張明暉1,*、簡宣裕2、鄭金滿3 摘要
本研究於一期和二期作水稻秧苗育苗過程分別接種稀釋 102倍、103倍及 104 倍等液態固氮螺旋菌Azospirillum sp.菌劑，以未施用菌劑為對照處理，評估該菌劑 對秧苗生育效益；及探討有機水稻每公頃施用150 kg、100 kg 及 75 kg 氮素之有機 質肥料，並施用稀釋102倍菌劑對植株生育的影響。秧苗試驗結果顯示：一期作施 用菌劑處理之秧苗根長皆明顯大於未施用菌劑處理；田間試驗結果顯示：一期作 每公頃施用75 kg 氮素之有機質肥料及未施用有機質肥料，並施用菌劑處理之株高 分別為112 cm 與 104 cm，高於未施用菌劑之對照處理 (108 cm 與 100 cm)。另施 用菌劑處理之分蘗數與穗數亦顯略高於未施用菌劑處理的趨勢。除此，每公頃施 用75 kg 氮素之有機質肥料並施用菌劑處理者之每欉稻稈乾重為 57 g，高於未施 用菌劑處理者 (49 g)；二期作每公頃施用 150 kg 氮素之有機質肥料並施用菌劑處 理之株高為98 cm，顯著高於未施用菌劑處理 (93 cm)。每 100 欉稻穀乾重為 3.43 kg 顯著高於未施用菌劑處理 (3.15 kg)，相當於每公頃乾稻穀重為 5.01 ton，比未施用 菌劑處理增加9.1%。
關鍵詞：固氮螺旋菌、有機水稻、菌劑。
前言
固氮螺旋菌 (Azospirillum spp.) 為植物生長促進菌 (Plant-growth-promoting bacteria, PGPB) 的一種，不僅具有固氮作用，可減少氮肥施用。亦可分泌 IAA
* 通訊作者：[email protected]
1 農委會農業試驗所農業化學組助理研究員。台灣。台中市。
2 農委會農業試驗所農業化學組前研究員。台灣。台中市。
3 農委會農業試驗所農業化學組計畫助理。台灣。台中市。
溶磷菌肥料肥 (功) 效評估及驗證研討會專刊
( Indole-3-acetic acid)、GA (Gibberellin) 及 Cytokinin 等植物荷爾蒙，促進根系生 長。及產生細菌素 (Bacteriocins) 與鐵載體 (Siderophores)，並可誘導植物根部產 生類黃酮 (Flavonoids) 與酚類化合物 (Benzoxazinoids) 等植物二次代謝產物，具 有抗病的效用，可應用於生物防治 (Rodrigues et al., 2015)。過去很多文獻報告指 出 Azospirillum spp.可增加促進作物生長及產量 (Okon and Labandera-González, 1994 )，並可促進植物根部的鬚根分支的發育而增加根部的接觸面積，進而促進養 分及水分的吸收，增加抗旱能力 (Bashan and Holguin,1997; Bashan and de-Bashan, 2010)。目前以 A. brasilense 及 A. lipoferum 最常被研究與了解；研究亦發現 Azospirillum spp.可於 100 種植物根部協同共生，可促進植物生長及產量 (Fabricio et al., 2016)，可與水稻、玉米高粱、小麥及小米等世界的主要糧食作物共生，為重要 的微生物肥料 (Sivasakthivelan et al., 2013)。目前很多國家都已有商品化產品，如 巴西、阿根廷、德、法、美國及印度等 (Rodrigues et al., 2015)，但在我國尚無此 類商品化產品。Azospirillum spp.與禾本科植物的根部協同固氮共生 (Pedrosa and Yates, 1984)，但不會形成根瘤，其生長於根的表皮或皮層細胞間隙 (Reinhold et al., 1986)，亦可以游離而非共生方式普遍分布於土壤 (http://microbiology.scu.edu.tw/
MIB/micro/bacteria/A13.htm; Döbereiner and Pedrosa, 1987)。
本研究目的在於評估具有固氮效率、分泌促進植物生長物質及可與作物根部 形成協同共生功能之固氮螺旋菌 Azospirillum spp. 菌劑對有機水稻秧苗及植株生 育的影響。
材料與方法
固氮螺旋菌Azospirillum sp. 菌劑對有機秧苗生育影響之探討
以水稻品種台農84 號為稻種，分別於一與二期作於秧苗盤進行秧苗試驗，於 稻種及秧苗生育期接種Azospirillum sp.不同稀釋濃度液態菌劑 (10-2、10-3、10-4 )，
並以接種等量稀釋100 倍不含 Azospirillum sp. 之空白液態培養基為對照，4 種處 理。即將稻種分別浸入上述不同稀釋濃度菌劑中，經 8 小時後取出瀝乾，進行催 芽，播種於裝有土壤之秧苗盤，於秧苗生育期間再追施不同處理菌劑，於秧苗定 植插秧前調查株高、根長、葉數及進行植體分析。
Azospirillum sp.對有機水稻生育影響之研究
