常見重金屬和農藥對Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＷＰ８促生能力的影響

沈敏，康貽軍，王歡莉，趙慶新

摘要：采用平板發芽生長方法，研究Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、農用硫酸鏈霉素和乙草胺在各自建議濃度（Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ＲＣ）和２×ＲＣ下，Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＷＰ８對辣椒發芽生長的影響。結果表明，Ｃｕ和乙草胺在試驗濃度下，辣椒均不發芽，ＷＰ８的存在未能緩解脅迫作用； Ｐｂ、Ｚｎ和農用硫酸鏈霉素在ＲＣ下，對ＷＰ８的促生能力，特別是根的伸長影響很小；２×ＲＣ下，Ｐｂ處理對ＷＰ８促生能力的影響依然較小，但Ｚｎ和農用硫酸鏈霉素處理對ＷＰ８促生能力的影響較大，但根的指標仍能達ＣＫ水平；ＷＰ８的生長狀況和促生表現之間沒有明顯的相關性。

關鍵詞：重金屬；農藥；Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＷＰ８；促生能力

中圖分類號：Ｑ９３５文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）14－2988-04

Effect of Common Heavy Metals and Agricultural Agents on Plant Growth Promotion Ability of Bacillus pumilus WP8

ＳＨＥＮ Ｍｉｎ，ＫＡＮＧ Ｙｉ－ｊｕｎ，ＷＡＮＧ Ｈｕａｎ－ｌｉ，ＺＨＡＯ Ｑｉｎｇ－ｘｉｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｃｈｅｎｇ ２２４００２，Jiangsu，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｒｏｗｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ ｐａｐｅｒ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｕ， Ｐｂ， Ｚｎ， ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｉｎ （ＳＴＭ） ａｎｄ ａｃｅｔｏｃｈｌｏｒ （ＡＣＴ） ａｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ （ＲＣ） ａｎｄ ２×ＲＣ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｐｐｅｒ ｓｅｅｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＷＰ８． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｎｏ ｇｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｓｅｅｄｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ Ｃｕ ａｎｄ ＡＣＴ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ａｌｌｅｖｉａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ ｗｈｅｎ ｉｎｏｃｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＷＰ８． Ｓｌｉｇｈｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｐｂ， Ｚｎ ａｎｄ ＳＴＭ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ＲＣ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ Ｐｂ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ２×ＲＣ ｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｇｒｏｗｔｈ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｏｎ ｒｏｏｔ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｚｎ ａｎｄ ＳＴＭ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ２×ＲＣ ｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｇｒｏｗｔｈ ｗｅｒｅ ｄｉｓｔｉｎｃｔ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ ｉｎｄｅｘ ｓｔｉｌｌ ｃｏｍｅ ｕｐ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈｅｃｋ （ＣＫ）． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｃｌｅａｒ ｄｅｆｉｎｉｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＷＰ８ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ． Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｏｍｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＷＰ８．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｇｅｎｔ； Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＷＰ８； ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｒｏｍｏｔｉon ability

植物根際促生菌（Ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ－ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｒｈｉｚｏｂａｃｔｅｒｉａ，ＰＧＰＲ）是指生存于植物根際、根表，并能直接或間接地促進或調節植物生長的微生物［１］。利用ＰＧＰＲ及其制劑部分替代化肥、農藥已成為解決農業環境污染的重要途徑。在前期的工作中，從小麥根際篩選出1株高效廣適的ＰＧＰＲ菌株Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＷＰ８［２］，并已在水稻、豇豆和番茄等植物的促生／生防試驗中獲得成功，ＷＰ８的良好表現說明其具有較強的應用潛力。

