Streptomyces alfalfae XY25T對植物幼苗抗逆性和根系生長的影響

李開勇，胡麗可，尹雅潔，夏 險，梁運祥，胡遠亮，

(1.湖北師范大學 生命科學學院，食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室，湖北 黃石 435002；2.廣東萬之源生物科技有限公司，廣東 湛江 524148；3.華中農業大學農業微生物學國家重點實驗室，湖北 武漢 430070)

0 引言

辣椒是一種重要的經濟作物，連續多年穩居國內蔬菜產量第一。為確保供應，辣椒主要通過設施大棚生產，然而常年連作，施加大量的化肥和農藥，導致土壤板結，微生物種類失調，土傳病害加重，限制了產業的發展[1]。生物防治主要通過施用菌肥或菌劑，改變根際土壤微生物群落的組成及酸堿度，提高土壤有機質，促進植物對水分、營養物質的吸收，減少病害，促進作物生長[2，3]。它具有成本低、效果佳、二次污染小等優點，近年來，已逐漸成為作物病害防治的主要方法之一，在農業生產中發揮重要作用。

鏈霉菌是生防微生物的主要來源[4]。鏈霉菌含有大量編碼功能酶系的基因，產生具有固氮、解磷、解鉀等作用的多種酶類，提高作物對養分的吸收能力,促進腐殖質的形成[5]。鏈霉菌還能提高活性氧清除酶蛋白活性，促進酚類物質代謝和黃酮類物質生成，提高柑橘果實抗氧化、抗衰老能力[6]，產生抗菌物質預防植物病害并促進生長[7]。StreptomycesalfalfaeXY25T是一種從紫花苜蓿根際土壤中分離的生防菌株[8]，研究表明該菌株改變了根際土壤微生物結構，減少大白菜根腫病的發生[9]，提高根際土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶等活性，緩解土壤酸化，促進土壤養分釋放，對辣椒有增產作用[1]。

植物生長中遭遇干旱、凍害、澇害、鹽漬化等逆境的情況時有發生[10]。干旱條件下，植物代謝受損，導致發育不良、生長停滯甚至死亡[11]。此外，根系是植物吸收水分和營養物質的主要器官，對其生長和發育起關鍵作用。然而，S.alfalfaeXY25T對作物的抗旱性能及根系生長的影響仍然未知。以辣椒和紫云英為研究對象，通過干旱脅迫和種子催芽實驗，研究S.alfalfaeXY25T對植物抗逆性和根系生長的影響。研究結果為生防菌株的科學使用及促進作物生長提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 菌株與植物

菌株StreptomycesalfalfaeXY25T(CCTCC AA2015019T)，采用高氏Ι號培養基28℃、培養5 d，用無菌水稀釋定容，平板法計數。辣椒種子和紫云英種子由山東瑞克斯旺種子公司提供。

1.2 辣椒幼苗根系抗逆性實驗設計

選用珍珠巖∶泥炭土=1∶3作為育苗基質，將基質混合均勻，121℃、20 min滅菌處理。對照組用3個苗盤，即3個重復，每個苗盤所用的基質接種S.alfalfaeXY25T菌液(7.6 × 106CFU·mL-1，10mL)，充分混合均勻，每穴播1顆經預處理的辣椒種子，共播種10顆。對照組用無菌水代替菌液，其他處理方式同處理組。置于光照培養箱，28℃培養，待辣椒幼苗徑長7 cm左右，進行持續7 d不澆水的干旱處理。脅迫結束，將所有幼苗取出，測定抗逆性指標，每個重復測3次求平均值。

1.3 抗逆性指標測定

葉片相對含水量(RWC)。用剪刀收集(避開葉脈部分)干旱脅迫后不同處理的辣椒葉片，同組的葉片切碎、混勻，稱取1 g(鮮重Wf)，超純水浸泡15 min，稱重(飽和鮮重Wt)。然后進行殺青處理(110℃、4 h)，置于85℃烘干至恒重(Wd)。RWC(%)=(Wf-Wd)/ (Wt-Wd) *100%.

