文摘
作者研究了不同剂量的影响矿产肥料结合co-inoculation枯草芽孢杆菌和木霉属asperellum促进植物生长和使用有效的植物营养素Urochloa(Syn。Brachiaria)brizantha简历。Marandu。个人实验剂量的营养氮(N)、磷(P),和钾(K)。实验是在一个完全随机设计,进行阶乘3×5。治疗:控制noninoculation,接种芽孢杆菌subtilisufra - 92和coinoculation(混合)t . asperellum(UFRA-09 UFRA-06 UFRA-12和UFRA-52) +枯草芽孢杆菌x营养遗漏(0%、25%、50%、75%和100%)。每个治疗五复制。生物特征参数、养分含量和养分利用效率进行评估。结果表明,菌剂促进增长Marandu草。菌剂的使用促进增长和增加N, P, K吸收Marandu草。Co-inoculation改变叶面积、拍摄长度伸长速率,和叶出现N和K和根干质量为P .此外,Co-inoculation结合剂量的75%的N, P的50%,和50%的K叶子的营养含量增加了256%的N, P的280%,和29%的K,提供了更大的农艺效率,增量的462%的N, P的544%,和177%的K,而控制治疗。我们提出的co-inoculation的潜力枯草芽孢杆菌和t . asperellum促进的发展Urochloa在减少施肥。有植物生长和养分利用效率的改善。
1。介绍
满足全球粮食需求需要高效的农业管理。预测需求更大的土地利用和增加矿物肥料的必要性,据估计,2050年,5200万吨化肥将消耗1]。目前,巴西是世界上排名第四的化肥消费,这意味着高成本,可能更大的对环境的影响(2]。活动,如农业在这个场景中有自己的贡献。虽然从历史上看,很少使用化肥在牧场的准备,目前有更多地使用(3]。在巴西亚马逊河,还有至少5660万公顷的牧场,是贫穷和土壤退化的主要问题(4]。
土地集约利用演示了需要开发替代技术来有效地使用营养和少做一些对环境的破坏。因此,刺激微生物的使用可以贡献作为一种强有力的工具。研究使用微生物在不同的文化中表明,他们有不同的行动模式,有利于植物的生长,主要是由于使用的营养越好。刺激微生物负责矿化氮,磷,钾溶解(5]。此外,他们可以改变植物激素的合成,如生长素和赤霉素(6]。
Bioinoculation在草丛中技术使用和显示增加的增长属(Azospirillum brasilense,香附子,Megathyrsus)。接种的答:brasilense与氮施肥有关香附子对拍干质量提升积极作用(7]。biopromoter的使用Megathyrsus(Syn。黍)提升显著增加射击和根生物量的积累和更高浓度的宏和微量元素8]。的影响木霉属在草地上发展需要阐明,以验证是否促进增加,如其他作物所示禾本科家庭(9- - - - - -11]。接种的木霉属孪生和增长的速度增加多花黑麦草相比noninoculated治疗(12]。芽孢杆菌接种在多花黑麦草提升显著增加拍摄生物质(13]。以前的结果报告芽孢杆菌sp.和木霉属sp.促生长因子,这导致一些作物的更好的发展禾本科家庭,如大米,玉米,小麦14- - - - - -17]。
属应用在这项研究中,在其他文化促进经济增长的特点,需要研究菌剂在草丛中,旨在提高经济增长和减少矿产受精。因此,目标是研究不同剂量的影响矿物肥料结合co-inoculation枯草芽孢杆菌和木霉属asperellum对经济增长的促进和养分利用效率Urochloa(Syn。Brachiaria)brizantha简历。Marandu。
2。材料和方法
2.1。描述的实验区域
实验是在联邦的苗木生产单位进行农村亚马逊大学贝伦,巴西的帕拉州。温度是32°C,湿度75%,根据Koppen分类和区域气候Afi (18]。
2.2。微生物的分离
微生物隔离存储和保存在微生物实验室属于植物保护的集合(PPL)联邦大学农村亚马逊。枯草芽孢杆菌ufra - 92(基因库MN175193)从巴西莓手掌是孤立和植物生长促进试验(19]。此外,四个隔离木霉属asperellum(UFRA-09 UFRA-06 UFRA-12和UFRA-52)从根际土壤退化和孤立的亚马逊原始森林地区植物生长促进和测试(20.]。
2.3。微生物制剂和接种
