复配多肽对强酸性土壤条件下“云烟87”的根系生长调控

吴红红，刘紫薇，李偲，杨升，冯吉，李建平，孙光伟，孙敬国，陈振国，李亚东

(1.湖北大学生命科学学院，省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室，湖北 武汉 430062;2.湖北省烟草科学研究院，湖北 武汉 430030)

0 引言

高品质烟叶的种植一直是烟草工业的技术要求，但尿素、含酸根化肥的不科学使用导致土壤严重酸化，产生烟株根系发育障碍，影响烟株生长、降低烟叶品质等系列问题[1-2]，同时影响土壤微生物种群数量、氮磷钾含量；众多研究表明，烟草根系发育的好坏，将直接影响烟株的长相、长势，进而影响烟草的产量、质量及内在品质[8]，并且在常规偏酸或中性土壤种植中，通过施用有机肥能够改良土壤结构，增加土壤保水保肥性能[2-4]、有效促进烟株的生长发育[5-8]，以及能促进烟株根系活力、增加烟草1级、2级和3级侧根的长度、数量[9-14].但事实上，在山区的强酸性土壤中难以实现此目标，烟叶种植基地通常不直接使用有机肥，而使用速效且含有较高比例硝态氮、铵态氮的专用肥，以应对土壤强酸性、高海拔低气温、烟株生长缓慢等问题；基于此现状，以及在课题组前期研究基础上，将蛋白废弃物转化为小分子多肽以提高其对烟株根系生长的速效性，研究是否可代替含有硝态氮和铵态氮的专用肥，为解决铵态氮对土壤的酸化板结、硝态氮经过反硝化而产生温室气体等建立技术参考.

1 材料与方法

1.1 实验材料烤烟品种为云烟87，于湖北省恩施州利川市柏杨坝镇烟草基地种植,其土壤性质为酸化黄黏土，测得pH为4.20，全氮、全磷、全钾和全钙含量分别为0.94、0.32、25.27和16.86 g/kg；所用肥料为多肽(实验室自备),其pH为10.85，全氮、全磷、全钾和全钙含量分别为90.53、0.36、71.62和53.20 g/kg，烟草专用肥(来自利川烟草基地，N∶P2O5∶K2O含量为1.0∶1.5∶3.0).

1.2 烟草种植实验设计田间采用大区对比试验，每个处理共种植120株，采用单株重复原则，共120个重复，每亩(666.7 m2，全文同)植烟1 010株，株行距55 cm×120 cm.施肥处理方式如表1所示，以含氮量为基准，N∶P2O5∶K2O为1.0∶1.5∶3.0，同时根据烤烟生产技术标准，采取其他栽培措施.

表1 不同处理施肥方式

3月15日播种，发苗用时55 d，5月10日移栽大田，6月1日开始进行根系活力的测定，不同时期各取一次，共6个时期，分别是:伸根期，团棵期，旺长期，现蕾期，打顶期和成熟期.在烟草成熟期进行根系长度和体积，根部氮磷钾钙含量，土壤pH及土壤微生物等指标的测定.

1.3 样品测定方法烟草根系活力测定采用TTC(2，3，5-氯化三苯基四氮唑)法[15]；根系长度采用标尺进行测量；根系体积采用排水法测定；烟草根部氮磷钾钙含量参照王瑞新等[16]的方法进行测定；土壤pH采用国家标准进行测量[17]；土壤微生物群落组成采用高通量测序，将处理1、处理2、处理3及CK的土壤样品送至武汉谱渡众合生命科技有限公司进行测序.

1.4 数据处理实验数据采用Microsoft Excel 2010和Origin 2019进行统计处理作图，SPSS 23.0进行单因素方差分析，LSD多重比较(P<0.5为差异显著).

2 结果与分析

2.1 复配多肽对烟草根系活力的影响各时期烟草根系活力的测定结果如图所示.从图1整体可看出同一处理的根系活力在各时期基本的变化趋势相同，即从伸根期到团棵期，烟草根系活力呈现下降趋势，从团棵期到打顶期则呈上升趋势，在打顶期后又呈下降趋势.复配多肽(处理3)的根系活力在大部分时期均高于其他处理.

从每个时期分析，在伸根期中，处理1的烟草根系活力为229.22 μg/(g·h),处理2的根系活力为188.56 μg/(g·h)，处理3的根系活力为223.34 μg/(g·h)，处理4的根系活力为239.34 μg/(g·h)，分别比CK(180.77 μg/(g·h))提高了26.80%、4.31%、23.55%、32.40%.由此可看出伸根期施加多肽可显著增加烟草根系活力；由处理1和处理2可知施加多肽越多，根系活力越强.

在团棵期中，处理1、处理2、处理3、处理4的根系活力分别为74.35、93.27、73.27、82.42 μg/(g·h),比CK(84.53 μg/(g·h))分别提高了-12.04%、10.34%、-13.32%、-2.50%.结果显示团棵期时仅处理2根系活力较高，说明单施多肽也可以提高根系活力，而处理1根系活力较低，可能是过量多肽抑制根系活力的缘故.