ＰＧＰＲ菌株實際應用時發揮促生／生防作用的前提是在土壤中能表現出充分的競爭力［３］。土壤中生物和非生物因素都影響著ＰＧＰＲ的生存和定殖能力，其中非生物因素主要是土壤中對微生物生長不利的重金屬、農藥殘留［４］。雖然人們已認識到重金屬、農藥殘留對食物和環境安全已經或將要造成的危害，但事實上，目前農業生產過程中仍不能完全避免這種危害。因此，研究ＷＰ８在常見重金屬和農藥脅迫下的實際促生表現更具現實意義，也是進一步評價其應用潛力的重要依據。Ａｈｅｍａｄ等［４］研究發現幾種常見殺蟲劑對Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎ ＰＳ１９促生指標都產生了影響，且環境中農藥劑量越大，影響越顯著。這可能是迄今檢索到僅有的相關報道，然而該研究僅測定了相關促生指標，未能通過具體植物進行驗證，而且缺乏重金屬等土壤中常見脅迫因素的影響。鑒于此，以ＷＰ８為材料，以土壤中常見重金屬Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ和常用農藥乙草胺、農用硫酸鏈霉素等為脅迫因子，以辣椒種子為試驗對象，通過平板發芽方法研究ＷＰ８在重金屬、農藥脅迫下對辣椒種子發芽率及幼苗生長的影響。

１材料與方法

１．１供試材料及處理方法

接種適量Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＷＰ８細胞于ＮＢ液體培養基（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｂｒｏｔｈ），（２８±２） ℃、１８０ ｒ／ｍｉｎ搖床培養４８ ｈ后，轉至無菌５０ ｍＬ離心管中，５ ０００ ｒ／ｍｉｎ離心１０ ｍｉｎ，棄去上清液，細胞重懸于無菌去離子水中，混勻，調至１０８ＣＦＵ／ｍＬ，置于４ ℃冰箱保存３ ｄ備用。

供試辣椒品種為美國大牛角（河北青縣王鎮店種子繁育站）。取辣椒種子若干，用７０％乙醇和１％次氯酸鈉溶液分別處理５和１ ｍｉｎ，無菌去離子水沖洗３遍，風干備用。

供試農藥：乙草胺（遼寧營口三征農用化工有限公司）；農用硫酸鏈霉素（鄭州方正化工有限公司）。

１．２試驗設計

試驗共設以下２２個處理：①ＣＫ（空白對照）；②ＣＫ＋ＷＰ８；③０．１％農用硫酸鏈霉素（記作“鏈０．１”）；④０．１％農用硫酸鏈霉素＋ＷＰ８（記作“鏈０．１＋ＷＰ８”）；⑤０．２％農用硫酸鏈霉素（記作“鏈０．２”）；⑥０．２％農用硫酸鏈霉素＋ＷＰ８（記作“鏈０．２＋ＷＰ８”）；⑦０．３％乙草胺（記作“乙０．３”）；⑧０．３％乙草胺＋ＷＰ８（記作“乙０．３＋ＷＰ８”）；⑨０．６％乙草胺（記作“乙０．６”）；⑩０．６％乙草胺＋ＷＰ８（記作“乙０．６＋ＷＰ８”）；11 １００ ｍｇ／Ｌ Ｃｕ（記作“Ｃｕ １００”）；12 １００ ｍｇ／Ｌ Ｃｕ＋ＷＰ８（記作“Ｃｕ １００＋ＷＰ８”）；13 ２００ ｍｇ／Ｌ Ｃｕ（記作“Ｃｕ ２００”）；14 ２００ ｍｇ／Ｌ Ｃｕ＋ＷＰ８（記作“Ｃｕ ２００＋ＷＰ８”）；15 ５０ ｍｇ／Ｌ Ｐｂ（記作“Ｐｂ ５０”）；16 ５０ ｍｇ／Ｌ Ｐｂ＋ＷＰ８（記作“Ｐｂ ５０＋ＷＰ８”）；17 １００ ｍｇ／Ｌ Ｐｂ（記作“Ｐｂ １００”）；18 １００ ｍｇ／Ｌ Ｐｂ＋ＷＰ８（記作“Ｐｂ １００＋ＷＰ８”）；19 ５０ ｍｇ／Ｌ Ｚｎ（記作“Ｚｎ ５０”）；20 ５０ ｍｇ／Ｌ Ｚｎ＋ＷＰ８（記作“Ｚｎ ５０＋ＷＰ８”）；21 １００ ｍｇ／Ｌ Ｚｎ（記作“Ｚｎ １００”）；22 １００ ｍｇ／Ｌ Ｚｎ＋ＷＰ８（記作“Ｚｎ １００＋ＷＰ８”）。上述處理均設３次重復。

