生物膜化生物肥对马尾松幼苗气体交换和生物量累积的影响

摘要：生物膜化生物肥是目前国际上流行的一种生物肥，因不同的植物所需的微生物种类不同，在其应用到实际生产之前需进行相应的实验，为了更好地培育马尾松幼苗，本研究利用一种自制的生物膜化生物肥，将其应用到马尾松幼苗的培育上，以期检验其效果。实验结果表明，生物膜化生物肥的使用可以显著地增加马尾松幼苗的净光合速率，而显著地降低其胞间二氧化碳浓度，但显著降低光能和水分利用效率。生物膜化生物肥可以显著地增大Y（II）、ETR和Fv/Fm，而对qP和qN没有显著的影响。光合速率的增大导致马尾松幼苗的根、地上部分以及总生物量地显著增加。这些结果表明，本生物膜化生物肥能够应用到马尾松幼苗的培育。
关键词：生物膜化生物肥；马尾松；气体交换；生物量累积
中图分类号：S723.1+3文献标识码：A文章编号：1004-3020（2017）05-006-04The Effects of Biofilmed Biofertilizer Infection on Gas Exchange
and Biomass Accumulation of Pinus massoniana SeedlingsXiang Qingsong
（Forestry Bureau of JianshiEnshi445300）
Abstract： Biofilmed biofertilizers （BFBF） are different from regular biofertilizers. Different plants symbiose with different microorganisms， therefore BFBF should be tested before they are used in agriculture and forestry. In the present study， a new BFBF was used in culture of Pinus massonicana seedlings. These results showed that the BFBF significantly increased net photosynthesis rate and decreased intercellular CO2 concentration， and at the same time significantly reduced the use efficiency of water and light. The BFBF significantly increased Y（II）， ETR， and Fv/Fm， but showed no effect on qP and qN. Increase in net photosynthesis rate induced by the BFBF resulted in significant increase in root biomass， shoot biomass， and total biomass.
Key words：biofilmed biofertilizer；Pinus massoniana；gas exchange；biomass accumulation
在中國目前的经济发展状况下，农村大部分青壮年劳力纷纷进入城市工作，留守在农村的为老弱妇女。这些人无力在保证农作物生长良好、产量高的条件下，继续保持农田肥力的持续维持。在农作过程中，他们大量使用化学肥料，而极少使用有机肥，从而使农田肥力持续下降，同时对农田周围的河流湖泊造成面源污染。
面对严重的环境问题，环境友好型的农业耕作栽培技术得到了广泛的推广[1]。这些技术的推广旨在维持农田土壤的持续性以及农业害虫的管理。在这种大背景下，生物膜化生物肥的使用为人们大力提倡。
生物膜化生物肥是指由多种有益的微生物构成的复杂群落以及具有粘性的细胞外聚合物质组成的复合体薄膜 。这些有益的微生物包括固氮菌和溶磷真菌。在生物膜化生物肥中，有益微生物是固定的，它们被包裹在细胞外聚合物中，与环境中的其它微生物建立紧密联系。在生物膜化生物肥中，微生物占其干重的比例低于10%，而细胞外聚合物则超过90%。这类生物膜附着在植物根系表面，可被用作生物膜化的生物肥和非豆科植物的生物控制剂。目前，国际上生物膜化生物肥已在水稻、茶叶、小麦、玉米、西红柿、辣椒、大白菜等农作物上得到评价与应用[15]。生物膜化生物肥的优点是：①生物膜化生物肥中的聚合物可以为自身的微生物和植物根际微生物提供营养；②生物膜化生物肥可以加强土壤颗粒形成团粒结构以改善土壤结构；③聚合物可以帮助植物免遭水分胁迫；④生物膜内的微生物可以促进植物对养分的吸收；⑤生物膜内的微生物可以增强植物的抗病和抗虫能力。在农田条件下，生物膜化生物肥可以节省50%的化肥而不降低农作物的产量[6]。这样，生物膜化生物肥比传统的生物肥对农民更具有吸引力。正因为如此，目前在国外大力开展生物膜化生物肥的基础研究和应用研究[5，78]。
湖北林业科技第46卷第5期向青松：生物膜化生物肥对马尾松幼苗气体交换和生物量累积的影响生物膜化生物肥是当前国际上流行的新型生物肥，它与通常的生物肥不同。目前，生物膜化生物肥在园艺作物生产上应用较多，而在林业苗木生产运用较少，而且不同的植物所共生的微生物不同，因此，生物膜生物肥在应用林木苗木生产之前，需进行实验，然后确定生物膜生物肥的微生物组成，最后才能在实际生产上进行应用。本研究试图将生物膜化生物肥应用于林业苗木生产上，为苗木生产节省生产成本，同时为维持苗床土壤肥力提供一种新途径。
1材料与试验方法
1.1试验材料
马尾松种子从林木种子公司购买。以05%高锰酸钾溶液对马尾松种子进行消毒 15 min，清洗后播入装有素沙的塑料盆中。待发芽长出一片真叶后移入装有培养基质的塑料盆（直径25 cm），每盆栽植3棵小苗。一周后对小苗进行接种处理：每盆加入20 mL生物膜化生物肥。该生物膜化生物肥由铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、哈茨木霉（Trichoderma harzianum Rifai）、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium de Bary）等菌种和1%的生物聚合物组成。对照处理只浇灌20 mL的1%生物聚合物。各个处理均20盆。所有苗木放在露天培养，根据培养基质的水分情况进行浇水。
1.2气体交换和荧光的测定
气体交换采用LiCor 6400 光合仪（美国LI-COR公司）测定。在晴朗的上午900～1200，采用该光合仪的配件针叶叶室测定，每个处理选择生长状况一致的20株小苗进行测定。荧光参数测定采用JuniorPAM荧光仪（德国 WALZ 公司），在已测定气体交换的马尾松幼苗上选择3根针叶，并拢后夹上荧光叶室。测定时PAR强度设置为190 μmol·m-2· s-1。
