γ-Fe_(2)O_(3)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

[目的]探究氧化铁纳米材料(γ-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)NMs生物可利用性的影响。[结果]γ-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)NMs)相比,甲基营养型芽孢杆菌与γ-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)NMs单独处理对大豆根尖数没有显著影响,而γ-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)NMs的团聚作用。10、30和50 mg/Lγ-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)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-Fe_(2)O_(3)NMs的团聚,增加了γ-Fe_(2)O_(3)NMs的生物可利用性;2)γ-Fe_(2)O_(3)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。

叶面喷施铁基纳米材料对大豆生长的影响及机制研究

为探究叶面喷施铁基纳米材料(NMs)对作物生长的影响及其潜在机制,利用水培试验探究了两种铁基NMs(γ-Fe_(2)O_(3) NMs和Fe_(3)O_(4) NMs)和Fe-EDTA对大豆生长的影响。先通过叶面喷施不同浓度(0、1、10、50 mg·L^(-1))的铁基NMs,确定最佳施用浓度(10 mg·L^(-1)),再在最佳施用浓度下,比较两种NMs与Fe-EDTA对大豆生长和蔗糖转运的作用效果及机制。结果表明,叶面喷施不同浓度铁基NMs对大豆地上部和地下部干质量、根长、根尖数、根体积均有促进作用,且效果随着浓度的升高呈现先增加后降低的趋势。10 mg·L^(-1)为铁基NMs促进大豆生长的最佳浓度,且不同处理组的促生效果表现为γ-Fe_(2)O_(3) NMs>Fe_(3)O_(4) NMs>螯合铁肥(相同含铁量的Fe-EDTA)。铁基NMs的缓释性及高表面活性使其比Fe-EDTA具有更高的生物可利用性,γ-Fe_(2)O_(3) NMs处理的大豆根、茎、叶中铁含量是等量Fe-EDTA处理的1.29、1.09、1.24倍;10 mg·L^(-1)γ-Fe_(2)O_(3) NMs、Fe_(3)O_(4) NMs、Fe-EDTA处理下,大豆净光合速率与对照组相比分别增加了62.7%、41.5%、30.7%,铁基NMs对大豆叶片蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度的促进效果也明显高于Fe-EDTA;铁基NMs通过调控蔗糖转运相关基因(GmSWEET 15、GmSUT 2)的表达量,促进光合产物向根部的运输,增加大豆根冠比,促进根部养分(S、P、Ca、Mn、Cu)吸收。研究表明,叶面喷施纳米铁肥能够促进作物生长、蔗糖转运及养分吸收,且相对于传统铁肥其促进效果更为显著(P<0.05),这为铁基纳米肥在农业生产中的应用提供了理论依据。