的枯草芽孢杆菌在523年发展固体培养基为24小时28°C。这是微生物生长的培养基。然后,细菌悬浮液用灭菌水就做好了准备。浓度在550 nm的分光光度计,调整相应的108菌落(cfu) [21,22]。的隔离t . asperellum生长在PDA培养基在±28°C, 12 h光周期为七天。然后,准备用灭菌水悬浮液,浓度调整到6×108分生孢子毫升−1(20.]。灌溉幼苗出现后进行了14天,并且每个花瓶的聚乙烯收到5毫升的微生物悬浮(23]。当co-inoculated, 2.5毫升枯草芽孢杆菌和2.5毫升的t . asperellum被使用。
2.4。实验设计
同时和独立的实验进行了评估受精时剂量的氮的影响(实验1),(Exp。2),磷和钾(Exp。3)减少和相关微生物的接种。实验是在一个完全随机设计进行factorial3×5。治疗是控制没有接种,接种枯草芽孢杆菌ufra - 92, coinoculation(混合)t . asperellum(UFRA-09 UFRA-06 UFRA-12和UFRA-52) +枯草芽孢杆菌x营养遗漏(0%,25%,50%,75%,100%),每个治疗五个复制。
2.5。衬底和播种
土壤是农业科学研究所的收集(UFRA)在0 - 20 cm层和归类为营养不良的黄色砖红壤砂壤土纹理(24]。土壤化学分析根据(25并提出了表S1。最初,十的种子Urochloa(Syn。Brachiaria)brizantha简历。Marandu聚乙烯锅(20厘米×30厘米×0.05厘米),经过14天的播种了,留下一个工厂每锅。
2.6。矿物受精
矿物进行了施肥播种前七天。用于受精的剂量是0,25岁,50岁,75年,根据推荐100%作物[26]。和使用的来源是尿素(N),简单的superphosphate-P2O5(P)和钾chloride-K2O (K)。在实验1中,N剂量测试和推荐是50公斤·哈−1,相当于0.208 g /花瓶。不管N剂量,推荐施肥的P(80公斤·哈−1)和K(40公斤·哈−1)执行。在实验2中,P的推荐剂量测试80公斤·哈−1,相当于0.834 g /花瓶。无论剂量P, N(50公斤·哈−1)和K(40公斤·哈−1)受精。在实验3中,K剂量进行了测试和推荐40公斤·哈−1,相当于0.125 g /花瓶。不管K剂量,N(50公斤·哈−1)和P(80公斤·哈−1)受精。
2.7。形态形成和生物分析
出现在35天后,生物参数进行了评估和计算根据Gomide Gomide [27]:叶出现率(守护神——树叶。舵柄1。一天1)被发现叶子出现的数量除以周期的天数评估、叶伸长速率(l - cm。舵柄1。一天1最后被发现的区别和叶片的初始长度除以天数的实验。株高、叶和根干质量也测量,并使用方程(叶面积计算Y= 0.7480×(长×宽))(28生物量评估,收集五植物治疗分为芽和根。植物干在烤箱(60°C),直到达到恒定的质量。
2.8。营养分析
树叶被收集并放置在烤箱干强迫空气循环,在平均温度为60°C,直到达到恒重。之后,进行了铣削模型开松机,确保样品的均质化。随后,植物组织的分解,确定水平的养分(N, P, K)和高氯的硝酸溶解,使用湿法[25]。
2.9。养分利用效率(自虐)
营养的效率利用农艺效率计算(AE),生理效率(PE),明显采收率(是),和营养反应效率胚根端胚乳)(根据Choudhary et al。29日),使用下面的公式: PBVI =生产的生物质接种锅,PBVNI =生产的生物质未经变质处理的罐子,纳=从接种锅营养吸收,从未经变质处理的锅和NAVNI =营养吸收。
2.10。统计分析
残差的数据评估常态Kolmogorov-Smirnov测试。然后,他们进行方差分析,当F值是显著的,SNK测试执行5%的概率为微生物的分离效果。当有一个孤立效应之间的剂量和互动因素,进行回归分析(表S2)。营养分析数据受到t以及( )。
3所示。结果
生物变量显示剂量和微生物之间的相互作用因素( )。N因子剂量和微生物高度显著的变量,叶面积和叶出现率。株高提出调整二次回归模型与最高效率点为79%,53%,和87%的N混合使用,ufra - 92,分别与控制(图1(一))。叶面积的函数N剂量的增加线性控制和ufra - 92,虽然它显示二次调整,最大点为46%(图1 (b))。叶子外表率线性增加剂量的函数三个治疗(图1 (c))。
(一)
(b)
(c)
有一个显著的交互作用( 为磷剂量根干质量。它提出了适合混合的二次模型和ufra - 92与最高效率点在43%和64%,分别同时控制线性增长(图2)。
混合和ufra - 92高度调整到二次模型,提出以最高效率点61%和65%,分别,而控制显示积极的为钾剂量线性增加(图3(一个))。叶面积提出了调整的二次模型控制和ufra - 92,最高效率点在43%和50%,分别,而混合线性模型(图提出了调整3 (b))。叶伸长速率的二次行为控制在最高效率点82%,而混合和ufra - 92有一个调整剂量(图的线性模型3 (c))。