電導率。選取待測葉片，用打孔器(Φ=5 mm)避開葉脈部分取小圓片，放置于50 mL的去離子水中，振蕩28℃、2.5 h，采用STARTER 3100C電導儀測定處理電導率(E1)。然后沸水浴 15 min，冷卻，測定煮沸電導率(E2)及所用去離子水電導率(E0)。計算公式如下：相對電導率(%)=(E1-E0)/(E2-E0)*100%.

丙二醛(MDA)和根系活力，參照文獻方法[12]。

1.4 種子催芽實驗設計

將12個墊有濾紙的培養盒，分成4組，每組3個。其中2組為處理組，每盒分別加入S.alfalfaeXY25T菌懸液10 mL，其1組盒播10 顆辣椒種子，另1組播10 顆紫云英種子，3個重復。對照組 2組6盒，用10 mL無菌水代替菌液，其他條件同處理組。將種子置于光照培養箱中，黑暗條件下，28 ℃催芽處理5 d，取出紫云英幼苗。此后進行光照處理，按時添加營養液，第10 d取出辣椒幼苗，采用Epson Expression 10000XL掃描儀采集數據。每個重復采集所有植株數據，求平均值。辣椒根須多而細，不易觀察。因此，選擇紫云英根系由武漢拜意爾生物科技有限公司制成石蠟切片，在光學顯微鏡下觀察根系細胞變化。

1.5 數據處理

試驗所有測定數據采用Microsoft Excel進行處理和繪圖，采用鄧肯氏新復極差法在SPSS 21.0中進行差異顯著性分析，P<0.05為顯著差異。

2 結果與分析

2.1 對辣椒幼苗抗逆性的影響

干旱脅迫下，植物細胞因缺水而導致體內各種生理反應變緩，植物生長停滯甚至死亡。葉片相對含水量是研究植物抗逆性的重要指標，它能反映植物體的生理狀態，含水量越高，植物抵御逆境、維持正常生理活動的時間越長。如圖1A所示，施用S.alfalfaeXY25T辣椒幼苗的葉片相對含水量較高，說明S.alfalfaeXY25T能在干旱條件下緩解植物細胞脫水速度，提高植物的抗旱能力。相對電導率主要衡量植物細胞膜通透性狀況，逆境條件下，植物細胞膜功能喪失，細胞內電解質大量外流，從而增大相對電導率。圖1B所示，施用S.alfalfaeXY25T辣椒葉片的相對電導率降低67.31%.說明干旱造成了細胞膜的損傷，而該菌劑能緩解干旱逆境對辣椒細胞膜的損害。丙二醛(MDA)為細胞膜脂過氧化反應的產物，是評價植物抗逆性的重要指標。丙二醛含量的高低代表細胞膜脂過氧化程度，其含量越高，細胞膜脂過氧化反應越強，植物抗逆性就越差[13]。從圖1C中可以看出，干旱脅迫下，施用S.alfalfaeXY25T顯著降低辣椒葉片丙二醛的含量，降幅為34.51%，說明該菌在一定程度上，降低了辣椒葉片膜脂過氧化程度，增強了植物的抗旱性。根系活力是評價根系功能的綜合指標，也是指示植物抗性變化的重要依據。根系活力高，植物生長良好，抗逆性強。如圖1D所示，干旱逆境下，施用S.alfalfaeXY25T辣椒幼苗的根系活力顯著提高48.23%.總之，施用S.alfalfaeXY25T能在一定程度上緩解干旱逆境對植物的傷害，提高植物的抵御能力，如減輕逆境脅迫對植物質膜的損害和增強植物根系活力(圖1)。

