喷洒于种子表面，阴干后播种。
1.5.3 玉米生物学指标的测定分别在玉米拔节期(出苗后50 d)、吐丝期(出苗后75 d)测定玉米的株高、地上生物量、绿叶面积和叶绿素含量。具体为：在每个小区内随机取生长状况一致的4棵植株，按照陈腊等方法测定玉米株高、地上生物量和叶绿素含量(Soil and Plant Analyzer Development，SPAD)[24]；按照于玲玲等方法测定叶面积指数(Leaf Area Index，LAI)[27]。
1.5.4 玉米产量及产量构成测定在成熟期，每个小区选择未取样的2行玉米收获全部玉米穗，计算14%含水率的籽粒产量；记录总穗数，换算成单位面积穗数。同时测定穗粒数和百粒干重[28]。
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| 图 1 2018-2019年间试验地玉米生育期内日降水量数据 Figure 1 Daily precipitation during maize growth period in the experimental field in 2018 and 2019 |
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数据处理采用Microsoft Excel 2019，用SPSS 22.0进行单因素方差分析(多重比较采用Duncan检验，α=0.05)。
2 结果与分析 2.1 菌株的解钾能力从玉米根际中初步分离出76株形态不同的菌株，通过逐一测定它们的解钾能力筛选出3株解钾能力较强的菌株，如图 2所示，分别命名为MZ4、KM1和KM2。3株菌在解钾培养基上培养3 d后的可溶性指数如表 1所示，其中菌株KM2的可溶性指数最大，为3.27；其次为KM1和MZ4，可溶性指数分别为2.93和2.31。
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| 图 2 筛选出的解钾菌在解钾培养基上的生长表现 Figure 2 Growth of the selected potassium-solubilizing bacteria on potassium-solubilizing medium 注：A：菌株MZ4；B：菌株KM1；C：菌株KM2。D：水解圈直径；d：菌落直径 Note: A: Strain MZ4; B: Strain KM1; C: Strain KM2. D: Hydrolytic circle diameter; d: Colony diameter |
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| 菌株编号 Strain No. |
菌落直径 Colony diameter (d, cm) |
水解圈直径 Hydrolytic circle diameter (D, cm) |
可溶性指数 D/d |
| MZ4 | 0.54±0.01 | 1.25±0.03 | 2.31±0.04 |
| KM1 | 0.27±0.02 | 0.79±0.02 | 2.93±0.15 |
| KM2 | 0.33±0.02 | 1.08±0.03 | 3.27±0.13 |
| 注：数据为平均数±标准误差(n=3) Note: Data were the means±standard error (n=3) | |||
耐酸碱和耐干旱测定结果如表 2所示，3株菌均可在pH 5.0和pH 10.0及PEG浓度为30%的培养基中正常生长，表明供试菌株均有比较强的耐酸碱性以及耐重度干旱能力。此外，KM2还可以在pH为4.0的培养基中生长，显示了更强的耐酸能力。
| 菌株编号 Strain No. |
pH | PEG浓度 PEG concentration (%) |
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| 4.0 | 5.0 | 6.0 | 7.0 | 8.0 | 9.0 | 10.0 | 0 | 10 | 20 | 30 | ||
| MZ4 | − | + | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | ++ | ++ | |
| KM1 | − | + | ++ | +++ | +++ | ++ | + | +++ | ++ | ++ | + | |
| KM2 | + | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | + | |
| 注：+：菌株能够生长，+越多表示菌株生长越旺盛；−：菌株不能生长；下同 Note: +: Strains can grow, more + meant growth better; −: Strains cannot grow; The same below | ||||||||||||
耐盐能力测定结果如表 3所示，MZ4、KM1、KM2最强可耐盐分别为7%、4%、5% NaCl。3株菌展示了不同程度的耐盐能力，具体为MZ4 > KM2 > KM1。
| 菌株编号 Strain No. |
氯化钠浓度NaCl concentration (%) | |||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| MZ4 | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | ++ | ++ |