(一)
(b)
(c)
营养的孤立行动(有很大的影响 )在生物特征变量。氮的因素行为依赖的方式拍摄的干质量,根干质量、根长度、叶伸长速率(图4),平均行为变量的线性增长的函数氮剂。
(一)
(b)
(c)
(d)
磷,不管微生物,所有变量的二次增长,最高效率点65%(图高度5(一个)射干质量(图),53%5 (b)根的长度(图),67%5 (c)叶面积(图),占65%5 (d)),而叶伸长速率(图5 (e))和叶外观(图5 (f))线性行为。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
钾剂量,剂量的孤立行动提升二次行为的最高效率点高度的65%(图6(一)在根干质量(图),66%6 (b)在根的长度(图),和62%6 (c)),显示一个线性增加叶出现率(图6 (d))。
(一)
(b)
(c)
(d)
接种的影响无论营养剂是重要的( )生物识别变量,而控制(表1)。考虑剂量的75% N,微生物促进增长的增加美国brizantha根干物质,104%,194%,射击,根长度的22%,和11%叶伸长,关于控制。
接种的微生物结合P Marandu草的生长,增加50%。ufra - 92的应用推广增加射干质量的156%,51%拍摄长度、根长度的20%,和9.3%叶伸长速率控制(P) 100%(表1)。仅为变量叶面积(31%)、组合提供了一个更大的增加有关ufra - 92(表1)。
K的剂量的50%,混合比的孤立的应用提供了更大的收益ufra - 92,增加根干质量的117%,34%,根的长度,和叶出现率20%,控制。变量的例外是射干质量(47%)增加植物只有ufra - 92(表1)。
3.1。营养成分
从结果中发现,最好的剂量被选为一个函数的根和空中生物量进行营养分析。因此,材料集合进行剂量的75%的N, P的50%,和50%的K从接种植物相比,100%的控制。
芽的营养内容增加了微生物的函数。的混合降低75% N, P的50%,和50%的K已经增长了256%,280%,和29%,与对照组(100%)相比,分别。接种ufra - 92提供了增加35%的N, P, 75%和11% K相比控制(100%)(图7)。
(一)
(b)
(c)
3.2。养分利用效率(自虐)
从最好的剂量评估营养分析,75%的N, P的50%,和50%的K,计算进行了有效利用,而控制(100%)。结果显示显著的值( )所有指标的有效使用。接种混合和ufra - 92显示农艺效率更高,生成增量的462%和144% N, P 544%和103%,177%和122%,K,分别控制(100%)相比(表2)。
混合接种和ufra - 92,在生理效率,为N提供了增加113%和100%,376%和13%,P和K的14%和7%,分别涉及控制(100%)。明显的复苏为N效率提出了增量的672%和144%,570%和188%,P和K 217%和136%的混合和ufra - 92治疗,分别。营养恢复中的增量为N效率分别为369%和128%,312%和200%,P,和K 132%和109%的混合和ufra - 92治疗,分别控制相比,100%(表2)。
4所示。讨论
草接种刺激微生物研究和取得显著成果增长和减少矿物肥料(30.- - - - - -32]。刺激经济特色属应用在这项研究中,在其他作物,需要研究菌剂在草丛中,旨在提高经济增长和减少矿产受精。
在目前的研究中,在温室条件下,从实验的co-inoculation的协同效应枯草芽孢杆菌与t . asperellum在提高增长,生物质的生产,N, P, K吸收在Marandu草了,导致更好的养分利用效率。有利于植物生长的协同交互可能发生形成的生物膜之间的混合芽孢杆菌和木霉属,由于细胞内增长或殖民的细菌真菌菌丝。
这些机制允许大殖民的微生物在根,甚至渗透到植物组织(33),这可能有助于解释所有变量的表达增加Marandu草的生长,当接种ufra - 92和木霉属(混合),独立的营养,孤立的接种的ufra - 92。
co-inoculation促进更大的高度,增加叶面积,叶片出现率(图1)。结果发现支持假设植物接种生物刺激素忙草增长减少剂量的矿物肥料。减少N可以归因于有机N的矿化,收购和矿质N的吸收,和/或减少挥发和淋溶,导致增加草的生长。