圖1 對辣椒幼苗葉片相對含水量，電導率，丙二醛和根系活力的影響

2.2 對辣椒根系生長的影響

掃描辣椒根系表明，施用S.alfalfaeXY25T辣椒根系形態較粗壯，發育更好(圖2)。通過測量辣椒根系生長指標發現，處理組植株的總根長、平均直徑、總體積和單位土壤體積的根長，分別顯著提高8.96%，15.22%，46.85%和26.77%(圖3)。說明S.alfalfaeXY25T顯著促進植物根系生長。

圖2 施用S. alfalfae XY25T對辣椒幼苗根系的影響 圖3 施用S. alfalfae XY25T對辣椒幼苗根系生長指標的影響

2.3 對紫云英根系的影響

經鏈霉菌催芽的紫云英根系更粗壯，平均直徑增大44.76%(圖4)。石蠟切片結果表明，處理組紫云英根系細胞增大，尤其是縱切觀察，現象更明顯，處理組根尖細胞形態完整(圖5)。說明S.alfalfaeXY25T能保護根尖細胞不受傷害，從而增強根系發育和營養吸收的功能。

圖4 施用S. alfalfae XY25T對紫云英根直徑的影響 圖5 施用S. alfalfae XY25T對紫云英根尖細胞的影響

3 討論與結論

植物在生長過程中，經常面臨各種逆境的不利影響，提高作物對逆境的適應能力具有重要意義。相對電導率主要衡量細胞膜的通透性變化，逆境脅迫破壞植物細胞膜，從而增大相對電導率[14]。MDA指示細胞膜脂過氧化的程度，逆境下MDA積累會加劇植物損傷[15]。本研究中，施用S.alfalfaeXY25T辣椒葉片的相對電導率和MDA的含量顯著降低，說明該菌株可以減少逆境對植物細胞造成的損傷。此外，充足的水分是植物生理活動的必要條件，根系活力反映植物代謝能力的強弱，兩者與植株生命強度息息相關[16]。本研究表明，S.alfalfaeXY25T顯著提高葉片相對含水量和根系活力，說明該菌株可以幫助維持植株生命活動，提高辣椒的抗旱性能。

農業上利用生防微生物防治作物病害，促進作物生長，取得了一定的成效。研究表明，鏈霉菌提高土壤中速效鉀、速效磷等養分的含量[5,17]，顯著促進茄子和圣女果幼苗生長[18]，并提高柑橘[6]、大白菜[9]的抗病性能。本研究通過辣椒和紫云英種子催芽實驗發現，施用S.alfalfaeXY25T辣椒幼苗的總根長、平均直徑、總體積和單位土壤體積的根長顯著提高，紫云英根系細胞生長加快，說明該菌株促進作物根系生長。根系是植物作用于土壤的重要器官，根系健壯，物質合成、養分吸收以及運輸能力越強，從而促進作物生長和發育。在植物生長早期，根系的長度和根系活力成正相關[19]，這與干旱條件下，根系活力提高的結果相互印證。但植物根系對干旱非常敏感，在干旱條件下其數量、長度和直徑等形態會發生很大變化[20]。根系生長加快可能是S.alfalfaeXY25T促進營養物質吸收和作物生長的主要原因。該菌株可能產生細胞分裂素等活性物質，打破種子的休眠期，刺激根系細胞的橫向伸長，從而提高植物營養吸收、物質合成以及抵御外界逆境的能力[21]。

綜上所述，干旱條件下，施用S.alfalfaeXY25T緩解葉片水分損失，提高根系活力，通過降低葉片相對電導率和丙二醛含量減少對細胞的傷害，從而提高辣椒幼苗對逆境的適應能力。此外，施用S.alfalfaeXY25T促進辣椒和紫云英幼苗根系生長。本研究為該菌株促進作物生長和在農業上的應用提供理論依據，后續將進一步從代謝產物分離、鑒定和分子水平上，深入研究該菌株提高作物抗逆性和促生長機理，以便在農業上取得更好的應用效果。