γ-Fe2O3纳米材料与甲基营养型芽孢杆菌对大豆生长及产量的协同促进机制

摘要

[目的]探究氧化铁纳米材料(γ-Fe2O3 NMs)与甲基营养型芽孢杆菌叶面配施对大豆生长、产量及籽粒品质的影响及其协同作用机制,为 γ-Fe2O3 NMs在农业生态系统中的应用提供新思路及理论支持.[方法]以大豆为供试作物,纳米材料处理组设置0、1、10、30和50 mg/L 5个浓度,纳米材料与甲基营养型芽孢杆菌复合处理组中包含甲基营养型芽孢杆菌悬液以及对应4个浓度的纳米材料,施用方式为叶面喷施,大豆生长至40天时测定光合作用参数,在成熟期测定植株生物量、植株总糖含量、产量等参数.利用LB平板体外培养实验及分光光度法(OD600)测定γ-Fe2O3 NMs对甲基营养型芽孢杆菌生长的影响,利用单颗粒电感耦合等离子质谱仪测定甲基营养型芽孢杆菌对γ-Fe2O3 NMs生物可利用性的影响.[结果]γ-Fe2O3 NMs促进了大豆光合作用,显著提高了大豆生物量,且30、50 mg/Lγ-Fe2O3 NMs明显提高了大豆产量及籽粒碳水化合物含量.与同浓度纳米处理组(30、50 mg/Lγ-Fe2O3 NMs)相比,甲基营养型芽孢杆菌与γ-Fe2O3 NMs共施用的大豆产量分别增加了31.5％及13.4％.甲基营养型芽孢杆菌施用后相较于对照组显著提高了大豆根尖数,γ-Fe2O3 NMs单独处理对大豆根尖数没有显著影响,而γ-Fe2O3 NMs与甲基营养型芽孢杆菌共施用处理组中大豆的根尖数明显多于甲基营养型芽孢杆菌单独处理.甲基营养型芽孢杆菌发酵液明显降低了γ-Fe2O3 NMs的团聚作用.10、30和50 mg/Lγ-Fe2O3 NMs均能够促进甲基营养型芽孢杆菌的生长,且能够使细菌发酵液中吲哚乙酸含量从3.8 mg/L增加至7.6～8.8 mg/L.γ-Fe2O3 NMs与甲基营养型芽孢杆菌配合施用,相较于对照组显著提高了大豆养分吸收及籽粒中营养元素(Fe、Mn、S、Mg等)的含量.[结论]γ-Fe2O3 NMs对光合作用的促进是其促进大豆生长、提高大豆产量的主要机制.γ-Fe2O3 NMs与甲基营养型芽孢杆菌配施后,两者对大豆生长、产量及果实品质呈现协同促进作用.其主要机制包括:1)甲基营养型芽孢杆菌代谢产物能够有效降低γ-Fe2O3 NMs的团聚,增加了γ-Fe2O3 NMs的生物可利用性;2)γ-Fe2O3 NMs显著促进甲基营养型芽孢杆菌生长,提高其代谢产物中吲哚乙酸的含量.