張樹武,徐秉良,程玲娟,薛應(yīng)鈺
(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室,
中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070)
深綠木霉對(duì)白三葉草促生作用及生理生化特性的影響
張樹武,徐秉良*,程玲娟,薛應(yīng)鈺
(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室,
中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070)
摘要:通過室內(nèi)種子萌發(fā)和溫室幼苗盆栽試驗(yàn)研究了不同稀釋倍數(shù)深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草促生作用及生理生化特性的影響。結(jié)果表明,在室內(nèi)試驗(yàn)條件下不同稀釋倍數(shù)深綠木霉發(fā)酵液能夠顯著提高白三葉草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù),尤其100倍稀釋液對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響較為明顯,分別為94.42%,13.42和9.52。在溫室條件下不同稀釋倍數(shù)深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗的生長具有明顯的影響,并能夠增加幼苗葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)含量和生理生化酶的活性,其中100倍發(fā)酵液處理后幼苗的根長、株高、植株鮮重、干重和根冠比的相對(duì)增長率分別為37.09%,13.18%,57.73%,54.35%,20.89%;葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量的相對(duì)增長率分別為14.02%和76.21%;多酚氧化酶、過氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶活性均顯著高于對(duì)照,其中多酚氧化酶活性在處理后第3天達(dá)到最大值,過氧化物酶活性在處理后第1和4天達(dá)到最大值,苯丙氨酸解氨酶活性在處理后第3~4天達(dá)到最大值。因此,深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草的生長具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞:深綠木霉;促生作用;白三葉草;生理生化特性
三葉草(Trifolium)為豆科(Leguminosae)三葉草屬(Trifolium)多年生草本植物,原產(chǎn)于小亞細(xì)亞南部和歐洲東南部,是一種分布范圍廣的優(yōu)質(zhì)豆科牧草和地被(草坪)植物。近年來由于三葉草具有適應(yīng)性廣、侵占性強(qiáng)、再生力強(qiáng)、觀賞期長、根系發(fā)達(dá)、莖葉茂密和花色鮮艷等優(yōu)點(diǎn),目前已被廣泛應(yīng)用于廣場、公園、道路和庭院等地綠化,以及作為半干旱地區(qū)重要的草坪草。同時(shí)由于三葉草富含多種營養(yǎng)成分,是家禽和家畜的優(yōu)質(zhì)飼草,也是一種理想的果園間作綠肥。但是,在我國北方地區(qū)土壤鹽堿化和干旱等問題較為嚴(yán)重,導(dǎo)致大量種子萌發(fā)率低和幼苗生長勢較差[4-5],以及導(dǎo)致幼苗生理生化代謝過程受阻和體內(nèi)活性氧積累,發(fā)生嚴(yán)重時(shí)能夠?qū)е轮仓牦w內(nèi)大量細(xì)胞死亡[6-8],使植株的生長受到嚴(yán)重的抑制,給牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。另外,由于各種因素的影響,三葉草病害(銹病、病毒病、白絹病、褐斑病和白粉病等)的發(fā)生愈來愈嚴(yán)重,致使三葉草的生長和觀賞價(jià)值受到嚴(yán)重的影響,對(duì)畜牧業(yè)和綠化業(yè)的發(fā)展造成了嚴(yán)重的危害[10]。因此,提高三葉草種子的出苗率,促進(jìn)幼苗健壯生長,提高其觀賞價(jià)值、產(chǎn)量和質(zhì)量是當(dāng)前面臨的重要問題。
近年來,主要采用一些傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和土壤改良等措施提高三葉草種子的萌發(fā)率和幼苗的生長勢,但這些措施在實(shí)際的生產(chǎn)中存在見效慢,并且需要較長的周期才能獲得一定效果等缺點(diǎn)[11-12]。同時(shí),在三葉草病害的防治過程中通常采用化學(xué)防治措施,但是化學(xué)農(nóng)藥的使用容易造成環(huán)境污染和導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生一定的抗藥性,阻礙了綠色農(nóng)業(yè)和牧業(yè)的發(fā)展[13]。因此,開發(fā)和利用生物制劑提高三葉草種子的萌發(fā)率和促進(jìn)三葉草幼苗生長,以及提高三葉草體內(nèi)相關(guān)的防御酶活性是目前研究的新思路和新方法。
