枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片抗氧化特性的影響

盧嬌嬌，劉明慶，王 寒，王 梅*，張凱煜，賀 英

（1.榆林學院 生命科學學院，陜西 榆林 719000；2.榆林市橫山區農業技術推廣中心，陜西 橫山 719100；3.四川農業大學，四川 雅安 625000）

0 引言

枯草芽孢桿菌分布廣、繁殖快［1-2］，可分泌多種活性物質，且分泌物不含內、外毒素［3］，其在防控病蟲害［4］、調節土壤養分［5］及改善土壤微生物群落結構［6］等領域發揮重要作用。楊超才等［7］研究發現經枯草芽孢桿菌菌劑處理后的煙草，其根際土壤微生物增加。劉文歡等［8］研究發現，施加枯草芽孢桿菌后有利于增強柑橘根系的氮磷鉀吸收，植株吸收養分增強，果實品質有所改善。Tan等［9］研究發現施加含有芽孢桿菌菌肥的T-5及CM-2菌株可明顯抑制番茄枯萎，其酶活性與防御基因的表達顯著提高。枯草芽孢桿菌配制的菌肥與化學農藥混用不失活，有利于增強植株抗病性，有助于農藥減量化，推進現代農業綠色和可持續發展。生物炭是缺氧低溫條件下熱裂解形成富含碳的有機質［10-11］，其孔隙結構發達且吸附性強［12-13］，這些特性有利于增強土壤固碳、優化土壤結構，是優質的土壤改良劑。張進紅等［14］研究發現，施加生物炭的紫花苜蓿，可緩解逆境脅迫、提高葉片光合效率、促進植株生長。趙曉軍等［15］研究發現，配施菌劑與生物炭能增強土壤活性、酶活性，提高有機碳含量、微生物數量和多樣性等。有研究表明：施加菌肥和生物炭后的白菜［16］、玉米［17］、水稻［18］等作物，不僅改善了土壤，還提高了作物對營養成分的利用率，其產量和品質也得到提升。綜上，配施菌肥和生物炭能充分發揮肥效、提升作物的產量和品質，其在農業領域應用潛力大，對農業生產現代化模式具有重要的指導作用。

馬鈴薯是我國的第四大主糧。近年來，馬鈴薯病害逐年加重，研究發現黑痣病的病情指數達到30.73［19］；病毒病導致的減產達20%～50%，部分嚴重的田塊甚至高達80%以上［20］；晚疫病的發病面積年均約197.47萬hm2，產量損失占所有病害的63.54%［21］。目前，關于枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片抗氧化特性的研究報道甚少。基于此，筆者通過施加枯草芽孢桿菌與生物炭來測定其對馬鈴薯葉片抗氧化酶活性及其產量和品質的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

供試馬鈴薯葉片選自陜西省榆林市榆陽區現代農業科技示范園區，經常規基肥與常規基肥的（70%、80%、90%）處理后，施加枯草芽孢桿菌與生物炭，于馬鈴薯花期后期（8月13日）采樣，帶回榆林學院保存備用，供試品種為冀張薯226。

1.2 試驗設計

試驗設計詳見表1。施枯草芽孢桿菌375 kg/hm2、生物炭2250 kg/hm2。施追肥（尿素150 kg/hm2，硝酸鈣鎂300 kg/hm2，硝酸鉀450 kg/hm2，專用復合肥600 kg/hm2）和葉面肥（多元微肥3000 g/hm2，液體微量元素3000 mL/hm2）。小區面積54 m2（5.4 m×10.0 m），每個處理重復3次，重復之間設置寬0.5 m的走道，最外側設置2 m的保護行。馬鈴薯單壟栽培，每小區起6壟，壟高0.3 m、行距0.9 m。

表1 枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片施加不同 處理的試驗設計

于5月23日播種，播種后鋪設滴灌帶；6月11日馬鈴薯出苗，7月16日為馬鈴薯現蕾期，7月21日馬鈴薯開花，9月22日收獲馬鈴薯。于8月13日采集不同處理后的馬鈴薯葉片，帶回榆林學院植物保護實驗室。試驗測定施加枯草芽孢桿菌與生物炭后對馬鈴薯葉片抗氧化酶活性的影響，所用檢測試劑均購自索萊寶生物科技有限公司。

1.3 試驗方法

依據試劑盒使用說明，計算酶活性。

1.4 數據處理與分析

用SPSS 19.0軟件進行數據統計分析。使用SPSS軟件單因素方差分析進行統計分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片PPO、CAT、GOD、POD、SOD活性的影響

如表2所示，通過施用枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片的影響發現，KS80和KS90處理后，馬鈴薯葉片PPO的活性分別為1156.80和1147.60 U/g，較CK分別提高了29.40%和28.37%。KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片CAT的活性較CK分別提高了84.84%和94.62%。K80與KS70處理后馬鈴薯葉片GOD的活性較CK無顯著性差異；KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片GOD的活性較CK分別提高了14.08%和16.31%，兩者顯著高于其他處理。K90處理后馬鈴薯葉片POD的活性較KS70處理顯著提高；KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片POD的活性分別為0.46和0.49 U/g，較CK分別提高了48.39%和58.06%。K90處理后馬鈴薯葉片SOD的活性較KS70高；KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片SOD的活性最高，較CK分別提高了81.98%和80.87%。

