蔬菜是人們日常飲食中必不可少的食物之一，能為人體提供維生素、礦物質等必需的營養物質。據國家統計局數據顯示，2021年中國蔬菜種植面積約為2.19×107嗯2產量約7.6711億噸。
隨著人們生活水平的不斷提高，蔬菜消費也在悄然改變。越來越多的消費者意識到蔬菜的功能性和生物活性。對具有高安全性、營養和生物活性的蔬菜產品的需求正在不斷增加。
水培是受控環境條件下無土栽培的一種方式，可以利用無土生長介質或營養液來促進更快的生長、更高的產量和更好的養分利用效率。與傳統的土壤栽培相比，水培法節約了土壤資源，提高了水分利用效率，減少了化肥和農藥的用量，減少了溫室瓦斯排放。
同時，在人工控制的溫室中建立水培系統也可以避免極端天氣和土壤汙染對蔬菜產量和品質的影響。目前，以生菜、芹菜和番茄為代表的多種園藝植物可以透過水培法生產。
萵苣和芹菜是全球廣泛食用的綠色蔬菜。它們不僅富含各種營養素和植物化學物質，包括膳食纖維、維生素C、酚類和黃酮類化合物，還具有生長周期短、經濟價值高、生態效益好、適合各種栽培環境等特點。
本研究在生菜和芹菜水培體系中套用了兩種聯合微生物接種劑 Arthrobacter pascens BUAYN-122 和 Bacillus subtilis BUABN-01。栽培試驗後，對萵苣和芹菜的農藝性狀、理化性質和營養品質進行監測。本研究的目的是評估微生物接種劑在生菜和芹菜栽培過程中水培系統中的套用。
萵苣「北子NO.4」種子由北京農業大學萵苣研究組慷慨捐贈。芹菜「翠琴1號」種子購自中國北京市農林科學院。 種子萌發3-10天後，選擇生長和根長相似的幼苗，並將其移至新的1/2 MS平板中。
微生物接種劑分別接種根尖每株幼苗2.5 μL，對照組接種等體積無菌水。隨後將平板在光照培養箱中培養2-3周。透過測量幼苗的主根長度、側根數和鮮重來確定兩種微生物接種劑的植物促進生長活性。
實驗於2022年1月至3月在BUA的一個智慧溫室中進行。將萵苣和芹菜的幼苗播種在裝滿泥炭、蛭石和珍珠巖的 50 格塞盤中。當幼苗長到三葉一中心時，選擇生長一致的幼苗，並建立垂直水培系統。
水培系統由36孔圓柱形水培柱的上層、底部梯形水箱和自動迴圈裝置組成。在水培系統中使用了用於葉菜的標準水培營養液。上述微生物接種劑與等體積混合，進一步接種，終濃度為5×105營養液中的CFU/mL。
實驗涉及4個處理：（1）CKL：不復方微生物接種劑的營養液作為空白對照;（2）TL：與微生物接種劑聯合的營養液用於生菜栽培;（3）CKC：不含復方微生物孕育劑的營養液，用於芹菜栽培作為空白對照;（4）TC：與微生物接種劑聯合用於芹菜栽培的營養液。每次處理一式三份（108株幼苗）。
當萵苣和芹菜達到商品成熟時，收獲各處理生長均勻的植株，並進一步評價其相關的農藝、理化和營養特性。
幼苗形態特征表明，萵苣BUAYN-122和枯草芽孢桿菌BUABN-01均能促進萵苣和芹菜地上部份的生長。A. pascens BUAYN-122顯著提高了萵苣和芹菜幼苗的主根長、側根數和鮮重。
與對照組相比，接種萵苣和芹菜鮮重分別增加了144.4%和300.9%。枯草芽孢桿菌BUABN-01對萵苣和芹菜幼苗側根數和鮮重表現出顯著的促生長活性，但對萵苣幼苗主根長度表現出顯著的抑制活性。
分別對成熟萵苣和芹菜的農藝和理化特性進行了30 d和45 d水培栽培的評價。微生物接種顯著改善了萵苣和芹菜的形態特征。TL和TC的AGFW分別為50.60 ± 4.16 g和58.87 ± 3.16 g，分別是對照組的1.98倍和1.30倍。
TL和TC的UGFW分別為10.00±2.64和24.80±3.53 g，分別是對照組的1.88倍和1.21倍。TL的株高為15.71±1.11 cm，顯著高於CKL的株高。此外，CKC和TC的芹菜株高差異不顯著。
TL和TC的根長分別為24.29 ± 2.16和31.53 ± 5.46 cm，顯著高於CKL和CKC。同時，微生物接種劑對萵苣葉長、葉寬和芹菜葉寬的改善效果不顯著。此外，TL和TC的葉片數和PDHA活性顯著提高。
