內生細菌活性物質促進毛竹生長的生化機理研究

袁宗勝

(福建農林大學 生命科學學院,福建 福州 350002)

毛竹(Phyllostachysedulis)屬禾本科剛竹屬植物,其生長快,適應性強,用途多,經濟價值大,是我國南方地區重要的森林資源。根據第6次森林資源清查統計,我國的毛竹林面積約為337.2萬hm2,約占世界毛竹林總面積的47%。毛竹筍是一種全天然營養食品,竹筍中纖維素含量最高,其在保健上起著重要作用。竹材被廣泛應用于各行工程領域和人們日常生活的各個方面,毛竹發達的根系和堅固的竹株還起著水土保持的作用。

植物內生細菌是指其生活史的一定階段或全部階段均在健康植物的各種組織和器官內部進行,并且與植物建立了和諧聯合關系的細菌[1]。內生細菌因能在植物體內長期定殖、傳導,且不易受環境條件的影響,對植物生長發育、抵抗疾病以及不良環境具有廣泛的生物學作用,是非常難得的天然生物資源[2-5],因此,加強植物內生細菌資源的研究,建立各種功能內生細菌的資源庫具有重要的意義[6-9]。

本文選用從毛竹體內分離并篩選出的具有高效解磷解鉀固氮功能的促生內生細菌菌株CT-B09-2、JL-B06、WYS-A01-1[10],通過灌根處理的方式初步探討了內生細菌活性物質促進毛竹生長的生化機理,旨在為促生微生物菌劑的開發和利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

促生內生細菌菌株CT-B09-2、JL-B06、WYS-A01-1,由本實驗室從毛竹體內分離并篩選出。

1.2 培養基及主要試劑

內生菌分離和培養采用NA培養基:牛肉膏3 g、蛋白胨10 g、NaCl 5 g、瓊脂18 g、水1000 mL,pH 7.0～7.2(液體培養基則不加瓊脂)。其余試劑均為國產分析純。

1.3 促生菌株菌懸液的制備

將篩選出的促生菌株CT-B09-2、JL-B06、WYS-A01-1分別接種于NA液體培養基中,在28 ℃下以180 r/min的轉速振蕩培養72 h,用無菌水稀釋制成1×108cfu/mL的菌懸液。

1.4 用灌根法接種盆栽毛竹幼苗

取毛竹種子,用溫水浸泡24 h，然后將它們播種于裝有無菌土的盆缽中,置于溫室大棚中進行常規管理。待毛竹幼苗長到4葉1芽時,分別實施下列處理:對照組，用30 mL清水灌根;處理組，用30 mL促生細菌懸浮液灌根接種。每處理5株,6次重復。定期進行田間管理,并分別于接種后15、30、60 d對毛竹幼苗的葉片進行葉綠素、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖含量，以及過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性等生理生化指標的測定。

1.5 毛竹葉片生理生化指標的測定

采用SPAD-502葉綠素快速測定儀(Minolta, Japan),選取10片毛竹葉片,分別在葉基、葉中、葉尖處測得SPAD值,重復測定3次，求出每片葉的平均值，用SPAD值表示葉片葉綠素含量的相對值。

采用紫外分光光度法測定毛竹葉片的過氧化氫酶活性；參照硫代巴比妥酸法測定毛竹葉片的丙二醛含量；參照愈創木酚法測定毛竹葉片的過氧化物酶活性；參照氮藍四唑光還原法測定毛竹葉片的超氧化物歧化酶活性；采用考馬斯亮藍比色法測定毛竹葉片的可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測定毛竹葉片的可溶性糖含量[14]。

