俞海平， 傅庆林， 刘俊丽， 林义成， 郭彬， 刘琛*

(1.绍兴市上虞区农业技术推广中心，浙江 绍兴 312300； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

钾在水稻体内参与了光合作用、碳水化合物的转运、蛋白质合成等过程[1]。每季水稻钾吸收量为155.2 kg·hm-2，缺钾会抑制水稻的生长发育，降低水稻的产量和品质[2-3]。土壤中钾素含量丰富，但多以矿物钾和固定钾形式存在，不能被植物直接吸收。据报道，我国耕地钾素有效性较低，加之高强度的利用，作物收获带走了大量钾素，进一步加剧了土壤钾缺乏[4]。我国水稻主产区最佳施钾量为45～80 kg·hm-2，但我国钾矿资源稀少，50%～70%的钾肥都依赖进口，农业生产中钾肥施用量往往不足[5-6]。使用生物肥料替代传统化肥可以有效减少化肥使用，降低生产成本，促进生态友好型作物的生产。

许多研究表明，解钾细菌能分解含钾矿物，将土壤中的无效钾转化为速效养分，增加土壤中钾元素的含量[7]。葛红莲等[8]研究发现，用解钾细菌可显著提高黄瓜的根长、株高和质量。陈腊等[9]研究结果表明，接种解钾菌可以增加拔节期、吐丝期玉米的株高、地上生物量、叶面积指数和叶绿素。一方面，解钾菌产生的有机酸和无机酸可以通过降低其周围环境的pH，直接促进含钾矿物的风化，导致可交换性钾的缓慢释放，提高环境速效钾含量；另一方面，解钾菌可通过分泌多糖黏附于含钾矿物表面从而形成特殊的微环境来促进其解钾功能的发挥[10]。

本研究针对浙江地区红壤及气候特点，从水稻根际土中分离筛选高效解钾菌，通过盆栽试验研究其对水稻的促生潜力，同时将菌株与具有促磷吸收效应的丛枝菌根真菌进行混合培养，研究他们之间的互作效应，以期为微生物钾肥研发提供优良菌种资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤样品为浙江省建德市水稻根际土壤，装入无菌自封袋中，贴上标签，运回实验室进行解钾菌的分离。试验用培养基为亚历山大硅酸盐细菌培养基和牛肉膏蛋白胨培养基[11]。

1.2 解钾细菌的分离和筛选

称取5 g土壤的样品，加入45 mL无菌水，振荡约20 min后静置备用。按照梯度稀释法进行分离。挑选清晰且具有明显解钾圈的单个菌落，在解钾培养基上划线纯化。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)[9]。筛选后的菌株4 ℃保存在斜面培养基上，对其进行鉴定和促生效果验证。

1.3 解钾细菌的鉴定

参照文献[12]对解钾细菌进行菌种鉴定，鉴定内容包括菌株的培养特征、形态学观察、革兰氏染色、芽孢染色、荚膜染色以及菌种的生理生化测定。按照细菌基因组提取试剂盒说明书(Rapid Bacterial Genomic DNA Isolation Kit)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[9]，将PCR产物送生工生物科技(上海)有限公司进行测序。得到的16S rDNA序列在NCBI(National Center for Biotechnology Information)网站上进行BLAST序列比对分析，使用MEGA 7.0软件采用邻接法构建系统发育树，发育树用Bootstrap法(1 000次)重复检验。

1.4 解磷菌株对水稻生长的影响

1.4.1 处理设计

试验设置不接种处理为对照；接种解钾菌JK4(解钾菌处理)；接种丛枝菌根真菌(解磷菌处理)；同时接种丛枝菌根真菌和解钾菌JK4(组合菌处理)。每个处理3个重复。供试水稻品为甬优7872。

土壤有机质含量为12.3 g·kg-1，全氮含量为1.18 g·kg-1，速效磷含量为8.34 mg·kg-1，速效钾含量为76.8 mg·kg-1，pH 6.8。

1.4.2 测定指标

土壤速效钾、有效磷，以及植株中氮、磷、钾含量分别按照标准NY/T 889—2004、NY/T 1121.7—2014、NY/T 2017—2011测定。

1.5 数据分析

试验数据采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析，多重比较采用Turkey检验(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 土壤解钾细菌的筛选

从根际土壤中分离出5株解钾细菌，分别命名为JK1、JK2、JK3、JK4和JK5。采用以钾长石粉为唯一钾源的培养基对菌株的解钾能力进行测定，其中JK4的解钾圈最大，可溶性指数达到3.37(表1)。选择JK4进行后续研究。