在旺长期中，处理1的根系活力为79.79 μg/(g·h),处理2为82.00 μg/(g·h)，处理3为103.05 μg/(g·h)，处理4为95.48 μg/(g·h)，比CK(90.89 μg/(g·h))分别提高了-12.21%、-9.78%、13.38%、5.05%.由结果可知，旺长期时仅单施多肽对根系发育效果不明显，复配多肽效果显著，这应该是因为缺失磷肥和钾肥，降低了烟草根系活力[18-19].复配多肽也比多肽作追肥的效果好，说明复配多肽的组合为最佳施肥方式.

在现蕾期中，处理1、处理2、处理3、处理4的根系活力分别为126.17、120.77、134.54、130.69 μg/(g·h),比CK(126.52 μg/(g·h))分别提高了-0.28%、-4.54%、6.34%、3.30%.结果表明现蕾期与旺长期类似，复配多肽对烟草根系效果最显著.

在打顶期中，处理1的根系活力为125.58 μg/(g·h),处理2为141.61 μg/(g·h)，处理3为184.86 μg/(g·h)，处理4为154.56 μg/(g·h)，比CK(141.29 μg/(g·h))分别提高了-11.12%、0.23%、30.84%、9.39%.从上述结果可知，打顶期时复配多肽组根系活力最强，而处理2比处理1要高，可能是因为大量施加多肽对烟草根系活力没有促进作用.

在成熟期中，处理1、处理2、处理3、处理4的根系活力分别为83.32 μg/(g·h)、89.21 μg/(g·h)、81.11 μg/(g·h)、73.26 μg/(g·h),比CK(76.80 μg/(g·h))分别提高了8.49%、16.16%、5.61%、-4.61%.经分析可知，成熟期时处理1和处理2根系活力较强，单施多肽可在后期对根系活力起作用，但此时烟叶即将采摘，故对烟草发育效果较差；处理4与CK相比，根系活力略弱，但此时不影响烟草生长；从旺长期开始复配多肽对根系活力的影响效果一直较显著.

以上结果表明，单独施加多肽(处理1、处理2)在前期对烟草根系活力影响不明显，后期才逐渐升高，但烟草生长发育受到较大影响；复配多肽(处理3)则对烟草根系活力有着显著的促进作用，且将多肽作为追肥(处理4)施加也具有增加根系活力的作用.

2.2 复配多肽对烟草根系长度的影响在成熟期进行烟草根系长度测定，如图2所示.处理1的烟草根系长度为47.47 cm,处理2为52.70 cm，处理3为56.17 cm，处理4为54.63 cm，比CK(54.37 cm)分别提高了-12.7%、-3.1%、3.3%、0.48%.由结果分析可知处理3，处理4与CK相比没有显著性差异，但处理3数值最高，说明复配多肽促进烟草根系伸长；处理1与处理2根系长度较短，由前面结果也知单独施加多肽对于根系发育效果不显著.以上结果表明成熟期时相较烟草专用肥，复配多肽对烟草根系长度有一定促进作用.

2.3 复配多肽对烟草根系体积的影响在成熟期进行烟草根系体积测定，如图3所示.处理1、处理2、处理3、处理4的烟草根系体积分别为306.67、406.67、490.00、418.33 cm3,比CK(436.67 cm3)分别高了-29.77%、-6.87%、12.21%、-4.20%.分析可知成熟期时复配多肽的根系体积显著高于其他处理，而处理4与CK相比没有显著性差异，处理1和处理2与CK有显著性差异.以上结果表明，在成熟期时复配多肽对烟草根系体积有显著作用.

2.4 复配多肽对根系氮含量的影响在成熟期进行根系氮含量测定，结果如图4所示.不同处理根部氮含量分别为9.67，9.45，12.74，11.19 g/kg，比CK(11.32 g/kg)分别提高了-14.49%、-16.52%、12.54%、-1.15%.分析可知，处理3显著高于其他处理，处理4与CK之间差异未达到显著水平，处理1与处理2也没有显著差异.以上结果说明，成熟期时复配多肽显著提升烟草根系氮含量.

2.5 复配多肽对根系磷含量的影响在成熟期进行根系磷含量测定，结果如图5所示.不同处理的根部磷含量分别为1.93、2.22、2.88、2.31和2.49 g/kg，分析可知，处理3显著水平最高，比CK提高了15.67%，处理1、2、4显著低于CK，其中处理2与处理4之间没有显著差异.以上结果表明，复配多肽显著提升烟草根系磷含量.

2.6 多肽对根系钾含量的影响在成熟期进行根系钾含量测定，结果如图7所示.不同处理的根部钾含量分别为23.86、18.46、30.04、24.35和28.17 g/kg，分析可知，处理3根部钾含量高于其他处理，虽然与CK之间差异未达显著水平，但比CK提高6.64%.以上结果表明相比烟草专用肥，复配多肽对成熟期根系钾含量有一定促进作用.