木霉菌(Trichoderma)是一類在自然界中分布廣泛的生防真菌,是土壤微生物的重要群落之一,常見于土壤、植物殘?bào)w、植物根圍和葉圍等環(huán)境中[14-15]。近年來已有相關(guān)報(bào)道表明,哈茨木霉(T.hatzianum)和康寧木霉(T.koningii)能夠顯著提高馬鈴薯(Solanumtuberosum)、煙草(Nicotianatabacum)和紅蘿卜(Daucuscarota)的發(fā)芽率、出苗率及干重[16],以及長枝木霉T6菌株(T.longibrachiatum)分生孢子懸浮液能夠顯著提高3種禾本科和3種豆科牧草幼苗的生長和相關(guān)生理效應(yīng)酶的活性[17],但目前研究較多的為木霉菌對(duì)一些常見作物的促生作用,尤其是一些經(jīng)濟(jì)作物,而關(guān)于深綠木霉菌發(fā)酵液對(duì)白三葉草生長影響等方面的研究尚未見報(bào)道。因此,本試驗(yàn)通過深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草種子活性和幼苗促生作用的影響,以及相關(guān)生理生化指標(biāo)的測定,旨在初步明確其對(duì)白三葉草促生作用機(jī)理,對(duì)提高白三葉草產(chǎn)量和觀賞價(jià)值具有重要的意義。
1材料與方法
1.1.1供試菌株供試菌株為深綠木霉(Trichodermaaureoviride),保存于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室。
1.1.2三葉草品種三葉草品種為白三葉草(Trifoliumrepens),由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種子有限責(zé)任公司提供。
1.2.1深綠木霉菌培養(yǎng)試驗(yàn)于2012年7月實(shí)施。將4℃低溫保存的深綠木霉菌活化后接種于馬鈴薯葡萄糖瓊脂(potato dextrose agar, PDA)培養(yǎng)基,并置于25℃培養(yǎng)箱中光暗交替(16/8 h)培養(yǎng)6 d。然后在其培養(yǎng)基中加入1滴Tween-80和5 mL無菌水配制為分生孢子懸浮液,并通過利用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)其濃度,最終使其濃度為1×108cfu/mL。液體發(fā)酵培養(yǎng)通過加入配制好的1 mL分生孢子懸浮液于60 mL馬鈴薯葡萄糖液體(potato dextrose broth, PDB)培養(yǎng)基,對(duì)照液體發(fā)酵培養(yǎng)則加入1 mL無菌水和1滴Tween-80,處理和對(duì)照均為3個(gè)重復(fù),置于搖床中培養(yǎng)8 d,溫度為25℃、轉(zhuǎn)速為150 r/min。連續(xù)培養(yǎng)8 d后將培養(yǎng)液通過雙層濾膜過濾,過濾后獲得的濾液分別稀釋為50,100和200倍液。
1.2.2深綠木霉對(duì)白三葉草種子的影響將供試的種子經(jīng)5% NaClO溶液進(jìn)行消毒處理5 min,消毒后將其通過無菌水充分沖洗5次,然后將其置于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)進(jìn)行種子處理。處理的過程中培養(yǎng)皿中含有一層紗布和兩層濾紙進(jìn)行保濕處理,各處理和對(duì)照均為100粒種子,重復(fù)6次。然后將配制好的深綠木霉發(fā)酵液(原液、50、100和200倍液)分別加入15 mL于每個(gè)處理中,對(duì)照則加入等量的PDB濾液,置于溫度為25℃和光照為16/8 h的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。處理后待種子的胚根長度超過種子長度一半時(shí)開始統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。
發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù))×100
發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt
式中,Gt為t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù),Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。
活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×單株平均干重
1.2.3溫室試驗(yàn)將經(jīng)過5% NaClO消毒(5 min)處理的白三葉草種子,經(jīng)無菌水充分沖洗后種植于裝入滅菌土壤的塑料缽中(100粒/缽)。種植后待幼苗生長到兩葉一心期時(shí),分別將配制的深綠木霉發(fā)酵液(20 mL)澆灌于植株根系周圍的土壤中,對(duì)照則澆灌等量的PDB濾液。試驗(yàn)在溫度為25℃,光照為16/8 h的溫室中進(jìn)行,且各處理和對(duì)照均重復(fù)6次。待深綠木霉處理后第30天,從每個(gè)處理和對(duì)照中分別隨機(jī)抽取60株幼苗,測定白三葉草幼苗形態(tài)指標(biāo)、葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量、多酚氧化酶(PPO)、幼苗過氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性。
