陈敏洁，满梅莲，宋雁飞，戚兴来，王 晓，孙 堆，牛 磊，郑春丽，2

（1.内蒙古科技大学生命科学与技术学院，内蒙古 包头 014010；2.内蒙古科技大学能源与环境学院/白云鄂博矿多金属资源综合利用省部共建国家重点实验室，内蒙古 包头 014010 ）

近年来，随着农业可持续发展战略的实施，单施化肥给生态环境造成了危害，农作物品质也受到影响。因此保证无公害绿色食品安全无污染生产，成为社会的焦点［1］。多年大量施用化学肥料，不仅造成化肥的利用率低，还造成了土壤板结、肥力下降从而导致微生态失衡，使土地生产能力下降［2］，甚至对水体和空气造成污染［3］，蔬菜的可食用安全性降低。刘伟等［4］研究表明，增施氮素使菠菜中硝酸盐含量上升，硝酸盐在人体内会转变成亚硝酸盐，影响人们的身体健康。微生物肥料是利用活性微生物的生命活动使植物得到养分的一种新型肥料生物制品，由于具有增加土壤多样性、改善农产品品质的特性，其研究和开发得到了高度重视［5-9］。微生物菌肥无害无毒、肥效显著且工艺简单，但单施微生物菌剂有一定缺陷，而微生物菌剂与化肥配施处理，对油麦菜促生效果显著，单株生产力提高明显［10-11］。微生物菌剂与化肥配施，使植物对营养元素的吸收能力增强，且植物中维生素C和可溶性糖含量也显著提高［12-13］。赵庆雷等［14］通过长期定位试验发现，微生物菌剂配施下，土壤磷元素的累积解吸率比只施化肥大幅度提高，提高达72.2 %。

由于包头地处河套平原，土壤偏碱性，因此我们采用包头本地尾矿库筛选的Bacillus pumilus菌株进行配施试验。B.pumilus隶属于芽孢杆菌属，对动、植物无致病性［15-17］，其大量存在于土壤和植物根系中，能促进植物生长、增加作物抗逆性［18-19］。由于尾矿库环境恶劣，在该区域筛选的菌生命力顽强，能较好地适应包头本地的盐碱化土壤［20］，对于促进包头化肥合理施用具有非常重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤取自包头麻池镇农用地，其含水率为4%，pH值 7.71，有机质含量为3.72%，速效磷1.36 mg/kg，速效钾166.36 mg/kg，速效氮29.53 mg/kg，蔗糖酶酶活26.74 mg/g·d；供试作物为油麦菜苗，由包头市万开生物有限责任公司提供；供试菌种Bacillus pumilus由本白云鄂博矿多金属资源综合利用省部共建国家重点实验室从包钢集团尾矿库土壤中筛选保存；供试化肥原料为过磷酸钙、尿素、硫酸钾。

1.2 试验方法

试验选用直径12 cm的盆钵，加入土与蛭石重量比为2 : 1，土样室温烘干，过0.178 mm筛，混匀，每盆栽种4棵油麦菜苗，菌剂按100 mL/盆（菌数量≈1×1010个）喷洒到盆内，对照加入100 mL/盆去离子水，倒入300 mL蒸馏水溶解的肥料，进行Bacillus pumilus菌剂与化肥配施处理。试验设8个处理（表1），每个处理3次重复，每个重复2盆。每隔2 d浇水1次，每次300 mL，30℃，24 h光照，种植29 d。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 油麦菜株高、鲜重、干物质含量测定油麦菜苗盆栽定植后29 d取样，株高用直尺测定，鲜重用天平测定。干物质测定：取称量皿，开盖放入烘箱，115℃烘30 min，取出，在干燥器中冷却至室温后称重，继续烘干至“恒重”；将粉碎、混匀的油麦菜和根平铺称量皿中，尽快称量后置于已预热至115℃的烘箱中，烘干3 h，取出，盖上称量盖，移入干燥器中冷却后称重。

1.3.2 油麦菜食用品质及微量元素测定 油麦菜中维生素C含量测定采用2, 6 -二氯靛酚滴定法［21］，蛋白质含量测定采用凯式定氮法［22］，总糖含量测定采用苯酚-硫酸法［23］，微量元素含量的测定采用原子吸收分光光度法［24］。