接种植物的更大发展也可能与更大的生产与植物生长激素(生长素、赤霉素和细胞分裂素)和激素促进植物生长与生理过程。如前所述,Paungfoo-Lonhienne et al。34),狼尾草clandestinum接种Paraburkholderiasp.有机肥料和种子50%和50%常规N收益率产生类似获得与传统100%的氮肥。Urochloasp.接种PGPR减少N剂量还显示显著的外观和叶伸长的速度,可能是由于更大的植物激素的生产(35]。
氮是负责植物的营养生长;从这个意义上说,更大的吸收和易位的N刺激微生物混合和ufra - 92提升更大的拍摄增长和更大的叶扩张。从细菌co-inoculation叶面积的增加U。brizantha验证了洛佩斯et al。23),比上年增长700%和108%,未孕相比,植物和植物受精,分别。N的增加发现减少剂量,与微生物有关,也可能与酶的活性越大负责这个营养物质的矿化,而高剂量的无机肥料可以抑制他们的行动36]。
植物的根发展是一个重要的特性,因为它允许水分和养分的建立和开发,其增长的必要条件。在目前的研究中,co-inoculation降低50%的推荐剂量P提供更大的根干质量(图2)。可以推断出微生物磷溶解的机制导致高P积累植物受精以50%的剂量相比,施肥只有矿物肥料。
发现发展最大的根可以在植物与磷的参与发展,作为它的作用在生理过程中,根系生长,舵柄大小和分蘖(37]。接种植物表现出更大的根发展,微生物可以通过合成或改变刺激根系生长激素代谢途径,IAA和细胞分裂素等,采取行动延长头发和繁殖根分生组织细胞(38]。在先前的研究坦桑尼亚草(黍最大与rhizobacteria)接种,观察根生物量的增加,与IAA浓度的增加和减少乙烯(39]。
增量发现,50%的K+在高度、叶面积和叶伸长速率可以归因于分化吸收的接种植物(图3)。协会与微生物引起根系的结构变化,如密度、长度、和数量的根头发,直接影响勘探和收购的养分在土壤中,也可能提供了一个低利率的K+浸出由于根生物量/土壤容积。
结果发现,医生等。40)表明,接种芽孢杆菌种虫害促进玉米生长发育和产量的增加和养分积累,相比,植物不接种矿产受精。牧草播种基质含有云母(K+)和co-inoculated来源芽孢杆菌和固氮菌导致生物量积累(70%)和更高的N(118%)和K营养含量(165%)相比,未经变质处理的控制(41]。
氮的分离效果提供拍摄和根干质量的增加,根长度和叶伸长速率(图4)。P的影响变量是高度,拍干质量,根长、叶面积、延伸率,和叶外观(图5),而K,变量是高度,干燥质量,根长度和叶出现率(图6)。
观察到这些变量的增长可能是间接与植物结构的变化有关,作为根长度,受到了三个实验,允许更大的利用水和营养物质。土壤中的N和K具有较高的浸出率和挥发;从这个意义上说,更多的根头发可能允许更大的吸收,因此,大根和空中生物量的生产,以及外观和叶伸长。为P,我们可以推断产生有机酸贡献更大的可用性。Co-inoculation微生物促进累积效应在主机通过增加营养的可用性,从溶解与植物生长激素的生产(42]。
微生物的作用无论N, P, K剂量是积极的所有生物变量与控制(100%)。Banayo et al。43),评估生物肥料的影响在不同的无机肥料对玉米产量、发现因素之间没有相互作用,但接种治疗显示更高的产量在减少剂量的无机肥料,而孤立使用无机肥料提供了一个积极的线性行为,取决于剂量的增加,相同的行为可以在这项研究来验证。
在目前的研究中,与混合接种增加营养素的吸收速率和积累(图7)。据报道,属微生物用于这项工作的有效机制,有助于营养的可用性(44,45]。属的细菌隔离是在文献中报道的能力解决大气氮(46]。的木霉属提出了改进的报告用于其他文化的营养品质禾本科家庭(47]。
由这个微生物固氮是因为这个属群Nif基因,负责编码固氮酶,固氮作用的酶(48]。一项研究由丁等。49)基于从根际细菌的隔离,中国在该地区发现七隔离,包括属芽孢杆菌Nif基因。
磷酸盐肥料应用于土壤时,可以迅速动员成不溶性化合物3 +和菲3 +在酸性土壤和Ca2 +在中性碱性土壤(50]。另一方面,P的可用性可以通过释放有机酸发生和植酸酶,磷脂酶,微生物产生的(51]。根际酸化的H +的释放导致这个质子争夺磷吸附网站绑定到铁或铝,导致转换成正磷酸盐(H2阿宝4)−2,发现在酸性的土壤中可溶性公式(52,53]。
岩石的溶解磷在水稻接种记录木霉属,导致更大的增长和P含量(54]。另一个机制是生产含铁细胞,低分子量与高亲和力Fe绑定3 +和艾尔3 +离子,导致P绑定到这些离子的溶解55]。微生物构成的组合评估在这项研究是含铁细胞(生产商56),可能是导致高P的吸收和积累美国brizantha接种和受精50% P。