1.2.4幼苗形態(tài)指標(biāo)測定根長和株高采用刻度尺進(jìn)行測量,整株鮮重采用電子天平稱量,并根據(jù)根系鮮重與地上部鮮重的比值計(jì)算根冠比。同時(shí)將新鮮的植株通過干燥箱進(jìn)行殺青處理,處理溫度為105℃,時(shí)間為30 min,然后調(diào)節(jié)溫度為80℃烘干,并稱量干重[18]。
1.2.5幼苗葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量測定三葉草幼苗葉綠素含量測定采用“分光光度法”[19];采用“考馬斯亮藍(lán)G-250 法”測定幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量[20-21],每個(gè)處理重復(fù)6次。
1.2.6生理生化酶活性測定POD 活性采用“愈創(chuàng)木酚法”測定,PAL活性采用“分光光度法”測定,PPO活性采用“鄰苯二酚法”測定[22-23],且每天測定1次,連續(xù)測定6 d,每個(gè)處理重復(fù)6次。
數(shù)據(jù)利用SPSS (SPSS V16.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)軟件處理和方差分析,各個(gè)處理的多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。
2結(jié)果與分析
深綠木霉發(fā)酵液對(duì)種子的活性具有顯著的影響,并且與對(duì)照相比不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液對(duì)種子活性的影響均存在顯著的差異,尤其是100和50倍發(fā)酵液能夠顯著提高種子的發(fā)芽率(94.42%和92.50%)、發(fā)芽指數(shù)(13.42和11.23)和活力指數(shù)(9.52和5.96)(表1)。
深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗生長具有明顯的促生作用,且與對(duì)照相比不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液對(duì)幼苗生長的影響存在顯著的差異,100倍稀釋液處理的幼苗根系長度、株高、鮮重、干重和根冠比分別為25.43 mm,5.84 mm,1.53 mg,0.71 mg和4.34,顯著高于對(duì)照(表2)。
深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響測定結(jié)果表明,不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液能夠顯著提高幼苗葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量,其中100和50倍稀釋液對(duì)幼苗葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量具有顯著的影響,且與對(duì)照相比,100和50倍稀釋液處理的幼苗葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量相對(duì)增長率分別為14.02%和76.21%(表3)。
不同稀釋倍數(shù)深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗PPO活性的影響隨著處理時(shí)間的增加而逐漸增大,尤其是在處理后第3天達(dá)到最大值,但是隨著處理時(shí)間的增加,在處理后第 4天 PPO活性又逐漸減小,并且不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液對(duì)幼苗PPO活性的影響均存在顯著的影響,其中100和50倍稀釋液對(duì)其PPO活性的影響較為明顯(圖1)。

圖1 深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗多酚氧化酶活性的影響Fig.1 Effects of the fermentation medium of T. aureoviride on the activity of polyphenol oxidase (PPO) of T. repens seedlings

表1 深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草種子活性的影響
注:表中的數(shù)據(jù)為第8天時(shí)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗(yàn)在P<0.05水平差異顯著。下同。
Note: The germination rates, germination index and vigor index were determined at the 8thday in Table 1. Different small letters in the column showed 0.05 level significant difference respectively among the treatments by Duncan’s new multiple range test. The same below.