表1 Bacillus pumilus菌剂与化肥配施方案

1.3.3Bacillus pumilus菌株解磷功能的验证 将Bacillus pumilus菌株分别接种于无机磷培养基（C6H12O6：10 g/L；（NH4）2SO4：0.5g/L；MgSO4·7H2O：0.3 g/L；NaCl：0.3 g/L；KCl：0.3 g/L；FeSO4·7H2O：0.03 g/L；MnSO4·4H2O：0.03 g/L；Ca（PO4）2：10 g/L；琼脂粉：20 g/L［25］）和有机磷培养基（C6H12O6：10 g/L；（NH4）2SO4：0.5 g/L；NaCl：0.3 g/L；MgSO4·7H2O：0.3 g/L；Ca（PO4）2：10 g/L；MnSO4·4H2O：0.03 g/L；FeSO4：0.03 g/L；卵磷脂：0.2 g/L；琼脂粉：20 g/L［26］）中，30℃培养3～5 d，观察透明圈的生成。

2 结果与分析

2.1 油麦菜生理指标测定

对化肥处理、化肥与菌剂配施处理油麦菜地上部分即株高、鲜重、干物质和地下部分即根长、根重、根干物质进行测量，结果见图1和图2。由图1可知，在B.pumilus菌剂与化肥配施的情况下，油麦菜的株高、鲜重以及干物质量有不同程度的增加。与不添加化肥和菌剂的对照相比，氮磷肥与菌剂配施处理的油麦菜株高和鲜重分别增加26.54%和353.95%，磷肥与菌剂的配施使干物质量增加303.83%；磷肥与微生物菌肥配施的增产效果好于与氮肥和钾肥配施。与单施微生物菌肥对照相比，菌剂与磷肥配施处理的油麦菜株高、鲜重和干物质含量分别增加15.23%、98.7%和98.12%。由此可见，B.pumilus菌剂与化肥配施，能很好地促进油麦菜根上部分的生长，尤其是对鲜重和干物质的增加效果显著，这可能是B.pumilus菌剂能与油麦菜发生相互作用，促进了营养物质的吸收和转化。

图1 化肥及菌剂配施处理油麦菜地上部分生长指标测定结果

图2 化肥及菌剂配施处理油麦菜地下部分生长指标测定结果

由图2可知，在B.pumilus菌剂与化肥配施的情况下，与不添加化肥和菌剂的对照相比，油麦菜的根长、根鲜重、根的干物质量分别增加210.18%、163.89%和328.30%。菌剂与氮肥、磷肥配施处理，油麦菜根长比单施用菌剂对照分别增加34.77%和82.61%，而钾肥与菌剂配施在一定程度上抑制了根的生长；菌剂与磷肥配施，根鲜重比单施菌剂增加50.79%；B.pumilus菌剂与氮肥、磷肥、氮磷钾肥配施，根的干物质量分别比单施氮肥、磷肥、氮磷钾肥增加128.3%、55.17%及31.4%，比单施用菌剂分别增加66.0%、112.3%及26.4%。由此可见，B.pumilus菌剂与化肥配施的效果好于单施化肥，其中与磷肥配施的效果最好。其原因可能是B.pumilus菌株的胞外分泌物对植物起到类似于吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素和细胞分裂素等促进植物生长的作用［27］。

2.2 油麦菜营养品质测定

油麦菜中的维生素C可帮助人体内铁的吸收，预防坏血病［28］，而蛋白质是构成和修复人的神经、肌肉、内脏、血液、骨骼等组织细胞的材料。另外糖类物质则对人体的细胞和组织具有一定的保护作用［29］。B.pumilus菌剂与化学的配施对油麦菜中VC、总蛋白和总糖含量的影响见图3。B.pumilus菌剂与化肥配施处理下，油麦菜的VC、蛋白质及总糖含量均有一定程度的提高。由图3A可知，B.pumilus菌剂的添加，总体使油麦菜VC含量增加，其中菌剂与氮钾肥的配施使得VC含量增加100%，比单施菌剂增加50%；由图3B可知，不同化肥处理下，油麦菜的蛋白质含量差异较大，氮肥的施用可以增加总蛋白含量，较磷肥、钾肥和空白对照分别高29.7%、171.4%和119.4%，而配施菌剂，对于蛋白质的含量变化有较大的影响，其中菌剂与氮磷钾肥共施可使油麦菜总蛋白含量增加64.8%；由图3C可知，氮肥的施加不仅可以增加油麦菜中蛋白质的含量，还对总糖的增加有明显的效果，较不施用任何肥料的对照增加283.50%，而菌剂的施加总体使油麦菜总糖含量明显增加。单施磷肥较不施肥，油麦菜总糖含量增加117.1%，而菌剂与磷肥配施使油麦菜中总糖含量增加115.5%。由此可见，菌剂的配施对于油麦菜营养品质的提升有明显的效果。这可能是由于菌剂与化肥配施处理后改良了土壤环境，从而有利于油麦菜中营养物质的积累［30］。