表2 不同處理對馬鈴薯葉片PPO、CAT、GOD、POD、SOD活性的影響 U/g

2.2 枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片總抗氧化能力的影響

如圖1所示，通過施加枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片的影響發現，K80和K90處理后馬鈴薯葉片總抗氧化能力分別為6.15和7.01 μmol/g，較CK分別提高了25.53%和43.28%。KS70處理后馬鈴薯葉片總抗氧化能力為7.03 μmol/g，其與K90無顯著性差異，較CK提高了43.53%；KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片總抗氧化能力分別為8.90和9.12 μmol/g，較CK分別提高了81.80%和86.36%。在施加相同基肥的條件下，經過KS80和KS90處理后的葉片總抗氧化能力較K80、K90更強。

2.3 枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片非蛋白巰基含量的影響

如圖2所示，通過施加枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片的影響發現，K80和K90處理后馬鈴薯葉片非蛋白巰基含量分別為5.93和6.84 μmol/g，兩者差異不顯著，較CK分別提高了96.80%和126.84%。KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片非蛋白巰基含量分別為8.46和9.00 μmol/g，較CK分別提高了180.50%和198.45%，且兩者之間差異不顯著。施用相同基肥的條件下，經KS80和KS90處理后的非蛋白巰基含量較K80和K90高。

2.4 枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片羥自由基清除能力的影響

如圖3所示，通過施加枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片的影響發現，K70處理后馬鈴薯葉片羥自由基清除能力為1.11 μmol/g，顯著低于CK，降低幅度為22.19%；K80和K90處理后馬鈴薯葉片羥自由基清除能力與CK無顯著性差異，且兩者處理后馬鈴薯葉片羥自由基清除能力顯著高于K70。KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片羥自由基清除能力分別為1.89和2.00 μmol/g，較CK分別提高了31.85%和39.59%，且兩者之間差異性不顯著。施用相同基肥的條件下，經過KS80和KS90處理后的羥自由基清除能力較K80和K90強。

2.5 枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片總巰基含量的影響

如圖4所示，通過施加枯草芽孢桿菌與生物炭對馬鈴薯葉片的影響發現，K70和K80處理后馬鈴薯葉片總巰基含量分別為5.72和5.99 μmol/g，較CK分別提高了175.12%和188.14%；K90處理后馬鈴薯葉片總巰基含量為6.41 μmol/g，顯著高于CK，其與K80處理之間差異性不顯著。KS70處理后馬鈴薯葉片總巰基含量為3.65 μmol/g，較CK提高了75.64%；KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片總巰基含量分別為7.41和7.00 μmol/g，較CK分別提高了256.26%和236.74%，且兩者處理后馬鈴薯葉片總巰基含量顯著高于KS70，但兩者之間差異不顯著。施用相同基肥的條件下，馬鈴薯葉片總巰基含量經KS80和KS90處理后較K80和K90的高。

3 討論

諸多脅迫因子影響著植株的生長發育，在此過程中植株會產生相應的防御系統并相互協調，維持植物體內的正常代謝［22］。PPO在植物生長中參與逆境脅迫、抗病蟲害、生物組織修復等過程［23-24］，本研究通過試驗測定發現，經KS80處理后馬鈴薯葉片的PPO活性為1156.80 U/g，較其他處理高，這與Uiiah等［25］研究發現角豆在逆境中的PPO活性顯著增強的結果相類似。CAT和POD與植物抗病能力和活化土壤中難溶性養分有關，尤其在逆境中植物開啟自我防御機制［26］，通過測定發現用枯草芽孢桿菌和生物炭處理后馬鈴薯葉片CAT和POD活性顯著高于其他處理，與唐漢萌［27］的研究結果一致，即施用微生物菌劑和生物炭處理半夏后，半夏葉片CAT和POD的活性顯著增強。SOD是抗氧化防御第一線的關鍵酶之一，保護植物在正常細胞代謝活動期間免受各種環境壓力產生的活性氧的毒性作用［28］，研究發現用KS80處理后馬鈴薯的葉片SOD活性為2013.26 U/g，與KS90處理之間無顯著差異，但顯著高于其他處理，這與劉亞東等［29］研究結果一致，即配施生物菌肥后的鹽堿土，使生長中后期的燕麥SOD活性顯著增強。總抗氧化能力是抗氧化酶類或多種抗氧化物質的綜合反映［30-31］，研究發現KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片的總抗氧化能力分別為8.90和9.12 μmol/g，兩者顯著高于其他處理，這與吳東等［32］研究復合益生菌發酵飼料組中總抗氧化能力的結果類似。含巰基化合物對植物自身生理十分重要，還為其他生命體提供延緩衰老、抗氧化、抗病等生物活性［33］，非蛋白巰基參與植物新陳代謝、清除活性氧、抵抗過氧化損傷、保護酶及抗耐性等［34］，研究發現用KS80和KS90處理后馬鈴薯的葉片總巰基和非蛋白巰基的含量顯著增加，這與謝童等［35］的研究結果一致。植物體內抗氧化活性物質的增多，增強了羥自由基的清除能力［36］，研究發現KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片羥自由基清除能力顯著增強。

4 結論

施用80%常規基肥和枯草芽孢桿菌處理后，施加生物炭的馬鈴薯葉片的理化性質優于未施加生物炭的；施用80%常規基肥加入枯草芽孢桿菌和生物炭，在顯著提高馬鈴薯葉片PPO、CAT、GOD、POD和SOD活性的同時，總抗氧化能力、非蛋白巰基的含量、羥自由基清除能力和總巰基也顯著增強。因此，在大田試驗中，可選用KS80代替常規基肥的實施，為馬鈴薯減施化肥和農藥奠定理論基礎。