表2 深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗生長的影響

表3 深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗葉綠素和
深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗POD活性的影響測定結(jié)果表明,與對(duì)照相比不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液對(duì)幼苗POD活性的影響存在顯著的差異,其中100和50倍稀釋液對(duì)幼苗POD活性的影響較為明顯,并且不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液對(duì)幼苗POD活性的影響在處理后前3 d隨著處理時(shí)間的增加而逐漸減小,但在處理后第4天 POD活性達(dá)到最大值,第5 天后POD活性呈逐漸下降的趨勢(圖2)。

圖2 深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗過氧化物酶活性的影響Fig.2 Effects of the fermentation medium of T. aureoviride on the activity of peroxidase (POD) of T. repens seedlings
與對(duì)照相比,不同稀釋倍數(shù)深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗PAL活性的影響存在顯著的差異,其中100和50倍稀釋液對(duì)PAL活性的影響較為明顯。同時(shí)自處理后第1天開始幼苗PAL活性呈逐漸下降的趨勢,但在處理后第3天逐漸升高,并且在處理后第3和4天達(dá)到最大值,而第5天后PAL活性呈逐漸下降的趨勢(圖3)。
數(shù)據(jù)均為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤,且不同小寫字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗(yàn)在P<0.05水平差異顯著。下同。The data are mean±stand error. Different small letters show significant difference atP<0.05 level among the treatments by Duncan’s new multiple range test. The same below.
3討論與結(jié)論

圖3 深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗苯丙氨酸解氨酶活性的影響Fig.3 Effects of the fermentation medium of T. aureoviride on the activity of phenylalanine ammonia lyase (PAL) of T. repens seedlings
據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,木霉菌作為一種重要的根際促生菌,對(duì)多種植物辣椒(Capsicumfrutescens)、馬鈴薯、 萵苣(Lactucasativa)、黃瓜(Cucumissativus)、白菜(Brassicarapa)、豌豆(Pisumsativum)、花生(Arachishypogaea)、長春花(Catharanthusroseus)和菊花(Dendranthemamorifolium)等的生長具有顯著的促生效應(yīng),具體表現(xiàn)為提高植物種子活力、幼苗根系活性、株高及幼苗葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量等[24-25]。本試驗(yàn)通過深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗的促生作用和生理生化特性的測定,表明深綠木霉發(fā)酵液不僅能夠顯著提高種子的活性和幼苗的生長勢,而且能夠提高幼苗葉綠素含量、可溶性蛋白質(zhì)含量和相關(guān)酶的活性。
前期研究表明,哈茨木霉T2-16菌株發(fā)酵產(chǎn)物能夠顯著提高水稻(Oryzasativa)種子的活性[26]。同時(shí),相關(guān)研究表明木霉發(fā)酵液處理的番茄(Lycopersiconesculentum)種子,100倍稀釋液能夠顯著提高番茄種子的發(fā)芽率,且明顯高于其他稀釋液[27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明深綠木霉對(duì)白三葉草種子的活性具有顯著的促生作用,與前期的研究結(jié)果基本一致。同時(shí)通過不同濃度發(fā)酵液促生效果的測定,篩選出了濃度為100倍的發(fā)酵液具有較好的促生效果,可作為最適的促生濃度應(yīng)用于實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。
劉連妹等[28]利用經(jīng)過離子輻射誘變處理的哈茨木霉孢子懸浮液處理二葉期番茄幼苗,結(jié)果表明,哈茨木霉孢子懸浮液能夠顯著促進(jìn)番茄幼苗地上和地下部分的生長,并提高植株葉片中葉綠素含量、POD、PPO和SOD活性,尤其50倍的孢子懸浮液對(duì)番茄生長的促進(jìn)效果最為顯著。陳伯清等[29]在番茄幼苗根際施用木霉菌孢子懸浮液后發(fā)現(xiàn),番茄幼苗葉片中的葉綠素含量明顯高于對(duì)照,且對(duì)番茄幼苗生長具有明顯的促進(jìn)作用,該促進(jìn)作用可能是通過提高幼苗葉片的葉綠素含量,增強(qiáng)光合作用來達(dá)到的。本試驗(yàn)結(jié)果表明100倍深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗的生長具有較強(qiáng)的促生作用。另外,不同稀釋倍數(shù)深綠木霉發(fā)酵液對(duì)幼苗葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量,以及PAL、PPO和POD這3種重要的植物防御酶活性變化具有顯著的影響,且不同濃度之間存在顯著的差異,尤其是濃度為100和50倍的發(fā)酵液對(duì)白三葉草幼苗葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)含量和與抗性相關(guān)酶的活性影響較為明顯。同時(shí)研究過程中發(fā)現(xiàn)POD活性在處理后第1和4天達(dá)到最大值,而PAL和PPO活性均在處理后第3或4天達(dá)到最大值,且處理和對(duì)照中3種酶活性變化趨勢都是一致的,其原因可能是由于植物在生長發(fā)育的不同時(shí)間段3種酶活性是不同的,即可能與植物本身不同發(fā)育時(shí)間段酶活性的變化有關(guān),具體原因還有待進(jìn)一步深入研究。