| KM1 | +++ | +++ | ++ | ++ | + | − | − | − |
| KM2 | +++ | +++ | ++ | ++ | + | + | − | − |
表 4显示了供试菌株对3种常用农药的耐受能力，3株菌在含有除草剂乙草胺的培养基中均不能生长，而MZ4在含有不同浓度的杀虫剂吡虫啉和杀菌剂嘧菌酯培养基中均可以生长；KM1和KM2分别在推荐使用量的最小稀释倍数的吡虫啉(稀释4 000倍)和嘧菌酯(稀释800倍)的培养基上不能生长外，在其他稀释倍数下均可正常生长。说明3株菌均不耐受乙草胺，而对吡虫啉和嘧菌酯都有一定的耐受性，MZ4菌株的耐药性最强。
| 菌株编号 Strain No. |
乙草胺Acetochlor | 吡虫啉Imidacloprid | 嘧菌酯Azoxystrobin | |||||||||||
| 200 | 400 | 550 | 750 | 4 000 | 6 500 | 9 500 | 12 000 | 800 | 1 000 | 1 200 | 1 500 | |||
| MZ4 | − | − | − | − | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | ||
| KM1 | − | − | − | − | − | + | ++ | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ | ||
| KM2 | − | − | − | − | + | + | ++ | ++ | − | + | ++ | ++ | ||
将测序获得的供试菌株的16S rRNA基因序列进行BLAST比对，根据比对结果，下载同源性最近的菌株(98%-100%)和2株外源菌株的序列，和测试菌株一起采用邻接法构建系统发育树，如图 3所示。MZ4和KM2分别与Bacillus megaterium NBRC 15308和Bacillus megaterium S2的序列相似性最高，分别为100%和99.9%，属于芽孢杆菌属(Bacillus)；KM1与Brevibacilluse brevis NBRC15304序列相似性为99.8%，属于短小芽孢杆菌属(Brevibacillus)。
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| 图 3 待测菌株和参比菌株基于16S rRNA基因序列的系统发育树 Figure 3 The neighbor-joining phylogenetic tree based on the 16S rRNA gene sequences of the tested strains and their closely related reference strains 注：括号中序号为GenBank的登录号；基于1 000次重复的≥50%的Bootstrap值标记于分支点处；标尺0.020表示2%的核苷酸差异 Note: GenBank accession numbers are indicated in parentheses; Bootstrap values ≥50% are indicated on branches; The scale bar indicates 2% nucleotide substitution |
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2018年的玉米生长情况如表 5所示。在拔节期，与不接种CK1处理相比，缺钾区玉米接种MZ4和KM2后其株高、地上生物量和叶面积指数显著提高(P < 0.05)，而且与常规施肥区不接种处理CK2无显著差异(P > 0.05)。此外，接种KM2还显著提高了玉米的叶绿素含量(P < 0.05)并与CK2水平一致。总体而言，与CK1相比，接种3株菌后拔节期株高、地上生物量、叶面积指数和叶绿素含量分别提高了1.84%-3.07%、8.36%-18.81%、2.32%-15.83%和0%-2.61%。在吐丝期，这几个指标分别提高0.86%-1.72%、2.86%-8.00%、1.27%-3.99%和0.97%-2.72%。其中KM2接种处理促生效果最好，对玉米各项生长指标提高的幅度最大，MZ4次之。常规施肥区不接种处理CK2的玉米生长均显著高于缺钾区不接种CK1 (P < 0.05)，说明缺钾显著抑制了玉米的正常生长。
| 处理 Treatment |
拔节期Jointing stage | 吐丝期Flowering stage | |||||||
| 株高 Plant height (cm) |
地上生物量 Shoot biomass (g) |
叶面积指数 LAI |
叶绿素 SPAD |
株高 Plant height (cm) |
地上生物量 Shoot biomass (g) |
叶面积指数 LAI |
叶绿素 SPAD |
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| MZ4 | 167±1ab | 38.6±1.6ab | 2.93±0.09a | 51.1±0.3ab | 235±1ab | 113.0±3.3ab | 5.63±0.09ab | 52.2±0.6b | |