芽孢杆菌接种导致拍摄和根,由于更大的增溶的营养(57]。这些结果说明应用微生物导致营养溶解,即使在低剂量,有利于吸收和减少固定损失。大米和小麦接种PGPR,加上75%的N, P, K显示增加生产力相比只是完成化学施肥(100%),达到减少25%的N [58,59]。
研究表明植物接种混合和ufra - 92能减少25%的氮,磷的50%,和50%的钾,提供更高效率的使用营养,对照组相比(100%)。这些结果说明应用微生物导致的固定和溶解营养素,即使在低剂量,支持他们的吸收和减少挥发损失,浸出,和固定,这些好处的结果反映在植物生长。
给出的结果支持假设接种微生物增加养分的高效利用。更高的效率发现是由于减少使用矿物肥料与接种,考虑到过度使用会破坏微生物的作用[60]。有效地利用营养的重要性在现代农业是由于经济和环境影响的相关性,可以控制多年来生产的61年]。
根据戈尔茨坦(62年),根际殖民微生物可以取代25%到50%的矿物肥料,研究已经表明,它可以利用微生物之间的最佳组合来获得更好的结果(63年]。微生物与协同效应的co-inoculation被Gohil等人证实,Vaid et al。64年,65年在水稻,促进增加产量和营养的吸收noninoculated相比。
一个实验进行co-inoculation在草41)发现,微生物的使用促进了K的增加+吸收和N固定控制治疗相比,这行为是相关的生产有机酸和激素参与根系生长,增加地区探索的根源。
有效地利用N, P, K也报道了Duarah et al。66年],作者评估协会的好处使溶解微生物的大米。验证,减少剂量的氮磷钾(50%),营养含量和生长参数评估有接种biopromoters时最好性能。Elekhtyar [67年)发现,水稻的产量效率co-inoculated氮磷钾显示大剂量下农艺效率治疗接种75%的无机肥料相比,与推荐剂量治疗。
接种的好处与biopromoters报道Zeffa et al。68年在玉米植株接种Azospirillumsp,推断,接种植物有更高的熔炼和减少造成的损害减少N含量在土壤中。类似的结果也报道了Yaghoubi Khanghahi et al。69年),发现高营养含量(氮、磷)在水稻有微生物协会和减少剂量的K,和评估的有效利用相比明显高于100%的剂量。
phosphate-solubilizing细菌的应用与无机氮磷钾氮磷钾的含量增加,熔炼和减少营养物质的浸出率在草66年]。草接种与无机肥料与PK提升更高的熔炼,代表增加11%,N, P, 30%和17% K相比,植物受精只与无机肥料(70年]。
新试验剂量减少大量营养素配方结合co-inoculation枯草芽孢杆菌+t . asperellum在Urochloa (Syn。Brachiaria) brizantha简历。Marandu应调查被促生改变的生理生化机制。的co-inoculation枯草芽孢杆菌+木霉属asperellu米Urochloa brizantha简历。Marandu诱发更大的增长通过改变吸收行为使用低剂量的25%的矿产肥料N, P, 50%和50% K,导致营养效率增加。
5。结论
这项研究的结果表明,co-inoculation木霉属asperellum与枯草芽孢杆菌提升Marandu草的生长在不同剂量的矿物肥料。此外,减少25%的矿物肥料N, P, 50%和50% K,当与微生物相关,有利于营养物质的利用效率超过100%。新的研究,这项研究是一个重要的贡献,它有助于农业环境影响较低和不可再生资源的可持续利用。
数据可用性
在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入号码可以找到(s)如下:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/、枯草芽孢杆菌——MN175193。UFRA-T06——MK086063 UFRA-T09——MK086064 UFRA-T12 - MK086065 UFRA - T52 MK086066。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者要感谢亚马逊的支持研究和研究基金会(FAPESPA /巴西)授予奖学金第一作者。作者还要感谢植物保护实验室(垂直距离)提供的设施。本研究在经济上支持的联邦大学的亚马逊(UFRA)和研究生项目在农学(PgAgro)。
补充材料
表1:复合土壤特性在受精之前在0 - 0.2米的深度。表2:不同的因素/治疗对植物的影响参数。(补充材料)