因此,深綠木霉發(fā)酵液對(duì)白三葉草種子和幼苗的生長具有較強(qiáng)的促生作用,并且能夠顯著的提高白三葉幼苗葉綠素含量、可溶性蛋白質(zhì)含量和生理生化酶的活性,但目前對(duì)于深綠木霉的研究還只處于初級(jí)階段,諸如對(duì)其他種類植物的促生作用及機(jī)理等還有待進(jìn)一步深入的研究。
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Effects ofTrichodermaaureoviridefermentation on the growth and physiological characteristics ofTrifoliumrepens
ZHANG Shuwu, XU Bingliang*, CHENG Lingjuan, XUE Yingyu
CollegeofGrasslandScience,GansuAgriculturalUniversity;KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,MinistryofEducation;PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince;Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China
Abstract:The effects of Trichoderma aureoviride fermentation on the growth and physiological characteristics of Trifolium repens were evaluated by seed germination in vitro and by pot experiments in a greenhouse. T. aureoviride fermentation was applied with different dilution rates and all dilution rates significantly increased the rates of seed germination, the germination index and the vigor index. The 100-times dilution had the most significant effects on seed germination rates, germination index and vigor index (94.42%, 13.42 and 9.52 respectively). In the greenhouse experiments, the fermentation of T. aureoviride with different dilution rates significantly promoted the growth of T. repens seedlings and significantly increased chlorophyll and soluble protein content, as well as the activities of antioxidant enzymes. The 100-times dilution increased T. repens root length, plant height, fresh weight, dry weight and root-shoot ratio by 37.09%, 13.18%, 57.73%, 54.35% and 20.89%respectively. It increased chlorophyll and soluble protein contents by 14.02% and 76.21% respectively, and significantly increased polyphenol oxidase (PPO), peroxidase (POD) and phenylalanine (PAL) enzyme activities. The maximum activity of PPO, POD and PAL presented at 3 days after treatment, 1 and 4 days after treatment and 3 and 4 days after treatment, respectively. These results suggest that the fermentation of T. aureoviride has significant growth promoting effects on T. repens.
Key words:Trichoderma aureoviride; growth promoting; Trifolium repens; physiological characteristics
*通訊作者
Corresponding author. E-mail:xubl@gsau.edu.cn
作者簡介:張樹武(1986-),男,甘肅慶陽人,在讀博士。E-mail:zhangsw704@126.com
基金項(xiàng)目:草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(CY-GG-2006-013),甘肅省農(nóng)牧廳生物技術(shù)專項(xiàng)(GNSW-2009-04)和甘肅省教育廳項(xiàng)目(042-03)資助。
*收稿日期:2014-01-15;改回日期:2014-03-14
DOI:10.11686/cyxb20150218
http://cyxb.lzu.edu.cn
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