2 結果與分析

2.1 促生內生細菌活性物質對毛竹葉片葉綠素含量的影響

葉綠素儀是一種簡單、快速、非破壞性測定葉片中葉綠素含量的儀器[11],葉綠素含量與SPAD值密切相關,因此SPAD值可代表葉綠素含量的高低。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素,其含量對光合速率有直接的影響。孟軍等[12]研究表明葉綠素含量在一定范圍內與葉片凈光合速率呈正相關。從圖1可以看出,經內生細菌活性物質灌根接種處理后毛竹葉片的SPAD值均高于清水對照,以接種處理后30 d時的效果最明顯。因此內生細菌活性物質灌根處理可以增加毛竹葉片的葉綠素含量,從而提高毛竹的光合作用速率,促進其植株生長。

2.2 促生內生細菌活性物質對毛竹葉片丙二醛(MDA)含量的影響

陳少裕[13]的研究結果表明，寄主體內丙二醛(MDA)含量是膜脂過氧化程度的一個重要標志,MDA含量增加是植物細胞損傷的直接因素。圖2顯示：與清水對照相比,用內生細菌活性物質接種后15～60 d內各處理毛竹葉片的MDA含量基本上保持平穩并稍有下降。因此,內生細菌活性物質處理可以降低毛竹葉片的MDA含量,從而起到保護毛竹細胞膜的作用。

2.3 促生內生細菌活性物質對毛竹葉片過氧化物酶(POD)活性的影響

由圖3可以看出：在內生細菌CT-B09-2處理后15 d時，毛竹葉片的過氧化物酶(POD)活性較對照略有降低,但差異不顯著;經內生細菌JL-B06和WYS-A01-1處理后的毛竹葉片POD活性均高于清水對照；在3種內生細菌處理后30 d和60 d時,毛竹葉片的POD活性均高于清水對照。

圖1 內生細菌處理后毛竹葉片SPAD值的變化

圖2 內生細菌處理后毛竹葉片MDA含量的變化

圖3 內生細菌處理后毛竹葉片POD活性的變化

2.4 促生內生細菌活性物質對毛竹葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

經內生細菌CT-B09-2、JL-B06及WYS-A01-1處理后毛竹葉片的超氧化物歧化酶(SOD)活性的變化趨勢與對照基本相似,呈現平穩并上升的趨勢。經內生細菌CT-B09-2、JL-B06及WYS-A01-1處理后15 d、30 d和60 d的毛竹葉片的SOD活性均高于清水對照(圖4)。

2.5 促生內生細菌活性物質對毛竹葉片可溶性蛋白含量的影響

毛竹葉片可溶性蛋白含量的測定結果(圖5)表明：內生細菌活性物質各處理及清水對照的毛竹葉片的可溶性蛋白含量均呈逐漸增加的趨勢;在內生細菌接種后15 d、30 d和60 d時,經JL-B06、CT-B09-2和WYS-A01-1處理后的毛竹葉片的可溶性蛋白含量與清水對照相比,差異顯著。由此可見,接種內生細菌活性物質可誘導毛竹葉片內可溶性蛋白含量的增加。

圖4 內生細菌處理后毛竹葉片SOD活性的變化

圖5 內生細菌處理后毛竹葉片可溶性蛋白含量的變化

2.6 促生內生細菌活性物質對毛竹葉片可溶性糖含量的影響

由圖6可見：各內生細菌活性物質處理及清水對照的毛竹葉片的可溶性糖含量均呈逐漸增加的趨勢;在內生細菌活性物質接種后15 d、30 d和90 d時,經CT-B09-2、JL-B06及WYS-A0-1處理的毛竹葉片的可溶性糖含量均顯著高于清水對照的。

3 結論與討論

本研究結果表明：促生內生細菌能提高毛竹葉片的葉綠素含量,增強毛竹葉片的保護酶活性,從而提高毛竹對不良環境條件的抗性。經促生菌株處理后,除丙二醛(MDA)含量低于對照外,毛竹葉片的超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均高于對照,表明內生細菌對毛竹具有促生作用。另外,還可以根據不同促生內生細菌菌株對毛竹生化指標的不同表現,對它們進行合理配伍,制備成功能復合性微生物菌劑,從而充分發揮微生物資源的作用。

圖6 內生細菌處理后毛竹葉片可溶性糖含量的變化