| KM1 | 166±1bc | 36.3±1.6bc | 2.65±0.08b | 49.9±0.5b | 234±2ab | 108.0±4.3b | 5.58±0.11ab | 52.0±0.4b | |
| KM2 | 168±1ab | 39.8±1.3ab | 3.00±0.11a | 51.2±0.4a | 236±1ab | 113.4±2.4ab | 5.73±0.09ab | 52.9±0.6ab | |
| CK1 | 163±1c | 33.5±1.2c | 2.59±0.12b | 49.9±0.3b | 232±1b | 105.0±3.8b | 5.51±0.10b | 51.5±0.4b | |
| CK2 | 170±1a | 42.8±1.8a | 3.10±0.06a | 51.9±0.5a | 237±1a | 120.8±2.8a | 5.85±0.06a | 54.3±0.7a | |
| 注：不同字母表示不同处理间数值差异显著(P < 0.05)；加粗字体表示显著高于未接种对照CK1 (P < 0.05)；下同 Note: Different letters in the same column meant significant difference at 0.05 level between treatments; Bold fonts represent significantly higher than the non-inoculation control CK1 (P < 0.05); The same below | |||||||||
2019年拔节期玉米田间生长状况如图 4所示，与缺钾区不接种对照CK1相比，常规施肥区不接种CK2处理的玉米最为高壮，其次为缺钾区接种MZ4和KM2处理，接种KM1的促生作用较弱。具体生长测定指标如表 6所示。与不接种对照CK1相比，接种3株菌对玉米生长均有积极的促生效果，尤其接种MZ4和KM2显著提高了拔节期玉米株高、拔节期和吐丝期的地上生物量。此外，接种KM2还可显著提高吐丝期玉米叶绿素含量(P < 0.05)，以上性状均与常规施肥区不接种处理CK2无显著差异(P > 0.05)。接种KM1显著提高了吐丝期玉米地上生物量(P < 0.05)。总体而言，与CK1相比，接种3株菌后拔节期株高、地上生物量、叶面积指数和叶绿素分别提高了6.24%-7.83%、10.82%-21.27%、8.16%-11.56%和0.58%-4.25%；吐丝期以上指标分别提高了1.54%-2.32%、8.79%-16.06%、1.62%-4.14%和1.15%-4.01%。接种KM2对玉米生长的促生效果最好，接种MZ4次之，这一结果与2018年的结果一致，表明接种菌株的效果比较稳定。
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| 图 4 2019年接种处理对拔节期玉米生长状况的影响 Figure 4 Effect of different bacteria on maize growth at the jointing stage in 2019 |
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| 处理 Treatment |
拔节期Jointing stage | 吐丝期Flowering stage | |||||||
| 株高 Plant height (cm) |
地上生物量 Shoot biomass (g) |
叶面积指数 LAI |
叶绿素 SPAD |
株高 Plant height (cm) |
地上生物量 Shoot biomass (g) |
叶面积指数 LAI |
叶绿素 SPAD |
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| MZ4 | 116±2a | 31.3±1.9a | 1.63±0.09a | 52.2±0.6a | 264±4a | 110.9±4.2ab | 5.73±0.10ab | 53.5±0.5bc | |
| KM1 | 114±3a | 29.7±1.8ab | 1.59±0.05a | 52.1±0.7a | 263±2a | 107.7±3.8b | 5.65±0.11ab | 53.0±0.3bc | |
| KM2 | 116±2a | 32.5±0.8a | 1.64±0.06a | 54.0±0.6a | 265±2a | 114.9±3.0ab | 5.79±0.08ab | 54.5±0.7ab | |
| CK1 | 107±3b | 26.8±1.5b | 1.47±0.08a | 51.8±0.8a | 259±3a | 99.0±3.1c | 5.56±0.06b | 52.4±0.5c | |
| CK2 | 118±2a | 33.6±1.6a | 1.65±0.05a | 53.0±0.9a | 266±2a | 117.1±3.4a | 5.88±0.08a | 55.6±0.5a | |
玉米产量及产量构成的测定结果如表 7所示。与不接种CK1相比，接种MZ4和KM2在2018年和2019年均显著提高了玉米籽粒产量(P < 0.05)，而且与常规施肥区CK2的产量无差异(P > 0.05)，接种MZ4和KM2在2018年产量提高幅度均为9.65%，2019年分别为10.62%和11.50%。接种KM1对产量也有一定提高，在2018年和2019年产量分别增加了6.14%和3.54%。
| 年份 Year |
处理 Treatment |
