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解硅微生物--阿氏芽孢杆菌在作物上的应用

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解硅微生物--阿氏芽孢杆菌在作物上的应用

分类:
新闻中心
发布时间:
2022/04/20
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阿氏芽孢杆菌Bacillus aryabhattai 被认为是一种根际促生菌,其促生效果相关研究已有很多。如Bacillus aryabhattai SRB02菌株,成功定殖在大豆根系后,促进植株生长,提高作物体内过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,进而增强大豆对高温胁迫的耐受性(Park et al., 2017)。此外,Chen等研究发现,Bacillus aryabhattai MCCC1K02966,对根结线虫具有灭杀和熏蒸活性(Chen et al., 2022)。另一菌株Bacillus aryabhattai SK1-7施用于杨树根际时,可分泌酸性物质,降低根际土壤的pH值,将不溶性钾转化为可溶性钾被植物吸收和利用(Chen et al., 2020)。

 

硅(Si)是地壳含量第二丰富的元素。在土壤中,硅以多种形式存在,如可溶性硅(H4SiO4)或无定形硅(铝硅酸盐或二氧化硅)等(Kurtz et al., 2002)。尽管硅在土壤中无处不在,却只有少部分可被植物利用(Epstein, 1994)。植物只能吸收单硅酸(H4SiO4)形态的硅(Casey et al., 2004年),并以SiO2·nH2O的形式积累硅,其数量级与其他主要养分相同(Epstein 1994)。由此可知硅元素对植物生长发育的重要性。另有研究指出,硅还能够增强不同作物耐盐胁迫(Liu et al., 2019)、耐干旱胁迫、耐高温胁迫(Soundararajan et al., 2014)、耐重金属胁迫、抗病(Fauteux et al., 2006)等能力,甚至可增加作物对食草动物损害的耐受性(Massey et al., 2009)。因此,硅能够提高植物耐生物和非生物胁迫的能力。 

 

作物吸收硅主要受两方面因素限制,其一:单硅酸利用率太低(Epstein, 1994),其二:以目前认知而言,作物吸收硅的能力与遗传特性有关,不同作物对单硅酸的识别能力不同(Shivaraj et al., 2022)。因此,运用有益微生物的植物根际定殖能力,在根圈解出水溶性硅,直接提供植物硅养分,间接促进其他营养元素的有效吸收,是提高硅吸收率的主要方向。

 

由河北萌帮水溶肥料股份有限公司研发生产的阿氏芽孢杆菌MB35-5菌株(Bacillus aryabhattai MB35-5)具有较强的解硅能力。室内生测试验表明,硅酸盐矿物(硅酸镁)与MB35-5菌株共同培养后,培养液中的水溶性硅浓度较对照增加了10.91 mg/kg,提升251.4%(表1)。田间试验表明,施用 MB35-5菌株处理的土壤中,有效硅含量增加了29.93 mg/kg,提升27.18%(表2)。由此可知,MB35-5菌株具有较好的解硅效果(Huang et al., 2021; 表1, 2)。

 

水稻作为喜硅作物,在黑龙江农垦科学院植保所的田间试验表明,底施MB35-5对水稻并未造成叶片黄化、畸形、矮化等不良现象,且可激发水稻分糵数的增加(图1),提高实粒数,提高理论产量与实际产量,使倒3,倒4节缩短,具抗倒伏作用(穆娟微, 2019)。另外,四川邛崃及安徽长水的水稻田间试验也表明,MB35-5菌株可促进水稻根系生长(图2),增加水稻产量(图3)。

图1: MB35-5菌株增加水稻分糵数

图2: MB35-5菌株激发水稻根系发育

图3: MB35-5菌株增加水稻产量

 

众所周知,番茄为非硅积累作物。但有研究表明,施用硅肥可有效缓解番茄盐胁迫(Li et al.,2015),减少细菌性青枯病(Ralstonia Solanacearum)的发病率(Jiang et al., 2019)。因此,对非硅积累作物而言,施用阿氏芽孢杆菌同样可以给作物带来很多好处,如增加养分吸收、增强光合能力和激发抗氧化潜能等(Shivaraj et al., 2022)。MB35-5菌株在番茄上的施用效果如下:(1)可促进土壤中养分的有效吸收(图4);(2)对后期果实成熟具有一定的促进作用。

 

图4: MB35-5菌株增强番茄长势

 

此外,MB35-5菌株在阳光玫瑰上的效果主要表现在:使用MB35-5菌株的葡萄叶片厚度较对照组约增厚了6.78%。叶片厚度增加可以增强叶片的抗逆性(图5)及光合能力,显著提高果实的膨大速度,增加产量(表3)。此外,有趣的是,经观察发现,MB35-5菌株处理组的阳光玫瑰果皮亮度、果实硬度及甜度等品质指标皆有所提升(图6),果粒排列较为紧密,采收后果实储存时间延长。与Cataldo等人的研究结论基本一致(Cataldo et al., 2022)。

图5: MB35-5菌株提高阳光玫瑰(葡萄)抗逆性

图6: MB35-5菌株提高阳光玫瑰(葡萄)品质

 

表3 : MB35-5菌株提高阳光玫瑰(葡萄)膨果速度

 

油桃萌芽期遭遇高温天气会导致叶芽先抽发,影响花芽发育,MB35-5菌株与元素营养结合使用后,油桃抗环境胁迫能力及膨果速度均显著提高(图7)。

 

图7: MB35-5菌株增强油桃抗高温胁迫及促进果实膨大表现

 

细菌在硅的生物地球化学循环中发挥着重要作用,参与硅的溶解和活化,包括硅氧烷(Si-O-Si)键的裂解过程。细菌通过各种机制破坏硅酸盐复合物,包括产生胞外阳离子配体(cation ligands)、有机和无机酸(organic and inorganic acids)、碱(alkali)、胺或氨(amines or ammonia)和多糖(polysaccharides)(Konhauser 2016)。在这些机制中,通过产生酸来溶解二氧化硅被认为是最普遍的。在MB35-5菌株发酵液中分离出的多种有机酸(表4),能有效地将土壤矿物硅转化为水溶性硅,进而使喜硅的水稻与非硅积累的番茄根系及植株长势健壮,并带动其他营养元素的吸收和利用。

 

表4:Bacillus aryabhattai MB35-5菌株代谢产物中的有机酸

 

萌帮®经过大量试验发现,阿氏芽孢杆菌MB35-5菌株可有效将矿物硅转化为水溶性硅,利于植物吸收利用(Huang et al., 2022),在水稻上生根、促长、抗倒伏等效果显著,在葡萄(红缇、阳光玫瑰、夏黑等品种)、番茄、草莓、色素辣椒、柑橘、生姜、冬枣等作物上促长、增产、促早熟以及提品质等方面表现突出。同时,MB35-5菌株还能促进土壤中其它营养元素的吸收利用,增强作物抵抗生物或非生物胁迫的能力。因此,通过生物方法补充作物硅养分将成为未来绿色可持续农业的重要途径。