1.3生物量分析
将马尾松幼苗从培养基质中取出，用自来水清洗干净后带回实验室，将幼苗用吸水纸吸干表面水分后装入信封，然后在烘箱中以80 ℃温度烘12 h。带样品冷却后，用剪刀从根颈处将幼苗分开，然后以分析天平分别称量。
1.4数据处理
根茎比以各幼苗的根生物量除以其地上部分的生物量计算。以SPSS软件（v10）对气体交换和荧光各参数进行统计分析，以p=005为差异显著性检验水平，分析处理组和对照组各参数之间的差异。
2试验结果
2.1接种对马尾松幼苗气体交换的影响
接种显著地增加了马尾松幼苗的净光合速率和蒸腾速率（图1A，p<005），而显著降低叶片胞间二氧化碳的浓度（图1B，p005），而显著地增大了水分亏缺（图1C，p<005）。
2.2接种对水分和光能利用效率的影响
接种对马尾松幼苗水分和光能利用效率产生了影响（图2）。从图2来看，接种显著地降低了马尾松幼苗的水分利用效率（图2A）和光能利用效率（图2B）（p<005）。
2.3接种对叶绿素荧光参数的影响
接种对不同的叶绿素荧光参数的影响不同（图3）。接种显著地增加了Y（Ⅱ）（图3A， p005）。接种对NPQ没有显著地影响（图3B，p>005），而显著地增
加Fv/Fm （图3B，p<005），也显著增大ETR（图3C， p005），对荧光参数qP和qN也没有显著的影响（图3E，p>005）。
2.4接种对生物量累积和根茎比的影响
接种显著地增加了马尾松幼苗根、茎和总生物量（图4A，p005）
3讨论
本研究所用的生物膜化生物肥的使用可显著地增大马尾松幼苗净光合作用速率（图1A），这种效果来自生物膜化生物肥对光合作用机制的影响。它对光合作用机制的影响又分为两个方面，其一是该生物膜化生物肥可以显著地降低马尾松幼苗叶片的胞间二氧化碳的浓度（图1B），其次，这种生物膜化生物肥的使用显著增加了Y（II）、Fv/Fm和ETR，尽管它没有对qP和qN没有显著的影响（图3E），对Y（NO）和Y（NPQ）也没有显著的影响（图3D）。
凈光合作用速率的显著增加（图1A）引起了马尾松幼苗生物量累积的变换。尽管生物膜化生物肥中的微生物在植物根际活动会增大植物向根际的碳输送，但并没有引起根生物量和总生物量的下降，反而导致根生物量、地上部分生物量和总生物量的显著增加（图4A）。从此可以看出该生物膜化生物肥对马尾松幼苗的增效作用。
从图2A来看，该生物膜化生物肥显著地降低了马尾松幼苗的水分利用效率，因此建议在使用该生物膜化生物肥时，需加强其水分管理以增强该生物膜化生物肥的效果。
参考文献
[1]Jayasinghearachchi HS， Seneviratne G.. Fungal solubilization of rock phosphate is enhanced by forming fungalrhizobia biofilms[J]. Soil Biol Biochem，2006，38：405408.
[2]Seneviratne G， Zavahir JS， Bandara WMMS et al. Fungalbacterial biofilms： their development for novel biotechnological applications[J].World J Microbiol Biotechnol， 2008，24：739743.
[3]Seneviratne G， Thilakaratne RMMS， Jayasekara APDA， et al. Developing bene？cial microbial bio？lms on roots of non legumes： A novel biofertilizing technique. In： Khan MS， Zaidi A， Musarrat J， eds. Microbial Strategies for Crop Improvement[M]. New York， SpringerVerlag Berlin Heidelberg，2009：5162.
[4]Buddhika UVA， Athauda ARWPK， Seneviratne G， et al. Emergence of diverse microbes on application of biofilmed biofertilizers to a maize growing soil[J].Ceylon Journal of Science （Bio. Sci.），2013，42 （2）： 8794.
[5]Herath HMLI， Menikdiwela KR， Igalavithana AD，et al. Developed Fungalbacterial biofilms having nitrogen fixers： universal biofertilizers for legumes and nonlegumes. In： de Bruijn FJ. Eds[M]. Biological Nitrogen Fixation， Volume 2. New Jersey， John Wiley & Sons， 2015：10411046.
[6]Seneviratne G， Jayasekara A， De Silva MSDL， et al. Developed microbial biofilms can restore deteriorated conventional agricultural soils[J]. Soil Biol Biochem，2011，43： 10591062.
[7]Dakora FD.Lumichrome： a bacterial signal molecule influencing plant growth In： de Bruijn FJ. Eds[M]. Biological Nitrogen Fixation， Volume 1. New Jersey， John Wiley & Sons， 2015：389396.
[8]Janczarek M. Exopolysaccharide production in rhizobia is regulated by environmental factors. In： de Bruijn FJ. Eds[M]. Biological Nitrogen Fixation， Volume 1. New Jersey， John Wiley & Sons， 2015：365380.（责任编辑：夏剑萍）第46卷第5期
2017年10月湖 北 林 业 科 技