穗数 Ear numbers (×104/hm2) |
穗粒数 Grain numbers per ear |
百粒干重 Hundred-grain weight (g) |
籽粒产量 Grain yield (×103 kg/hm2) |
| 2018 | MZ4 | 6.83±0.08a | 518±16a | 32.3±0.4ab | 12.5±0.2a |
| KM1 | 6.67±0.22a | 510±15a | 32.3±0.3ab | 12.1±0.4ab | |
| KM2 | 6.92±0.08a | 526±17a | 32.6±0.4a | 12.5±0.4a | |
| CK1 | 6.50±0.14a | 507±19a | 30.8±0.5b | 11.4±0.6b | |
| CK2 | 6.83±0.08a | 536±13a | 32.8±0.6a | 12.8±0.2a | |
| 2019 | MZ4 | 636±0.16A | 517±21A | 33.3±0.5AB | 12.5±0.1A |
| KM1 | 654±0.12A | 511±22A | 32.9±0.6BC | 11.7±0B | |
| KM2 | 630±0.11A | 521±17A | 34.4±0.3AB | 12.6±0.2A | |
| CK1 | 642±0.16A | 505±21A | 30.9±1.3C | 11.3±0B | |
| CK2 | 648±0.19A | 523±2A | 35.3±0.2A | 12.9±0.2A | |
| 注：不同小写和大写字母分别表示在2018年和2019年不同处理间数值差异显著(P < 0.05)；加粗字体表示显著高于未接种对照CK1 (P < 0.05) Note: Different lowercase and uppercase letters in the same column meant significant difference at 0.05 level between treatments in the year 2018 and 2019, respectively; Bold fonts represent significantly higher than the non-inoculation control CK1 (P < 0.05) | |||||
产量构成因素中，2018年和2019年的穗数和穗粒数在5个处理间均无显著差异(P > 0.05)，但与CK1处理相比，接种菌株处理在2年间对穗粒数均有积极的促生效果，在2018年和2019年分别增加了0.59%-3.75%和1.19%-3.17%。对于百粒干重，与CK1相比，2018年接种KM2、2019年接种MZ4和KM2均对百粒干重有显著促生效果(P > 0.05)。在2018年和2019年接种3株菌后百粒干重分别提高了4.87%-5.84%和6.47%-11.33%。与常规施肥CK2相比，2年间不施钾肥CK1均造成了玉米的显著减产以及百粒干重的显著下降(P < 0.05)，其中，在2018年和2019年产量分别减少10.94%和12.40%，百粒干重分别降低6.10%和12.46%。
3 讨论与结论近年来，农民偏重施氮磷肥，轻视钾肥的作用，缺钾日益成为作物增产的限制因子[18-20]。越来越多的研究表明，土壤中的解钾促生菌可以活化土壤中难溶的钾，提高土壤钾的有效性，进而促进植物生长，达到提高作物产量和品质的目的[29]，这为解决农田缺钾提供了有效措施，并有利于环境友好型农业可持续发展[12]。我国针对玉米解钾菌有一定的研究，如崔文艳等发现在盆栽条件下接种具有解钾功能的解淀粉芽孢杆菌B9601-Y2，可提高土壤中的有效钾含量17.24%，提高玉米植株钾含量68.45%，同时能促进玉米的生长[30]；梁盛年发现在广东省肇庆市沙壤土中减施一半钾肥(112 kg-KCl/hm2)条件下接种解钾菌剂玉米产量明显提高，提高幅度为17%，株高和干重均高于不减施钾肥(224 kg-KCl/hm2)的处理[10]；施振云发现在上海市崇明县夹沙黄泥土中(速效钾含量低的中低产田)施用解钾菌剂能够显著改善玉米的生物学性状，提高玉米抗病能力并能够显著增产，增产率可达8.4%[31]。这些研究说明应用高效的解钾菌可以改善缺钾对玉米生长和产量的影响。
生物菌肥效果的发挥普遍受非生物因素的影响，如受气候、土壤类型、盐碱和农药等诸多因素制约[31-33]，因此，筛选具有广泛生态适应性的高效菌株是其在田间发挥效果的前提条件。本研究通过生态适应性研究发现，3株菌对干旱、碱性条件均有很强的耐性，而且均对农业中常用农药吡虫啉和嘧菌酯不敏感，对盐和酸性条件也有一定的耐性，综合评价可知MZ4和KM2的适应性更强，广泛的生态适应性为其在田间应用中功能的发挥提供了保障。2018年和2019年的田间试验结果表明，不施钾肥造成的土壤缺钾确实造成了玉米产量的损失(平均减产11.67%)，而接种适应性强的高效解钾菌均对拔节期和吐丝期各项玉米指标以及成熟期产量有积极的促生效果，尤其是接种MZ4和KM2后均显著促进了玉米生长和玉米籽粒产量增加，增产幅度9.65%-11.50%，而且与常规施肥不接种处理无显著差异，这可能与这2株菌具有更强的适应性有关。KM1的解钾能力介于菌株MZ4和KM2之间，但其适应性最弱，可能影响了其促生效果的发挥。本研究为提高东北黑土区矿质钾的利用率提供了宝贵的菌种资源。此外，我们的研究还发现MZ4具有产IAA和产铁载体功能，并且在减施50%氮肥的条件下对玉米生长也有很好的促生效果，产量比不接种的对照提高了15.07%[24]，说明MZ4具有广泛的促生功能，值得深入研究和开发利用。