如今，水培栽培在世界範圍內越來越受歡迎並不斷增加，因為它可以提供更高的產量和更高品質的產品，提高水分和養分利用效率，並減少土壤傳播的病蟲害。
此外，最佳化的微生物接種劑被認為是農業生產力的新前沿之一。水培研究主要集中在產量成分、養分效率、環境控制等方面。然而，很少有研究關註水培栽培系統中的微生物接種劑。本研究旨在評估微生物接種劑在水培栽培系統中的套用。
先前的研究表明，許多 PGPR 為寄主植物提供了許多好處，包括促進植物生長、改善營養品質、延長保質期和抑制植物病原體。
本研究使用兩種微生物接種劑 A. pascens BUAYN-122 和 B. subtilis BUABN-01。在我們之前的研究中，枯草芽孢桿菌BUABN-01可以在使用堆肥廢蘑菇基質的幼苗試驗期間顯著促進生菜生長。
此外，節桿菌屬是耐金屬的放線菌，在許多汙染環境中被稱為生物修復接種劑。先前的研究表明，節桿菌屬參與土壤磷代謝，可以改善磷酸鹽的溶解。據報道，許多PGPR可以誘導植物側根的形成，例如芽孢桿菌屬和假單胞菌屬。
本研究透過平板育苗試驗表明，萵苣BUAYN-122和枯草芽孢桿菌BUABN-01均能顯著提高萵苣和芹菜幼苗的鮮重和側根數。兩種微生物接種劑BUAYN-122和BUABN-01誘導生菜和芹菜側根，進一步提高植物根系的養分吸收和植物生長。
植物生長促進活性可以透過釋放植物激素來介導。此外，之前的一項研究還表明，接種 CM11 假單胞菌菌特異性誘導與側根形成相關的遺傳途徑。
兩種微生物接種劑在水培栽培中的套用顯著提高了成熟萵苣和芹菜的農藝性狀，包括AGFW、UGFW、根長和葉數。先前的研究表明，在無土栽培系統中施用PGPRs可以提高植物利用有機養分的效率，從而提高產量、株高和根長。
本研究透過微生物接種刺激側根生長，進一步促進了水培環境中養分的吸收和利用。微生物接種的萵苣和芹菜的AGFW分別比對照組高1.98和1.30。根去氫酶可以反映生物細胞的活性狀態和利用培養基營養物質的能力。
這兩種微生物接種劑還可以顯著提高生菜和芹菜的PDHA活性。結果表明，水培系統中的微生物接種不僅可以促進側根的形成，還可以促進根系的活性，從而增加生物量積累和產量。
先前的研究表明，PGPRs可以改善植物的氮和磷代謝，導致蛋白質含量的增加。此外，兩種微生物接種劑均顯著改善了芹菜的可溶性糖和TDF含量，但對萵苣的可溶性糖和TDF含量沒有顯著影響。
這可能是由於微生物接種劑大大提高了生菜的產量，導致生菜中每單位品質的可溶性糖和TDF含量降低。葉菜類蔬菜富含Vc、花青素、酚類和類黃酮，富含強大的抗氧化活性和潛在的健康有益功能。
這些生物活性化合物在體內和體外顯示出抗糖尿病，抗炎和降低膽固醇的活性。最近的一份報告顯示，較高的生菜攝入量與較低的肝癌和慢性肝病風險有關。
此外，植物蛋白攝入量與心血管疾病死亡率和血壓呈負相關，並且與乳癌風險降低相關。本研究發現，微生物接種顯著提高了萵苣中花青素、總酚和類黃酮的含量。
兩種微生物接種劑均顯著促進了萵苣和芹菜地上和地下部份的生長。在水培系統中加入微生物接種可顯著提高根系活性，可促進植物更好地從環境中吸收養分，產生更多的次生代謝產物。
在萵苣栽培中套用兩種菌絨毛蟲真菌和木黴改善了植物次生化合物的生物合成。這些結果表明，在水培系統中添加PGPRs可以顯著提高生菜的營養品質和抗氧化能力。
此外，本研究中使用的萵苣是富含花青素的紫葉萵苣，而芹菜品種則缺乏花青素。因此，由於花青素含量低，它對芹菜的影響可能較小。
綜上所述，2種微生物接種劑BUAYN-122和枯草芽孢桿菌BUABN-01對水培萵苣和芹菜的農藝性狀具有顯著的促進作用，包括地上地下生物量、根長和葉數。
微生物接種顯著改善了兩種蔬菜的根系養分吸收和葉片光合作用，包括根系活性， Pn、Gs和總 Chl 含量。此外，微生物接種進一步提高了兩種蔬菜的營養品質，包括總蛋白、Vc和總酚含量。
此外，微生物接種顯著提高了供試紫葉萵苣的花青素含量。這些結果表明，在水培系統中套用微生物接種劑是一種非常有效且很有前途的葉菜栽培方法。