图3 化肥及菌剂配施处理油麦菜营养成分测定结果

2.3 油麦菜微量元素测定

钾、镁、钠是植物所需的微量元素，其中钾元素能促进植物生长，提高作物的抗病性；镁元素是叶绿素的重要组成成分之一，在植物合成叶绿素过程中是必不可少的；钠元素可以提高细胞原生质的亲水性，提高了细胞的保水潜力，在一定程度上可以降低植物的蒸腾作用。因此， 钾、镁、钠元素的含量在一定程度上能够体现植株的生长能力及健康性。

从图4A可以看出，B.pumilus菌剂的添加能够总体提高油麦菜中钾的含量，其中与氮磷钾肥配施处理使钾含量达到最高，比空白对照高116.2%；而菌剂与磷肥配施，油麦菜钾含量比单施磷肥高159.4%。由此可见，钾肥可以明显提高植物体内钾元素的含量，在钾肥的基础上施加氮肥和磷肥，钾元素的含量有升高的趋势。由图4B可知，只有B.pumilus菌剂与氮肥的配施能提高油麦菜的镁含量，比对照增加35.73%，菌剂的添加及化肥的添加对镁元素含量影响不大。对镁元素含量略有影响的是氮肥、钾肥，分别比空白组增加了32.38%、26.89%。从图4C可以看出，B.pumilus菌剂的施用对油麦菜体内钠元素的积累有一定负作用，而单施化肥的配施处理增加了钠元素含量，氮肥与磷肥的配施下钠元素的含量比空白试验增加28.11%。由此可见，B.pumilus菌剂对油麦菜中微量元素的含量会产生影响，但变化趋势不显著，当菌剂与钾肥和氮磷钾肥配施时，油麦菜中钾元素的含量较高，油麦菜中镁元素受菌剂的影响较小，但钠元素总的趋势是呈下降状态，其原因至今尚不明确，还需要进一步探索。

图4 化肥及菌剂配施处理的油麦菜微量元素含量

2.4 Bacillus pumilus解磷功能的验证

B.pumilus菌剂不仅对油麦菜有一定的促生作用，通过解磷实验，验证其是否具有解无机磷和有机磷的作用，达到促生效果，其解磷效果见图5。图5A的溶磷圈为B.pumilus菌株利用低溶解性的磷酸盐为唯一磷源生长产生的，表明该菌株具有溶解无机磷的能力；图5B为B.pumilus菌株在卵磷脂培养基生长所产生的溶磷圈，说明该菌株具解有机磷的能力，由此推测B.pumilus菌株可能通过自身的生理功能向外分泌并释放出酸性分泌物，这类酸性物质的扩散，使得难溶性的磷在酸性分泌物的作用下溶解，形成溶磷圈。也有报道证明，出现溶磷圈可能是一些其他的分泌物，如螯合性或络合物等造成［31-32］。经B.pumilus菌株处理后油麦菜中的各项生理指标和品质指标与对照相比都有提高，说明B.pumilus菌株可能对植物的营养生理代谢产生影响，促进植株生长以及植物对氮、磷等营养元素的吸收［33-34］。

图5 B.pumilus菌剂解磷实验结果

3 结论

芽胞杆菌属是一类应用较广泛的植物根际促生细菌，具有促进植物生长和诱导植物抗病性的作用［35］。研究表明，B.pumilus对拟南芥、烟草、大豆和辣椒等植物的生长具有明显的促进作用［36］。本研究通过包头本地尾矿库筛选的B.pumilus菌株进行配施研究，得到以下结论：Bacillus pumilus菌剂对油麦菜根的生长及幼苗的株高和株重具有促进作用，单施菌剂对油麦菜增产效果较与化肥的配施处理的效果显著差，菌剂与磷的配施处理能够明显提高油麦菜盆产量；Bacillus pumilus菌剂对于改善油麦菜的品质也有一定的功能，维生素C和植物总糖的含量都在不同的程度范围内有一定的改善和提高，蛋白质的含量受微生物菌剂的影响较小，与施用氮肥等不同的配施处理有关，氮肥与菌剂的配施能够提高油麦菜对氮素的吸收和利用；菌剂对油麦菜中微量元素也产生一定的影响，但变化趋势不显著，当菌剂与钾肥和氮磷钾肥配施时，油麦菜中钾元素的含量较高，油麦菜中镁元素受菌剂的影响较小，但是与前两种元素变化趋势不一样的是钠元素，它的总的趋势是呈下降状态，其原因尚不明确，还需要进一步探索。B.pumilus菌株具有一定分解无机磷和有机磷的能力，有助于将土壤中不可利用的磷元素转化为可被油麦菜吸收的磷肥，从而加快油麦菜的长势。