解钾菌促进玉米生长和提高产量的机理尚需要深入研究。本研究通过分析玉米产量构成因素，发现2018年和2019年的试验中接种解钾菌促进玉米产量的提高，均是通过增加百粒干重和穗粒数进而增加籽粒产量，这与王明友等[34]研究一致。此外，2019年的接种效果要优于2018年，这可能是基于菌剂的累积效应，经过2018年的接种，菌株已在土壤中定殖，也可能由于2019年在玉米苗期的降雨量大于2018年，这为解钾菌的生长繁殖创造了有利条件。此外，接种后对土壤微生态的影响、对土壤有效钾含量的影响以及对玉米植株和籽粒中钾含量的影响等还需要进行深入研究，这将有利于深入了解解钾菌的促生机制。
总之，本研究从东北黑土区筛选出3株适应性较强的玉米根际高效解钾菌，在不施钾肥的条件下，对玉米生长及产量均表现出积极的促生效果，尤其是MZ4和KM2，这2株菌能够在一定程度上缓解缺钾对玉米生长的限制，具有发展为微生物钾肥的潜力。
| [1] |
Wang Y, Wu WH. Regulation of potassium transport and signaling in plants[J]. Current Opinion in Plant Biology, 2017, 39: 123-128. DOI:10.1016/j.pbi.2017.06.006 |
| [2] |
Du Q, Zhao XH, Wang HJ, Li YJ, Wang XG, Yu HQ. Effects of soil potassium deficiency on accumulation and distribution of dry matter and nutrients in maize[J]. Journal of Shenyang Agricultural University, 2017, 48(3): 257-264. (in Chinese) 杜琪, 赵新华, 王华杰, 李艳杰, 王晓光, 于海秋. 低钾胁迫对玉米干物质和养分积累与分配的影响[J]. 沈阳农业大学学报, 2017, 48(3): 257-264. |
| [3] |
Hafsi C, Debez A, Abdelly C. Potassium deficiency in plants: effects and signaling cascades[J]. Acta Physiologiae Plantarum, 2014, 36(5): 1055-1070. DOI:10.1007/s11738-014-1491-2 |
| [4] |
Wang XF, Zhang K, Wang LC, Zhang GG, Xie JG. Manage and control potash fertilizer scientifically and realize the high and stable yield for maize[J]. Journal of Maize Sciences, 2004, 12(3): 92-95, 99. (in Chinese) 王秀芳, 张宽, 王立春, 张国刚, 谢佳贵. 科学管理与调控钾肥, 实现玉米高产稳产[J]. 玉米科学, 2004, 12(3): 92-95, 99. DOI:10.3969/j.issn.1005-0906.2004.03.032 |
| [5] |
Wang XL, Yu HQ, Liu N, Yi B, Cao MJ. Physiological characteristics of delaying leaf senescence in maize inbred lines tolerant to potassium deficiency[J]. Acta Agronomica Sinica, 2012, 38(9): 1672-1679. (in Chinese) 王晓磊, 于海秋, 刘宁, 依兵, 曹敏建. 耐低钾玉米自交系延缓叶片衰老的生理特性[J]. 作物学报, 2012, 38(9): 1672-1679. |
| [6] |
Sun HR, Liu JY, Zhao YQ, Zeng H, Yuan DS. Study on the abundance-deficiency index of soil available K and appropriate potassium application rates for corn in China[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2017(5): 29-37. (in Chinese) 孙洪仁, 刘江扬, 赵雅晴, 曾红, 原大山. 中国玉米土壤速效钾丰缺指标与适宜施钾量研究[J]. 中国土壤与肥料, 2017(5): 29-37. |
| [7] |
Sun AW, Zhang WF, Du F, Gao LW, Zhang FS, Chen XP. China's development strategy on potash resources and fertilizer[J]. Modern Chemical Industry, 2009, 29(9): 10-14, 16. (in Chinese) 孙爱文, 张卫峰, 杜芬, 高利伟, 张福锁, 陈新平. 中国钾资源及钾肥发展战略[J]. 现代化工, 2009, 29(9): 10-14, 16. DOI:10.3321/j.issn:0253-4320.2009.09.002 |