１．３接種及平板發芽方法

取若干消毒過的辣椒種子浸泡于ＷＰ８細胞液內，２８ ℃、１４０ ｒ／ｍｉｎ搖床中充分接觸２０ ｍｉｎ后取出，于無菌工作臺上風干。另取若干種子浸泡于無菌去離子水中，進行上述相同處理作為對照（ＣＫ）。

平板發芽方法：按上述試驗設計，向鋪有無菌濾紙、相應處理的培養皿內分別移入４ ｍＬ無菌去離子水、１００ ｍｇ／Ｌ（元素的量，下同）的Ｃｕ溶液、２００ ｍｇ／Ｌ的Ｃｕ溶液、５０ ｍｇ／Ｌ的Ｐｂ溶液、１００ ｍｇ／Ｌ的Ｐｂ溶液、５０ ｍｇ／Ｌ的Ｚｎ溶液、１００ ｍｇ／Ｌ的Ｚｎ溶液、０．３％（Ｖ／Ｖ）乙草胺溶液、０．６％（Ｖ／Ｖ）乙草胺溶液、０．１％（Ｗ／Ｖ）農用硫酸鏈霉素溶液和０．２％ （Ｗ／Ｖ） 農用硫酸鏈霉素溶液。在不同處理的培養皿內放入２０粒辣椒種子，２８ ℃下避光發芽生長１５ ｄ后取出。

１．４供試重金屬和農藥對ＷＰ８生長的影響

為研究ＷＰ８在重金屬、農藥脅迫下與無脅迫時促生效果的差異，試驗測定了ＷＰ８在重金屬和農藥脅迫下的生長情況。各處理配制２００ ｍＬ １／１０濃度的ＮＢ液體培養基（盡量接近土壤養分狀況），按上述試驗設計分別加入相應量的重金屬和農藥，接入等量ＷＰ８細胞，（２８±2） ℃、１８０ ｒ／ｍｉｎ搖床培養４８ ｈ后測定三角瓶內WP8細胞的量。采用了兩種測定方法：①針對液體外觀無混濁的重金屬溶液和農用硫酸鏈霉素溶液，用可見分光光度計測定吸光度（Ａ５５０ ｎｍ），以未接入ＷＰ８的重金屬溶液作為參比溶液；②針對乳濁液狀態的乙草胺溶液，用稀釋平板培養法進行細胞計數。

１．５測定項目及統計方法

統計并計算各處理發芽率；量取辣椒幼苗根長和莖長。所獲數據用ＳＰＳＳ １５．０軟件作方差分析。

２結果與分析

２．１３種重金屬對ＷＰ８促生效果的影響

由圖１可知，ＷＰ８浸種處理的辣椒幼苗的莖長和根長均顯著長于ＣＫ，說明ＷＰ８對辣椒的促生效果較好。Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ脅迫下，辣椒種子的發芽及幼苗的生長均受到不同程度的影響，其中，Ｃｕ對其的影響最大，在土壤污染臨界值（１００ ｍｇ／Ｌ）時，辣椒種子已不能發芽，這意味著國家標準規定的有關Ｃｕ的污染臨界值應因不同植物而異，像辣椒這類植物，顯然對Ｃｕ更為敏感。同時也表明ＷＰ８的促生作用也受到不同程度的影響。