評估秧苗接種Azospirillum sp. 液態菌劑對田間水稻生育之影響
選取接種Azospirillum sp 稀釋 100 倍 (10-2) 菌劑之秧苗，以未施用菌劑為對 照處理，定植於農試所21 號試驗田區進行一、二期作田間水稻試驗，生育期間並 追施相同稀釋濃度菌劑。肥料施用處理分別為每公頃施用相當於含150 kg、100 kg 及75 kg 氮素之有機質肥料 (基肥施用牛糞堆肥，追肥施用菜子粕)，並以未施用有 機質肥料為對照處理，8 種處理，3 重複，試驗設計採逢機完全區集設計 (RCBD)，
每處理面積約31.5 m2，種植行株距25 × 25 cm，於生育期間進行株高、分蘗數、
穗數及每株稻稈乾重等生育調查。試驗處理分別為：
處理1：肥料施用量為 150 kg N ha-1，施用菌劑 處理2：肥料施用量為 100 kg N ha-1，施用菌劑 處理3：肥料施用量為 75 kg N ha-1，施用菌劑 處理4：肥料施用量為 0 kg N ha-1，施用菌劑 處理5：肥料施用量為 150 kg N ha-1，未施用菌劑 處理6：肥料施用量為 100 kg N ha-1，未施用菌劑 處理7：肥料施用量為 75 kg N ha-1，未施用菌劑 處理8：肥料施用量為 0 kg N ha-1，未施用菌劑
結果與討論
固氮螺旋菌Azospirillum sp. 菌劑對有機秧苗生育影響之探討
水稻秧苗育苗試驗土壤之肥力分析結果顯示，土壤、 pH 為 7.39，電導度為 1.72 ds m-1，有效性氮、磷、鉀含量分別為120 mg kg-1、16 mg kg-1及84 mg kg-1 (表 1)。一期及二期秧苗試驗所使用之 Azospirillum sp. 經液態培養後測定之菌濃度分 別為108 CFU mL-1 和 109 CFU mL-1，結果顯示：一期作施用菌劑處理秧苗之根長 皆明顯大於未施用菌劑處理，差異達顯著。其他施用菌劑處理之秧苗株高、根長、
葉數及秧苗乾重與對照處理無明顯差異 (表 2 與表 3)；一、二期作水稻插秧前秧苗 植體分析結果亦顯示，除二期作未施用菌劑處理之氮素含量略高於施用菌劑處 理，其他施用菌劑處理與未接菌劑之對照處理無明顯差異 (表 4)。
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表1. 水稻秧苗育苗土壤之化學性質
Table 1. Chemical properties of rice seedling nursery soil (1:1, w/v) pH EC
Table 2. Comparison of the height, root length and leave number of rice seedling before transplanted to the field in the first crop
處理 秧苗高度
Table 3. Comparison of the height, root length , leave number and weight of rice seedling before transplanted to the field in the second crop
處理 秧苗高度
Table 4. Comparison of plant analysis of rice seedling before transplanted to the field in the first and second crop
Azospirillum sp.對有機水稻生育影響之研究
Table 1. Chemical properties of topsoil and subsoil sampled before rice experiment (1:1, w/v) pH EC
(1:5, w/v) Organic
matter Available Exchangeable
N P K Ca Mg ds m-1 % --- mg kg-1 ---
6.41 0.16 2.70 24 75 115 934 182
表6. 一期作水稻施用菌劑不同處理對水稻農藝性狀之影響
Table 6. Effects of different treatments applying Azospirillum sp. inoculum on the agronomic characteristics of rice in the first crop
處理 株高 (cm) 分蘗數 (no.) 穗數 (no.) 每欉稻稈乾重 (g)
z Means within a column followed with the same letters are not significantly different at 5% level by LSD test.