| [8] |
Jiang XJ, Huang ZX, Peng SD, Yang XM. Research status and prospect on silicate bacteria[J]. World Agriculture, 1998(5): 28-31. (in Chinese) 蒋先军, 黄昭贤, 彭盛德, 杨雪梅. 硅酸盐细菌的研究现状及展望[J]. 世界农业, 1998(5): 28-31. |
| [9] |
Ren LL, Li YX, Chen Y. Research progress on silicate bacteria potassium releasing[J]. Experiment Science and Technology, 2015, 13(2): 209-211. (in Chinese) 任丽丽, 李玉玺, 陈阳. 硅酸盐细菌解钾作用研究进展[J]. 实验科学与技术, 2015, 13(2): 209-211. DOI:10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.069 |
| [10] |
Liang SN. Application study of silicate bacteria preparation in maize production[J]. Journal of Maize Sciences, 2006, 14(2): 75-77. (in Chinese) 梁盛年. 硅酸盐菌剂在玉米生产上的应用[J]. 玉米科学, 2006, 14(2): 75-77. DOI:10.3969/j.issn.1005-0906.2006.02.027 |
| [11] |
Kloepper JW, Schroth MN. Plant growth-promoting rhizobacteria on radishes[J]. Tours: Gilbert-Clarey, 1978, 2: 879-882. |
| [12] |
Zhang CS, Kong FY. Isolation and identification of potassium-solubilizing bacteria from tobacco rhizospheric soil and their effect on tobacco plants[J]. Applied Soil Ecology, 2014, 82: 18-25. DOI:10.1016/j.apsoil.2014.05.002 |
| [13] |
Wu JL, Zhang ZY, Li X, Li WH, Bi LL, Feng GS, Wang HB, Zhou Q, Hao HH, Liu JF, et al. Screening and identification of an efficient potassium-solubilizing bacteria and its effect on the uptake of potassium and phosphorus in tobacco[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2020, 48(5): 276-280. (in Chinese) 吴俊林, 张正杨, 李翔, 栗卫华, 毕乐乐, 冯国胜, 王红保, 周权, 郝浩浩, 刘建丰, 等. 一株高效解钾菌的筛选鉴定及其对烟草吸收钾磷的影响[J]. 江苏农业科学, 2020, 48(5): 276-280. |
| [14] |
Li FT, Hao ZR, Yang ZY, Zhang CL. Studies on ability of silicate bacteria HM8841 strain dissolving potassium[J]. Acta Microbiologica Sinica, 1997, 37(1): 79-81. (in Chinese) 李凤汀, 郝正然, 杨则瑗, 张春莉. 硅酸盐细菌HM8841菌株解钾作用的研究[J]. 微生物学报, 1997, 37(1): 79-81. |
| [15] |
Yin YX, Li DM. Study on the characteristics and function of a potassium bacterium[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 1995, 18(S1): 62-67. (in Chinese) 殷永娴, 李冬梅. 一株钾细菌性状与功能的研究[J]. 南京农业大学学报, 1995, 18(S1): 62-67. |
| [16] |
Sheng XF, Huang WY, Yin YX. Effects of application of silicate bacterium fertilizer and its potassium release[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2000, 23(1): 43-46. (in Chinese) 盛下放, 黄为一, 殷永娴. 硅酸盐菌剂的应用效果及其解钾作用的初步研究[J]. 南京农业大学学报, 2000, 23(1): 43-46. |
