Effects of γ-polyglutamic acid and Bacillus subtilis cells on soil quality improvement and growth of rice

Abstract

The objective of this research was to study the effects of γ-polyglutamic acid (PGA) and Bacillus subtilis cells on soil quality improvement and growth of rice in both laboratory and greenhouse scale. From the germination, growth and biochemical contents of Khao Dawk Mali 105 rice seedling in laboratory scale tests, the results showed that the germination percentage, germination energy and germination speed were not affected by PGA and B. subtilis cells. However, those test substances tended to increase the seedling vigor index compared with the control. Considering the 21 days old rice seedlings, PGA at the concentration of 500 mg·kg-1sand resulted in the significantly highest shoot length (P≤0.05). Whereas, the root length was gradually reduced with increasing the PGA and B. subtilis cell concentration. However, the addition of PGA and B. subtilis cells significantly increased both shoot and root in terms of fresh and dry weight (P≤0.05). Moreover, PGA and B. subtilis cells significantly influenced the increase in sugar content, total free amino acid, total chlorophyll and carotenoids contents compared with the control (P≤0.05). Additionally, the study of rice growth on greenhouse scale showed that PGA and B. subtilis cells resulted in higher rice yield, number of tillers and increased both shoot and root in terms of fresh and dry weight especially at the PGA concentration of 50 mg·kg-1. Moreover, the crop yield parameters i.e. number of panicles, number of grains, grain weight and 100-grain weight were positively affected by the addition of PGA and B. subtilis cells. Considering the soil chemical properties, PGA and B. subtilis cells significantly improved soil quality compared with the control (P≤0.05). Soil contents of nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium, sodium, soil conductivity and soil pH increased with increasing test substances, particularly for the 500 mg·kg-1. In addition, PGA and B. subtilis showed a tendency to improve soil physical properties i.e. soil moisture, total soil density and total porosity. From those results, it indicates that PGA and B. subtilis cells could be one of the potentially natural resources used as soil conditioner and growth promoting substances for the soil quality and rice yield improvement.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของสารแกมม่าพอลีกลูตามิกแอซิดและเซลล์ Bacillus subtilis ต่อการปรับปรุงคุณภาพดินและการเจริญเติบโตของข้าวทั้งในระดับห้องปฏิบัติการและโรงเรือน จากการศึกษาผลของสารทดสอบต่อการงอก การเจริญเติบโตและปริมาณสารชีวเคมีในต้นกล้าข้าวขาวดอกมะลิ 105 ในระดับห้องปฏิบัติการ พบว่า PGA และเซลล์ B. subtilis ไม่ส่งผลกระทบต่อเปอร์เซ็นต์การงอก พลังงานในการงอกและความเร็วในการงอก อย่างไรก็ตามสารดังกล่าวมีแนวโน้มในการเพิ่มความแข็งแรงของต้นกล้าข้าวเมื่อเปรียบเทียบกับชุดควบคุม เมื่อพิจารณาการเจริญเติบโตของต้นกล้าข้าวที่อายุ 21 วัน พบว่า PGA ที่ความเข้มข้น 500 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม ส่งผลให้ความยาวลำต้นสูงที่สุดอย่างมีนัยสำคัญ (P≤0.05) สำหรับความยาวรากพบว่าความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของทั้ง PGA และเซลล์ B. subtilis ส่งผลให้ความยาวรากมีแนวโน้มในการลดลงอย่างชัดเจน อย่างไรก็ตามการเติม PGA และเซลล์ B. subtilis ส่งผลให้ต้นกล้าข้าวมีน้ำหนักสดและน้ำหนักแห้งเพิ่มสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (P≤0.05) นอกจากนั้น PGA และเซลล์ B. subtilis ยังส่งผลให้ปริมาณน้ำตาล ปริมาณกรดอะมิโนอิสระรวม ปริมาณคลอโรฟิลล์ และแคโรทีนอยด์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับชุดควบคุม (P≤0.05) จากการศึกษาการเจริญเติบโตของข้าวในระดับโรงเรือน พบว่า PGA และเซลล์ B. subtilis ส่งผลให้ข้าวมีความสูง จำนวนการแตกกอและน้ำหนักสดและน้ำหนักแห้งของข้าวเพิ่มสูงขึ้น โดยเฉพาะที่ความเข้มข้นของ PGA 50 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม นอกจากนี้ PGA และเซลล์ B. subtilis ยังส่งผลในเชิงบวกต่อพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับผลผลิต ได้แก่ จำนวนรวง จำนวนเมล็ดต่อกระถาง น้ำหนักเมล็ดต่อกระถาง และน้ำหนัก 100 เมล็ด เมื่อพิจารณาคุณสมบัติทางด้านเคมีของดินพบว่า PGA และเซลล์ B. subtilis ส่งผลทำให้คุณภาพของดินดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับชุดควบคุม (P≤0.05) โดยพบปริมาณไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม ค่าการนำไฟฟ้าและ pH ของดินเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของการให้สารทดสอบ โดยเฉพาะ PGA ที่ระดับความเข้มข้น 500 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม นอกจากนี้ PGA และเซลล์ B. subtilis ยังมีแนวโน้มในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางด้านกายภาพของดินดีขึ้น คือ ความชื้นของดิน ความหนาแน่นรวมของดินและความพรุนรวมของดิน จากผลการทดลองดังกล่าวจึงสรุปได้ว่า PGA และเซลล์ B. subtilis มีศักยภาพที่ดีและเป็นทางเลือกหนึ่งของสารจากธรรมชาติในการเป็นสารปรับปรุงดินและส่งเสริมการเพิ่มผลผลิตของข้าว