2.7 多肽对根系钙含量的影响在成熟期进行根系钙含量测定，结果如图7所示.不同处理根部钙含量分别为29.67、18.09、29.06、26.14 g/kg，比CK(27.19 g/kg)分别提高了9.12%，-33.47%，6.88%，-3.86%，分析可知，处理1显著高于其他处理，说明大量施加多肽可以提升根系钙含量，处理3与处理1之间无显著差异，与CK之间差异也没有达到显著水平,但高于CK，说明复配多肽可以提升根系钙含量，另外处理4与CK之间无显著差异，说明烟草专用肥作基肥，多肽作追肥的处理也可以达到全施烟草专用肥的效果.以上结果表明，施加多肽多少可以影响根系钙含量，但综合烟草根系数据，复配多肽更适合用于烟草根系生长发育.

2.8 多肽对种植土壤pH的影响在成熟期进行种植土壤pH测定，结果如图8所示.不同处理的土壤pH值分别为4.78，4.86，5.13，5.06，5.03，分析可知，处理3、4和CK之间差异未达到显著水平，但处理3的土壤pH值比CK提高0.10个单位，处理4比CK提高0.03个单位，处理1、2之间无显著差异且低于其他处理.以上结果表明，相比烟草专用肥，复配多肽可提升烟草种植土壤pH值，烟草专用肥作基肥，多肽作追肥的处理也有一定作用，单独施加多肽则不能明显提升种植土壤pH值.

2.9 多肽对种植土壤微生物的影响在打顶期时取处理1(T100)、处理2(T60)、处理3(TPK)和CK(YF)进行种植土壤微生物多样性的测定，结果如图所示.图9为对相对丰度排名前30位的土壤微生物物种组成进行的分析.前10位物种分别是:norank_JG30-KF-AS9丰度最高，占6.19%～13.12%；丘氏杆菌(Chujabacter, 0.81%～12.83%)、罗河杆菌(Rhodanobacter，2.51%～13.39%)、嗜酸菌(Acidthermus, 1.36%～2.66%)、norank_f_norank_o_Gaiellales, 1.24%～2.32%、norank_f_norank_o_norank_ c_norank_p_WPS,1.08%～2.13%)、芽孢杆菌(Bacillus，0.69%～2.09%)、JG30a-KF-32, 0.67%～1.84%)、norank_f_norank_o_EIsterales, 0.53%～1.53%) 和八叠球菌(Sporosarcina, 0.51%～1.69%).这10种微生物的相对丰度共占15.59%～53.60%.各样本中norank_JG30-KF-AS9、丘氏杆菌、罗河杆菌的相对丰度均高于5%,共计达9.51%～39.34%,为优势微生物.

排名前10位的土壤微生物的相对丰度在施加多肽组和烟草专用肥组间大部分不存在显著差异，有许多未知的菌群不了解其属性与生长环境，其中芽孢杆菌和八叠球菌属于革兰氏阳性菌，适宜在偏中性或碱性的环境下生存，而施加多肽对其数量有一定提升作用，复配多肽相比CK分别提高了1.40%和1.18%.以上结果表明施加多肽对烟草种植土壤微生物群落物种组成在打顶期后均具有一定影响，且复配多肽可以提升耐碱细菌的数量，证明土壤酸度有所改善，这与土壤pH值变化一致.

4种处理12个土壤样本中共检测出630个微生物物种，通过图10分析了4种处理土壤微生物群落所共有和特有的细菌属，结果表明:打顶期后,处理1与CK土壤中共有的微生物为387个，处理1土壤中特有的微生物为10个，CK土壤中特有的微生物为5个；处理2与CK土壤中共有的微生物为404个，处理2土壤中特有的微生物为59个；处理3与CK土壤中共有的微生物为394个，处理3土壤中特有的微生物为6个.以上结果表明相比CK，施加多肽对土壤微生物多样性具有一定影响，处理1增加了土壤中特有微生物群落，处理2和处理3增加了土壤微生物多样性，特有微生物群落也有所增加.

3 结论

1)烟草种植以优质烟叶为第一指标，而烟草根系发育旺盛是增长烟叶品质的基础.相比烟草专用肥，复配多肽显著提高烟草根系活力5.61%～30.84%；复配多肽组根系长度和体积在成熟期比CK分别提高3.3%和12.21%；且在根系氮、磷、钾、钙等方面分别比烟草专用肥提高了12.54%、15.67%、6.64%、6.88%.以上结果表明，复配多肽显著促进烟草根系生长，这可为烟叶生长提供更充分的营养.

2)强酸性土壤改良的主要指标是pH，烟草专用肥含有的铵态氮、硝态氮对土壤酸化没有改善作用，而复配多肽组土壤pH值比CK提高0.10个单位，这与课题组前期研究结果一致[20]，且复配多肽不会造成土壤板结等问题，可用于强酸性土壤改良.

3)复配多肽还能提高强酸性土壤微生物多样性，比烟草专用肥增加5个微生物群落，同时还增加了一种特有微生物群落.综上所述，复配多肽对强酸性土壤条件下的烟草根系生长具有很好的调控效应，还能降低土壤的酸度、改善土壤微生物多样性，具有优质烟叶生产的肥料潜力，为土壤改良、优质烟叶种植、以及山区烟叶种植农户扶贫等建立技术基础，也为烟草专用肥制备建立新的技术储备，具有研究开发价值.