在Ｐｂ５０和Ｐｂ１００條件下，辣椒的根、莖長度均比ＣＫ顯著縮短，雖然Ｐｂ１００處理的根、莖長度均小于Ｐｂ５０處理，但它們之間卻無顯著差異。Ｐｂ５０＋ＷＰ８處理的莖長和ＣＫ＋ＷＰ８無顯著差異，根長增加，達３０．９０ ｍｍ，顯著長于ＣＫ＋ＷＰ８處理。Ｐｂ１００＋ＷＰ８處理的莖長和ＣＫ間無顯著差異，但卻顯著低于ＣＫ＋ＷＰ８處理；根長卻也和Ｐｂ５０＋ＷＰ８處理相似，比CK+WP8顯著增加。另外，Ｐｂ５０＋ＷＰ８和Ｐｂ１００＋ＷＰ８兩處理的根長都長于莖長，說明在Ｐｂ脅迫下，ＷＰ８極大地促進了根的伸長。

在Ｚｎ５０和Ｚｎ１００條件下，辣椒的根、莖長度均比ＣＫ顯著縮短，雖然Ｚｎ１００處理的根、莖長度均小于Ｚｎ５０處理，但它們之間卻無顯著差異，這點和Ｐｂ處理相似。Ｚｎ５０＋ＷＰ８處理的莖長和ＣＫ無顯著差異，根長卻比ＣＫ增長１１５．１５％，達ＣＫ＋ＷＰ８處理的水平。Ｚｎ１００＋ＷＰ８處理的莖長和根長分別比Ｚｎ１００處理增長４８．７２％和４９４．７４％，差異均達顯著水平。

試驗說明，ＷＰ８有助于緩解重金屬對辣椒幼苗的脅迫，主要體現在促進其根的伸長；重金屬對ＷＰ８的促生作用有一定的影響，以Ｃｕ的影響尤為明顯。

２．２兩種常見農藥對ＷＰ８促生效果的影響

農用硫酸鏈霉素和乙草胺對辣椒種子發芽、幼苗生長以及對ＷＰ８促生效果的影響各不相同。對農用硫酸鏈霉素而言，鏈０．１處理（建議濃度）和ＣＫ相比，莖長并未顯著縮短，根長反比ＣＫ顯著增加，而鏈０．２處理的根、莖長度均比ＣＫ顯著縮短。鏈０．１＋ＷＰ８處理的根長和ＣＫ＋ＷＰ８處理相比無顯著差異，但莖長卻短４２．７７％，差異達顯著水平；鏈０．２＋ＷＰ８處理的莖長、根長分別比ＣＫ＋ＷＰ８處理短６５．２４％和４９．９７％，差異均達顯著水平，但其根長和ＣＫ保持同一水平。說明ＷＰ８有助于緩解農用硫酸鏈霉素對辣椒幼苗生長的影響，主要體現在促進根的伸長。

乙草胺對辣椒發芽、生長及ＷＰ８的促生效果的影響較農用硫酸鏈霉素大。在建議濃度（乙０．３處理）和２倍建議濃度（乙０．６處理）下，辣椒均不發芽，只是乙０．３＋ＷＰ８處理的辣椒根有所生長。說明乙草胺對辣椒發芽、生長影響很大，ＷＰ８的緩解作用也相對較小。

２．３常見重金屬和農藥對ＷＰ８生長的影響

由圖３可知，不同重金屬和農藥對ＷＰ８的生長有不同程度的抑制作用。各處理和ＣＫ之間均存在顯著差異；除Ｃｕ１００和Ｃｕ２００處理之間差異不顯著外，其余各處理建議濃度和２倍建議濃度之間的差異均達顯著水平。建議濃度下，各重金屬對ＷＰ８生長的影響為Ｃｕ＞Ｚｎ＞Ｐｂ，說明ＷＰ８對Ｃｕ相對敏感；２倍建議濃度下，各重金屬對ＷＰ８生長的影響為Ｐｂ＞Ｃｕ＞Ｚｎ。

