接种贝莱斯芽孢杆菌UFV 3918在减量磷肥条件下促进甘蔗早期生长与养分吸收

《Agriculture》：Inoculation with Bacillus velezensis UFV 3918 Promotes Early Growth and Nutrient Uptake in Sugarcane Under Reduced Phosphorus Fertilization

　　

磷（P）是热带土壤中甘蔗建植和多年生持久性的主要限制因子之一，因此需要生物技术策略来提高肥料利用效率。本研究在温室条件下，以贫瘠红壤（Latosol）为基质，评估了单独接种贝莱斯芽孢杆菌UFV 3918（Bacillus velezensis UFV 3918）或将其与减量磷酸一铵（MAP）配施对甘蔗形态、营养及根部养分吸收的影响。试验采用完全随机设计，设6个处理、4次重复：绝对对照（AC，不施MAP）、商品对照（CC，施用推荐量MAP）、单独接种贝莱斯芽孢杆菌（Bv），以及Bv分别与1/3、2/3或全量推荐MAP配施。植物生长响应因处理和生育时期而异：在种植后120天和180天（DAP），Bv处理的叶面积大于CC，而Bv+1/3 MAP在整个评估期间保持与CC相当的叶面积。主成分分析（PCA）显示处理间分离明显，其中Bv表现出最独特的植株响应，主要与较大的茎径、根和茎生物量、茎中较高的钾和磷浓度、根中较高的硫和镁浓度以及较高的硼利用效率相关。Bv+1/3 MAP呈现居中的多元特征，主要与单位根长磷吸收量及减量供磷条件下与磷获取相关的营养属性相关联。相关分析进一步显示，生长相关性状、生物量积累和磷相关变量之间存在强烈的正相关，表明磷获取与植株对细菌接种的响应之间关系密切。总体而言，接种贝莱斯芽孢杆菌UFV 3918改善了甘蔗早期生长和养分获取，且其与1/3推荐MAP用量的组合可维持植株表现。这些发现表明，在甘蔗建植早期具有减少矿质磷投入的潜力；但尚需长期田间试验来确定这些响应能否在整个生育周期及商业生产条件下持续。

论文解读：贝莱斯芽孢杆菌UFV 3918在减量磷肥条件下促进甘蔗早期生长与养分吸收

该研究发表于《Agriculture》期刊。磷（P）是热带土壤中甘蔗建植和持久性的主要限制因子之一。热带红壤中磷易与铁、铝氧化物发生吸附和固定，导致磷有效性极低，生产中需大量施用可溶性磷肥。为降低磷肥投入并提高磷利用效率，植物促生菌（PGPB）尤其是解磷菌（PSB）成为重要的生物技术策略。贝莱斯芽孢杆菌UFV 3918（Bacillus velezensis UFV 3918）已被证明具有无机磷溶解、有机磷矿化、产生植物激素以及改变根系构型等促生潜力。此前研究虽已表明该菌株可改善甘蔗生长和磷营养，但在不同磷肥用量下，该菌株如何调控生物量分配、组织特异性养分累积、养分利用效率以及与根系发育相关的养分获取过程，仍缺乏系统认识。因此，研究人员提出假设：接种UFV 3918可缓解减量磷酸一铵（MAP）供应对甘蔗早期建植的不利影响，并预期接种后的减磷处理能维持与全量推荐MAP相当的地上部生长和生物量。

研究人员于2021年11月至2022年5月在巴西圣保罗州立大学（UNESP）农业科学学院温室开展试验，采用完全随机设计，共6个处理、4次生物学重复，每盆为1个独立试验单元。供试土壤为贫瘠红壤（dystrophic Red Latosol），供试甘蔗品种为RB966928。处理包括：绝对对照（AC，不施MAP）、商品对照（CC，100%推荐MAP）、单独接种贝莱斯芽孢杆菌（Bv）、Bv+1/3 MAP、Bv+2/3 MAP、Bv+3/3 MAP。研究人员在60、120、180天（DAP）测定出苗率、出苗速度、分蘖数、株高、茎径和叶面积；180天收获后分离叶、叶鞘、茎和根，测定各器官生物量及养分浓度，并计算养分利用效率（NUE）、磷有效性适应效率（AEPA）和单位根长养分吸收量（NURL）。研究还通过主成分分析（PCA）和Spearman相关分析对生长、营养、效率等变量进行多元整合分析。

关键方法方面：研究人员在温室条件下，以贫瘠红壤（Latosol）填充50 L盆（每盆45 dm3土），采用完全随机设计，设6个处理（AC、CC、Bv、Bv+1/3、Bv+2/3、Bv+3/3 MAP），4次重复，共24盆。接种剂为含贝莱斯芽孢杆菌UFV 3918的商品制剂（最低浓度1.0×10⁸ CFU mL^-1），按每盆2 mL施用。形态指标在60、120、180 DAP测定，180 DAP收获后测定各器官生物量和养分浓度，并计算NUE、AEPA、NURL。数据采用单因素方差分析（ANOVA）、Tukey检验、回归分析、PCA和Spearman相关分析。

研究结果如下：

3.1 环境条件：温室内空气温度12.5–32.0 °C，相对湿度60.4%–88.1%，各生育期平均温度在18.0–23.4 °C之间，平均相对湿度在70.9%–86.4%之间，满足甘蔗生长基本需求。