| [17] |
Badr MA, Shafei AM, El-Deen SHS. The dissolution of K and P-bearing minerals by silicate dissolving bacteria and their effect on sorghum growth[J]. Research Journal of Agriculture and Biological Sciences, 2006, 2(1): 5-11. |
| [18] |
Xia L. Physiological function of potassium and cause analysis of potassium deficiency in soil[J]. Modern Agriculture, 2016(2): 42-43. (in Chinese) 夏乐. 钾素生理作用及土壤缺钾原因分析[J]. 现代农业, 2016(2): 42-43. |
| [19] |
Liu HL, Chen YH, Duan YL, Xu H. The advance of soil potassium[J]. Journal of Agricultural University of Hebei, 2002, 25(S1): 66-68. (in Chinese) 刘会玲, 陈亚恒, 段毅力, 许皞. 土壤钾素研究进展[J]. 河北农业大学学报, 2002, 25(S1): 66-68. |
| [20] |
Fang CX, Mu GL, Tang HP, Wang Y. Effect of different potassium fertilizer on maize yield and growth characters[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2012(5): 72. (in Chinese) 房春兴, 穆桂兰, 唐怀坡, 王寅. 不同钾肥对玉米产量及生育性状的影响[J]. 现代农业科技, 2012(5): 72. |
| [21] |
Wan BB, Liu Y, Wu Y, Zhang DY, Wang GW, Jiang Y. Screening and identification of maize growth-promoting rhizobacteria and its promoting effects on maize[J]. Biotechnology Bulletin, 2016, 32(8): 169-176. (in Chinese) 万兵兵, 刘晔, 吴越, 张东艳, 王国文, 姜瑛. 一株玉米根际多功能促生菌的筛选鉴定及效应研究[J]. 生物技术通报, 2016, 32(8): 169-176. |
| [22] |
Liu XL, Liu YZ, Guo T, Lv L, Xu QQ, Yin CH, Li HM, Yan H. Isolation, identification and high-efficiency cultivation of potassium-releasing bacteria[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2013, 35(4): 551-557. (in Chinese) 刘晓璐, 刘永智, 郭涛, 吕乐, 许倩倩, 尹春华, 李慧梅, 闫海. 解钾细菌的筛选、鉴定以及高效培养[J]. 北京科技大学学报, 2013, 35(4): 551-557. |
| [23] |
Wang JS, Wang J, Wu JJ, Liu QL, Zhang X, Wang HL. Screening the resistance resources of Rhizobium japonicum based on GGE-biplot[J]. Soybean Science, 2017, 36(6): 894-899. (in Chinese) 王金生, 王君, 吴俊江, 刘庆莉, 张鑫, 王红蕾. 基于GGE-biplot的大豆根瘤菌抗逆性资源筛选[J]. 大豆科学, 2017, 36(6): 894-899. |
| [24] |
Chen L, Mi GH, Li KK, Shao H, Hu D, Yang JP, Sui XH, Chen WX. Effects of multifunctional plant rhizosphere promoting bacteria on maize growth in black soil areas in Northeast China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2020, 31(8): 2759-2766. (in Chinese) 陈腊, 米国华, 李可可, 邵慧, 胡栋, 杨俊鹏, 隋新华, 陈文新. 多功能植物根际促生菌对东北黑土区玉米的促生效果[J]. 应用生态学报, 2020, 31(8): 2759-2766. |
| [25] |
Lane DJ. Nucleic acid techniques in bacterial systematics[A]//Stackebrandt E and Goodfellow M eds. 16S/23S rRNA Sequencing[M]. Chichester: John Wiley and Sons, 1991: 115-175