３討論

ＰＧＰＲ的促生機制具有多樣性，可歸納為誘導體系抗性和誘導體系忍耐力兩類［５］，其中誘導體系忍耐力包括ＰＧＰＲ誘導植物耐重金屬生長或協助植物進行重金屬超積累等，例如，一些耐鋅根際菌增強二月蘭（Ｏｒｙｃｈｏｐｈｒａｇｍｕｓ ｖｉｏｌａｃｅｕｓ）對Ｚｎ的富集以及增加植物生物量［６］；耐鎘根際菌可在鎘脅迫下促進甘藍型油菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ ｎａｐｕｓ）的生長［７］；耐鎳根際菌可提高芥菜型油菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ ｊｕｎｃｅａ）和油菜野生種（Ｂ． ｏｘｙｒｒｈｉｎａ）對鎳的富集［８］等。此次研究的重點并非證明ＷＰ８是否可幫助辣椒忍耐重金屬脅迫，而是研究ＷＰ８在常見重金屬和農藥脅迫下的實際促生能力。這主要出于前期對ＷＰ８的促生能力已有較好的認識，認為ＷＰ８具有很好的應用潛力，因此需要進一步探究其在環境脅迫下的實際促生表現。但ＷＰ８在重金屬和農藥特別是Ｐｂ、Ｚｎ和農用硫酸鏈霉素脅迫下，仍能促進辣椒生長，這個結果對豐富ＷＰ８的應用范圍和領域仍具有指導意義。

不少學者認為ＰＧＰＲ發揮作用的前提是能競爭存活［３，９，１０］，但ＰＧＰＲ存活并不一定就有促生作用。研究中，Ｃｕ處理的辣椒種子不能發芽，但同樣的Ｃｕ濃度脅迫下，ＷＰ８也有少量生長，而且其生長量比Ｐｂ１００多，然而Ｃｕ１００＋ＷＰ８和Ｃｕ2００＋ＷＰ８處理辣椒的發芽和生長情況卻遠不如Ｐｂ１００＋ＷＰ８處理好，乙草胺處理也有相似情況，這說明ＷＰ８是否存活與最終的促生表現似乎并無決定關系。可以肯定的是，Ｃｕ和乙草胺脅迫環境對辣椒發芽和生長的影響最大，即使有ＷＰ８存在也很難緩解，這既說明ＰＧＰＲ促生機制的復雜性，也對辣椒種植過程中除草劑的使用及土壤污染標準的制定起指導作用。

試驗還發現，ＷＰ８在重金屬和農藥脅迫下，對辣椒根的促生作用比對莖的促生作用明顯。Ｂｅｌｉｍｏｖ等［１１］研究發現Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｂｒａｓｓｉｃａｃｅａｒｕｍ ｓｔｒａｉｎ Ａｍ３能在濾紙培養皿環境中促進番茄幼苗根的伸長，并在土壤試驗中能提高植物生物量，但Ｐ． ｂｒａｓｓｉｃａｃｅａｒｕｍ ｓｔｒａｉｎｓ ５２０－１和Ｔ８－１并不能促進幼苗根的伸長，通過比較發現，Ａｍ３能同時在濾紙培養皿和土壤環境中定殖，而５２０－１和Ｔ８－１卻并不能定殖。因此認為ＷＰ８之所以能大幅度促進辣椒根的伸長，是因為其已經成功定殖于辣椒根際了，而且可以推想，ＷＰ８在土壤環境中應該有較好的促生表現。

前期測定ＷＰ８的一些促生指標，只有產嗜鐵素這一項［２］。試驗中，為探究ＷＰ８耐眾多重金屬和農藥而進行生長和促生的表現，定性測定了其產ＡＣＣ（１－ａｍｉｎｏｃｙｃｌｏｐｒｏｐａｎｅ－１－ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ，１－氨基環丙烷－１－羧酸）脫氨酶的能力，發現其能在以ＡＣＣ為惟一碳源的培養基上進行生長。這說明該菌株極有可能通過產ＡＣＣ脫氨酶抗重金屬和農藥而進行生長并促進辣椒發芽和生長。

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