3.2 形态学评价：出苗率以CC和Bv+1/3 MAP最高，且Bv+1/3 MAP比Bv+3/3 MAP高28.6%，表明菌株在减磷条件下更有效。出苗速度在各处理间无显著差异，但出苗速度指数（SSI）在CC、Bv+1/3 MAP和Bv+2/3 MAP最高。分蘖数从60到180 DAP持续增加，CC和Bv+2/3 MAP始终最高。AC的株高始终最低，而高磷处理（CC和Bv+3/3 MAP）株高最高；至120 DAP时，Bv等减磷接种处理的株高已与CC相当。茎径在120 DAP前增加，180 DAP时下降；接种Bv总体上增加了茎径，尤其Bv和Bv+1/3 MAP处理。叶面积在整个生育期持续增加，180 DAP时最高；Bv处理在120和180 DAP时叶面积超过所有其他处理，AC始终最小。

3.3 组织养分浓度：养分浓度分析显示，AC大多为最低值。叶钾浓度处理间无显著差异，但接种处理（Bv+1/3、2/3、3/3 MAP）使叶鞘钾浓度比CC提高10.4%–12.9%，Bv、Bv+2/3和Bv+3/3 MAP使茎钾浓度提高11.4%–18.0%。叶氮浓度无显著差异，但CC的叶鞘氮浓度平均比接种处理高22.0%，而Bv+1/3 MAP的根和茎氮浓度分别比CC高30.6%和30.5%。钙浓度在叶、叶鞘和茎中无显著变化。CC的叶鞘镁浓度平均比接种处理高13.9%，而Bv处理的根镁浓度比CC高21.0%。磷方面，Bv处理的叶磷浓度比CC高10.0%，根磷浓度在Bv和Bv+1/3 MAP平均比CC高10.1%，茎磷浓度在Bv处理比CC高11.5%。硫浓度在叶鞘和茎中无显著差异，Bv处理的根硫浓度比其余接种处理平均高9.9%。微量元素中，Bv、Bv+2/3 MAP和Bv+3/3 MAP的叶铁浓度比CC高15.9%–33.4%，根铁浓度平均高9.5%；Bv处理的根锰浓度最高，比其余接种处理平均高14.9%；Bv+2/3和Bv+3/3 MAP的茎锌浓度比CC平均高15.1%，但叶锌浓度随MAP增加而降低，且CC的叶锌浓度显著高于所有接种处理；Bv、Bv+2/3和Bv+3/3 MAP的叶铜和根铜浓度均高于CC；Bv+1/3、2/3、3/3 MAP使叶鞘和根硼浓度比CC提高，其中Bv+3/3 MAP的茎硼浓度比CC高5.4%。养分利用效率方面，钾、磷、硫的利用率处理间无显著差异；Bv处理使氮利用率比CC高12.9%，Bv和Bv+1/3 MAP使镁利用率平均比CC高14.5%，Bv和Bv+1/3 MAP使锌利用率平均比CC高16.6%。AEPA以AC和Bv最高，平均比其余处理高20.2%。单位根长养分吸收量方面，AC总体上最低，接种与MAP配施处理最高；Bv+1/3 MAP在钾、氮、钙、硫、磷的单位根长吸收量上表现最高，铁、锰、硼、铜的单位根长吸收量则随MAP用量增加而升高。

3.4 生物量生产：叶片生物量在Bv和Bv+3/3 MAP最高，比CC高22.1%。叶鞘生物量在Bv、Bv+2/3、Bv+3/3 MAP最高，平均比CC高16.6%。茎生物量以Bv最高，比CC高4.4%，且Bv+1/3 MAP与CC相当，表明接种可使磷肥减量而不降低茎生物量。根生物量在AC和Bv最高，分别比CC高40.5%和53.6%，且随MAP用量增加而下降。地上部/根部比值以Bv+3/3 MAP最高，表明高磷条件下生物量相对更多地分配到地上部；而AC和Bv则相对更多分配到根部。

3.5 主成分分析与相关性热图：整合PCA显示，第一、第二主成分分别解释总方差的52.2%和15.9%。AC沿第一主成分与其余处理明显分离；所有接种处理分布在第一主成分正侧，反映其生长、营养和利用效率的整体改善。Bv处理形成独立聚类，主要与茎径、根和茎生物量、根镁和硫浓度、茎钾和磷浓度以及硼利用效率相关。Bv+1/3 MAP位于CC与高磷处理之间，主要与单位根长磷吸收量、叶硫、叶鞘钾和叶硼浓度相关。Spearman相关热图显示，生长性状、生物量积累和养分浓度之间以正相关为主，养分利用效率与多个营养变量呈负相关；叶片、根和茎磷浓度及单位根长磷吸收量被整合到同一相关网络，凸显磷获取与利用在植物响应中的核心作用。

讨论部分指出，甘蔗对UFV 3918的响应受矿质磷供应水平强烈影响，接种的促生效应在减磷条件下更明显，这与低磷环境下解磷菌作用增强、高磷下某些芽孢杆菌类群丰度或活性可能降低有关。研究人员认为，菌株通过促进磷溶解、产生铁载体和植物激素、刺激根系发育等机制改善磷获取，但这些机制未在本研究数据中直接测定；同试验的补充数据（Santos等）已显示接种增加了土壤磷含量