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2004年9月17日 作者:cyh [返回]
光合细菌在种植业上的应用研究

吴小平,吕川冰,陈锋

(福建农林大学 生命科学院,福建 福州 350002

摘要:把光合细菌作为有机肥施入烟草、萝卜、大豆、地瓜等试验田中,结果显示:光合细菌能改善土壤微生物区系,促进土壤中固氮菌、根瘤菌、细菌等的生长,抑制土壤中真菌的生长;能增加大豆根瘤数;能促进作物对土壤中各养分的吸收,增加植株叶绿素含量,促进植物生长,使各植株的株高、根长、根重等都比对照有显著增加;光合细菌还能增加作物产量,改善作物品质,尤其对地瓜的产量增加明显,其增幅达78.5%,有一定的推广价值。

关键词:光合细菌;种植业;微生物区系;土壤养分

 

光合细菌(Photosynthetic Bacteria 简称PSR)是微生物中一类可利用太阳能生长繁殖的特殊生物类群,广泛存在自然水域的厌氧层上部,能利用H2SCO2等进行光合作用。许多研究已证实,光合细菌的菌体无毒,营养丰富,蛋白质含量高达60%-65%,是一种优质蛋白质。还含有多种B族维生素、尤其B12、叶酸、生物素、丰富的辅酶和一些未知的生理活性物质,具有很高的应用价值。近年来,光合细菌的研究进展很快,已在水稻、玉米、苹果树,以及在西红柿、烟草等作物上取得了一定的施用效果。这些研究都证实,光合细菌不仅能使农作物获得高产,而且它们的品质还能获得改善。光合细菌在大豆、地瓜等中的应用研究还未见报道,为此,作者开展本项研究,旨在探讨光合细菌的作用机制并为种植业上推广使用光合细菌提供参考。

1.      材料与方法

1.1.  供试菌株

红螺菌(Rhodospira,本室分离保藏),菌液的D660nm)值达0.30以上,菌数可达1012/L。培养基配方为:KH2PO4  1.5g,(NH42SO4 1.0gNaCl  0.2gMgSO4  0.2gCaCl2 0.05gK2HOP4  0.6gCH3COONa  3g,酵母膏少许,水1000ml

1.2.  试验设计

1998年起,先后在烟草、萝卜、地瓜、大豆等作物上进行光合细菌试验,其中烟草、萝卜进行盆栽试验,地瓜、大豆进行小区试验。烟草,萝卜、地瓜设2个处理,即PSB处理:喷施稀释10倍后的光合细菌;CK处理:喷施等量的水。大豆设3个处理,即PSB处理:喷施稀释10倍后的光合细菌;CK1:处理:喷施等量的水;CK2处理:喷施稀释10倍等量的PSB培养基。每处理设3个重复,各处理均进行常规施肥。

1.3.  测定方法

微生物区系分析按稀释平板法测定,植株中K含量、N含量、P含量分别用H2SO4H2O2消煮-火焰光度计法、H2SO4H2O2—比色法、H2SO4H2O2消煮—钒钼黄比色法进行测定,试验地土样的有机质、全N、全K、速N、速KCEC分别用重铬酸钾容量法-外加热法、半微量开氏法、NaOH熔融火焰光度法、碱解扩散法、0.03mol/LNH4F0.025mol/LHCl法、NH4OAc浸提火焰光度法、1mol/L中性NH4OAc法进行测定。

2.      结果分析

2.1.  光合细菌对土壤微生物区系的影响

1   PSB对土壤微生物区系的影响

处理

固氮菌/104CFU.g-1

细菌/105CFU.g-1

放线菌/104CFU.g-1

丝状真菌/104CFU.g-1

根瘤菌/104CFU.g-1

空地

CK

108

112

23.8

4.1

13

PSB

154

138

48.4

1.5

20

烟草

CK

18

18

8.2

43

 

PSB

39

37

12

28

 

萝卜

CK

13

12

7.6

22

 

PSB

62

43

13

14

 

地瓜

CK

34.5

24.0

48.0

10.0

 

PSB

51.5

68.0

52.5

5.8

 

 

大豆

CK1

176

93

108

1.9

47.5

CK2

103

100

99

2.1

32.3

PSB

206

146

119

0.7

65.5

光合细菌在不同的作物处理中,均能提高土壤中的固氮菌、根瘤菌、放线菌及细菌的数量,而土壤中真菌的数量则明显地减少(见表1);在未种植任何作物的空地上喷施光合细菌同样能使土壤中的固氮菌、根瘤菌、放线菌及细菌的数量显著增加,而使真菌的数量明显减少。这说明光合细菌对土壤生物区系的影响可能是光合细菌的代谢产物直接作用于微生物的结果,而不是通过作物根系的间接影响。在大豆实验中,CK2处理组(施培养基)的固氮菌、根瘤菌的数量比CK1处理组(施水)明显减少,这可能是培养基中的N源影响了土壤中的固氮菌、根瘤菌的数量。

2.2.  光合细菌对植株吸收土壤养分的影响

喷施光合细菌,可以促进作物对土壤各种养分的吸收,如表2所示,在肥力情况相近的土壤中种植大豆、地瓜,收获时土壤中的有机质、全N、全K、速N、速P、速K的含量和CEC值均有较大幅度的减少。从表3可知,喷施光合细菌的作物,其植株内的养分含量比对照高。作者认为主要是因为PSB能促进作物对养分的吸收,从而促进植物地上部分和根系的生长。