|
| [26] |
Kumar S, Stecher G, Tamura K. MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis Version 7.0 for bigger datasets[[J]. Molecular Biology and Evolution, 2016, 33(7): 1870-1874. DOI:10.1093/molbev/msw054 |
| [27] |
Yu LL, Guo Q, Zhao GY. The effects of conservation tillage on maize yield and wateruse efficiency in North China[J]. Journal of Inner Mongolia Agricultural University (Natural Science Edition), 2017, 38(3): 19-23. (in Chinese) 于玲玲, 郭强, 赵贵元. 保护性耕作对华北地区玉米产量及水分利用效率的影响[J]. 内蒙古农业大学学报: 自然科学版, 2017, 38(3): 19-23. |
| [28] |
Chen YL. Mechanisms for the coordination of high yield and high nitrogen remobilization efficiency in maize[D]. Beijing: Doctoral Dissertation of China Agricultural University, 2015(in Chinese) 陈延玲. 协调玉米高产与氮高效转运的机制[D]. 北京: 中国农业大学博士学位论文, 2015 |
| [29] |
Diep CN. Phosphate and potassium solubilizing bacteria from weathered materials of denatured rock mountain, Ha Tien, Kien Giang province, Vietnam[J]. American Journal of Life Sciences, 2013, 1(3): 88. |
| [30] |
Cui WY, He PJ, Yang LJ, He PF, He PB, Wu YX, Li XY, He YQ. Phosphorus-and potassium-dissolving and nitrogen-fixing capabilities and growth-promotion effect of B9601-Y2 on maize[J]. Journal of Maize Sciences, 2019, 27(3): 155-160, 168. (in Chinese) 崔文艳, 何朋杰, 杨丽娟, 何鹏飞, 何鹏搏, 吴毅歆, 李兴玉, 何月秋. B9601-Y2溶磷解钾固氮能力及促玉米生长效果研究[J]. 玉米科学, 2019, 27(3): 155-160, 168. |
| [31] |
Shi ZY. The effect of silicate bacteria on increasing maize yield[J]. Soils and Fertilizers, 1997(3): 38-40. (in Chinese) 施振云. 硅酸盐菌剂对提高玉米产量的效应[J]. 土壤肥料, 1997(3): 38-40. |
| [32] |
Yu Y. Relationships between soil microbial diversity and soil physicochemical properties along the primary succession of Yellow River Delta[D]. Jinan: Doctoral Dissertation of Shandong University, 2012(in Chinese) 余悦. 黄河三角洲原生演替中土壤微生物多样性及其与土壤理化性质关系[D]. 济南: 山东大学博士学位论文, 2012 |
| [33] |
Vacheron J, Desbrosses G, Bouffaud ML, Touraine B, Moënne-Loccoz Y, Muller D, Legendre L, Wisniewski-Dyé F, Prigent-Combaret C. Plant growth-promoting rhizobacteria and root system functioning[J]. Frontiers in Plant Science, 2013, 4: 356. |
| [34] |
Wang MY, Li GZ, Chen HM. Effect of application of microbiological inoculum on increase yield of wheat and corn[J]. Soils and Fertilizers, 2001(3): 44-47. (in Chinese) 王明友, 李光忠, 陈洪美. 小麦、玉米施用微生物接种剂增产效应初报[J]. 土壤肥料, 2001(3): 44-47. |