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之株高為98 cm，高於未施用菌劑處理 (93 cm)，差異達顯著 (表 7)。每 100 欉稻 穀乾重為3.43 kg 亦顯著高於未施用菌劑處理 (3.15 kg)，相當於每公頃乾稻穀重為 5.01 ton， 比未施用菌劑處理者增加 9.1%。
結論
固氮螺旋菌 Azospirillum spp. 為友善環境耕作及有機栽培具有發展潛力的 微生物肥料，雖然本試驗部分結果顯示該菌劑對有機水稻秧苗及植株生育影響 之差異不顯著而未如預期。但於一期作插秧前施用菌劑處理秧苗根長皆明顯大 於未施用菌劑處理，差異達顯著；另，於二期作每公頃施用150 kg 氮素之有機 質肥料並施用菌劑處理之株高為98 cm，高於未施用菌劑處理 (93 cm)，差異達 顯著。且每100 欉稻穀乾重為 3.43 kg 亦顯著高於未施用菌劑處理 (3.15 kg)，
相當於每公頃乾稻穀重為 5.01 ton，比未施用菌劑處理者增加 9.1%。顯示 Azospirillum sp. 菌劑對有機秧苗及水稻生育仍具有潛在效益，需對其作用機制 再作探討及精進施用技術。
表7. 二期作水稻施用菌劑不同處理對水稻農藝性狀之影響
Table 6. Effects of different treatments applying Azospirillum sp. inoculum on the agronomic characteristics of rice in the second crop
處理 株高
(cm) 分蘗數
(no.) 穗數
(no.) 每100欉稻穀乾重
(kg) 每公頃稻穀乾重 (ton ha-1) 1. (150 kg ha-1, noculated) 98 a z 21 a 19 a 3.43 a 5.01 2. (100 kg ha-1, inoculated) 93 b 19 abc 18 a 3.21 b 4.69 3. (75 kg ha-1, inoculated) 92 bc 20 ab 19 a 3.12 bc 4.56 4. (0 kg ha-1, inoculated) 89 c 17 c 16 b 2.97 c 4.33 5. (150 kg ha-1, uninoculated) 93 b 20 ab 18 ab 3.15 bc 4.59 6. (100 kg ha-1, uninoculated) 93 b 19 ab 19 a 3.12 bc 4.56 7. (75 kg ha-1, uninoculated) 92 bc 21 a 19 a 3.06 bc 4.47 8. (0 kg ha-1, uninoculated) 90 bc 18 bc 17 ab 2.97 c 4.34
z Means within a column followed with the same letters are not significantly different at 5% level by LSD test.
Azospirillum sp.對有機水稻生育影響之研究
引用文獻
1. Bashan,Y., and G. Holguin.1997. Azospirillum-plant relationships: environmental and physiological advances (1990-1996). Can. J. Microbiol., 43:103-121.
2. Bashan, Y., and L. E. de-Bashan. 2010. How the plant growth-promoting bacterium Azospirillum promotes plant growth. A critical assessment. Advances in Agronomy, 108:77-136.
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4. Fabricio, C., and D. Z. Martin. 2016. Azospirillum sp.in current agriculture: From the laboratory to the field. Soil Biology & Biochemistry, 103:117-130.
5. Okon, Y., and C. Labandera-González, 1994. Agronomic applications of Azospirillum: an evaluation of 20 years worldwide field inoculation. Soil Biol. Biochem., 26: 1591-1601.
6. Reinhold, B., T. Hurek, E.G. Niemann, and I. Fendrik. 1986. Close association of Azospirillum and diazotrophic rods with different root zones of kallar grass. Appl. Environ.
Microbiol., 52(3):520-526.
7. Rodrigues A. C., A. Bonifacio, F. F. de Araujo, M. A. L. Junior, and M. do V. B. Figueiredo.
2015. Azospirillum sp. as a Challenge for Agriculture. Bacterial Metabolites in Sustainable Agroecosystem. p. 29-51.
8. Sivaskthivelan, P., and P. Saranraj. 2013. Azospirillum and its formulations: A review.
International Journal of Microbiological Research, 4 (3):275-287.
9. Tien, T., M. Gaskins, and D. Hubbell. 1979. Plant Growth Substances Produced by Azospirillum brasilense and Their Effect on the Growth of Pearl Millet (Pennisetum americanum L.). Applied and Environmental Microbiology, 37:1016-1024.
10. http://microbiology.scu.edu.tw/MIB/micro/bacteria/A13.htm.
溶磷菌肥料肥 (功) 效評估及驗證研討會專刊