表1 菌株在解钾培养基上的可溶性指数

2.2 解钾细菌的鉴定

菌落圆形，凸起，光滑，边缘整齐，表面光滑，无色透明。革兰氏染色阴性，菌体杆状，两端钝圆，有荚膜，菌体中央产生椭圆形芽孢，依据《伯杰氏细菌鉴定手册》，初步鉴定为芽胞杆菌。

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和株外源菌株的序列，和测试菌株一起采用邻接法构建系统发育树，如图1所示。JK4与Paenibacillusmucilaginosus序列相似性为99.8%，属于胶质芽孢杆菌属。

2.3 解钾细菌对水稻的促生作用

接种JK4后水稻的籽粒和秸秆的全钾含量分别为3.44 g·kg-1和34.7 g·kg-1，与不接种对照相比，分别提高0.15 g·kg-1和5.70 g·kg-1。土壤有效钾含量为140.3 mg·kg-1，而对照仅为75.7 mg kg-1，达到显著性差异。结果表明，解钾菌株对水稻具有较好的促生作用。

丛枝菌根真菌处理水稻的籽粒和秸秆的全磷含量分别为3.24 g·kg-1和1.79 g·kg-1，与对照相比，分别提高0.41 g·kg-1和0.24 g·kg-1。土壤有效磷含量为17.7 mg·kg-1，而对照仅为12.7 mg·kg-1，达到显著性差异(表2)。图2表明，丛枝菌根真菌可以促进水稻对磷的吸收。但同时接种解钾菌和丛枝菌根真菌后，土壤速效钾与对照差异不明显。

柱上无相同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)。图2 接种菌对土壤速效养分含量的影响

3 小结与讨论

近年来，由于钾肥价格较高，加之农民偏重施氮磷肥，轻视钾肥的作用，导致稻田钾素亏缺，对水稻增产潜力和土壤健康造成不利影响[13]。研究表明，解钾菌对含钾硅酸矿物具有分解作用，可以提高土壤钾的有效性，促进植物根系吸收利用，达到提高作物产量和品质的目的[14]。不少学者针对不同作物筛选的解钾菌，其解钾能力受土壤类型、钾矿类型、土壤pH、钾离子浓度等诸多因素的影响[15]。如赵君等[16]从南方红壤区杉木人工林根际土壤中筛选出的解钾菌解钾率为60.49%，宋聪等[17]筛选的解钾菌发酵15 d后，发酵液中可溶性钾含量达到37.77 mg·L-1，吴红艳等[18]从番茄土壤中筛选的解钾菌K02发酵液中可溶性钾含量高达41.84 mg·L-1。应用高效的解钾菌可以改善多种作物的生长、抗逆性品质和产量。朱娟娟等[19]发现解钾菌能够提高枸杞叶片类黄酮、荧光激发比花青素相对指数、花青素和氮素平衡指数，降低O2·-和H2O2含量，增加可溶性糖含量及过氧化氢酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶和转化酶活性，缓解盐胁迫对枸杞幼苗的影响。这些研究说明，应用高效的解钾菌可以改善作物的生长。本研究中接种解钾菌后土壤有效钾含量相比对照增加了64.6 mg·kg-1，达到显著性差异，说明解钾菌可以活化土壤中的无效钾，从而提高土壤钾的生物有效性。本研究各处理水稻籽粒的全钾含量无显著差异。Xu等[2]分析了2 216份水稻籽粒样品，发现水稻籽粒钾含量在0.31%，因此，水稻吸收的钾主要存储在营养器官(秸秆)中，籽粒中相对较少，说明水稻籽粒钾含量一般不受钾肥施用量的影响，主要由基因型决定[20]。

刘晓倩等[21]研究结果表明，混合施用解磷菌、解钾菌使土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶4种生物酶类活性分别比对照提高了40.2%、95.6%、119.4% 和 29.0%，显著增加烤烟的产量和产值。杨冬艳等[22]研究发现，溶磷菌和解钾菌配施产生了叠加效应，土壤速效氮、磷、钾含量显著高于其他处理。而在本研究中，解钾菌与丛植菌根真菌混施后，仅促进了磷的活化，但对钾的影响不显著。可能是由于解钾菌与丛植菌根真菌混配后产生了竞争关系，不利于解钾菌在根部的定植和存活。因此，掌握这些微生物之间的相互作用，将几种微生物有机混合在一起，确定菌剂的最佳组合，对微生物菌肥的开发利用有重要意义。