2   试验地土样分析

处理

有机质/g.kg-1

N

/g.kg-1

K

/g.kg-1

N/

g.kg-1

P

/g.kg-1

K

/g.kg-1

CEC

/cmol.kg-1

地瓜

CK

65.15

2.820

29.07

291.06

556.25

183.33

11.97

PSB

53.39

2.996

28.11

255.02

612.50

158.33

12.31

 

大豆

CK1

62.23

2.772

28.38

249.48

293.75

116.66

12.65

CK2

62.03

2.629

30.34

266.11

318.75

141.66

11.04

PSB

51.21

2.048

26.63

207.90

283.70

100.00

9.62

 

3   植株养分分析

处理

氧化钾

/%

全氮

/%

五氧化二磷 /%

粗蛋白质

/%

淀粉

/%

地瓜

CK

2.11

2.35

0.21

 

13.9

PSB

2.50

2.94

0.24

 

14.2

 

大豆

CK1

4.52

5.17

1.18

31.31

 

CK2

4.57

5.73

1.19

34.31

 

PSB

4.59

5.90

1.29

36.88

 

 

2.3.  光合细菌对农作物生物学特性的影响

施用光合细菌后,可以使烟草、萝卜、地瓜、大豆的植株重、根重显著增加,而植株与根之比,光合细菌处理组较低。这意味着,植物的吸收能力、抗病及对外界恶劣环境的抵抗力均以根系发育较好的光合细菌处理组为强。光合细菌能使烟草、萝卜、地瓜、大豆分别增产13.6%58.9%78.6%52.2%。在大豆实验中,CK2处理组比CK1处理组只增产5.6%,这说明:起主要作用的是光合细菌本身而非培养鸡基中的营养成分。

喷施光合细菌后,能使大豆植株叶绿素含量比对照增加25.8%,还能增加大豆的蛋白质及氨基酸含量;光合细菌处理组中萝卜的Vc含量、水溶性还原糖含量比对照高6.3%5.2%;光合细菌同时还影响烟草的生理特性,使烟草提早现蕾。

4    PSB对农作物生物学特性的影响

处理

植株重

/g.-1

根重

/g.-1

植株重

/g.-1

叶片重

/g.-1

大豆重

/g.-1

烟草

CK

107.3

9.0

11.92

88.4

 

PSB

125.9

13.2

9.54

100.5

 

萝卜

CK

77.5

417.5

1.63

 

 

PSB

110.0

75.5

1.46

 

 

地瓜

CK

1700

700

2.43

 

 

PSB

2370

1250

1.90

 

 

 

大豆

CK1

44.7

3.8

11.76

 

26.8

CK2

35.8

3.0

11.93

 

28.3

PSB

59.3

5.6

10.59

 

40.8

 

2.4.  光合细菌对烟草抗病毒活性的诱导作用

喷洒光合细菌3次后接种烟草花叶病毒,以后每隔2d喷洒1次,连续喷7次。结果对照组8d后出现病症,光合细菌处理组10d后才出现病症,且病症比较轻微。在喷洒光合细菌的情况下,病毒造成的干物质积累量减少3.4%;而未喷洒光合细菌时,病毒造成的干物质积累量减少了22%。这说明光合细菌能诱导烟草产生抗病毒感染的活性,使病毒的危害减轻。

3.      讨论

微生物接种剂,如根瘤菌剂、固氮细菌制剂、促生细菌剂等是用少量微生物接种于种子表面或土壤中,所以施用后不但要存活,而且要在量繁殖,才能发挥应有效果。而光合细菌的情况可能有所不同,当光合细菌用在水产养殖、有机废水处理中时,光合细菌主要是起降解、转化水中的有机物或残留农药、硫化氢、胺类等有毒化合物,这时光合细菌必须是活的,而且还要大量繁殖;而当光合细菌用在蔬菜地时,起作用的可能主要与光合细菌本身所含的丰富营养物质有关,这时光合细菌就不必是活的,当然也可能与红螺菌能够利用有机化合物在好气、黑暗条件下进行导养型营养方式生长有关。林志新在光合细菌对植物抗病毒活性的诱导作用研究中也发现,光合细菌培养液及光合细菌菌体破碎液均能诱导植物产生抗病毒感染活性的作用。

盆栽试验及大田试验均表明,光合细菌能促进土壤中固氮菌、放线菌、根瘤菌、细菌的生长,抑制丝状真菌的生长。光合细菌可促进作物对土壤中各养分的吸收,改善作物的品质、增加作物的产量。光合细菌增产的作用机理可能是综合作用的结果。主要原因有:光合细菌能产生许多促生长因子、维生素、辅酶Q和光合色素等,可激活植物细胞的活性,提高作物光合作用的能力;光合细菌富含脯氨酸和尿嘧啶,这些物质作用于作物的垂死生长期,能促进花芽形成,提高结实率,同时提高果实品质;光合细菌还改变土壤中的微生物区系,使土壤中的固氮菌、放线菌、根瘤菌等增加,使土壤中的丝状真菌减少,固氮菌和增殖能增进土壤生物固氮、增加土壤中生长刺激素和病菌抑制物的含量,放线菌的增殖有利于清除和防治由丝状真菌引起的植物病害,根瘤菌的增加有利于豆科植物的结瘤。另外光合细菌还能促进作物对各种养分的吸收,从而使植物体中各种必需元素的含量增加,这些必需元素是植物体中各种酶的激活剂,它们的增加能促进蛋白质、纤维素等物质的合成,从而能提高作物的产量和抗病能力。

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