哥斯達(dá)黎加鏈霉菌A-m1促進(jìn)小麥生長和提高防御酶活性的作用

潘正茂,周瑞,熊夢(mèng)琴,王志豪,李永麗,陳利軍,周洲*

(1.駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河南 駐馬店 463000;2. 信陽農(nóng)林學(xué)院 農(nóng)學(xué)院,河南 信陽 464000)

鏈霉菌(Streptomyces) 是一類重要的農(nóng)業(yè)微生物,研究表明一些鏈霉菌不僅具有生物防治的作用,而且對(duì)植物生長具有促進(jìn)作用[1-4]。哥斯達(dá)黎加鏈霉菌Streptomycescostaricanus菌株A-m1前期從新疆野蘋果枝干中分離得到,發(fā)現(xiàn)其具有生防作用,抑菌譜較廣、抑菌活性高,具有防治多種作物真菌性病害的應(yīng)用潛力[5];該菌株對(duì)番茄幼苗生長表現(xiàn)出促進(jìn)作用,全基因組解析了促生作用產(chǎn)生的遺傳學(xué)基礎(chǔ),菌株A-m1可通過產(chǎn)生生長素、細(xì)胞分裂素、鐵載體、ACC脫氨酶、植酸酶、磷酸酶、固氮酶等方式實(shí)現(xiàn)促生作用,拓展了其可能在調(diào)控植物生長方面的應(yīng)用范圍[6]。小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物,生長過程中減少化肥農(nóng)藥的使用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[7]。菌株A-m1對(duì)小麥?zhǔn)欠窬哂蟹e極調(diào)控作用還有待明確。本研究首先測(cè)定了該菌株對(duì)小麥生長是否具有促生作用,隨后分析了參試小麥的生理防御酶活性提高程度,為其在小麥生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定試驗(yàn)基礎(chǔ),為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“兩減一增”方針的踐行提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 菌株A-m1固體菌肥的制作

哥斯達(dá)黎加鏈霉菌菌株A-m1,由信陽農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)院生物防治實(shí)驗(yàn)室分離并保存[5]73。菌株A-m1固態(tài)發(fā)酵菌肥依據(jù)參考文獻(xiàn)[6]208制作。

1.2 小麥品種及播種處理

供試小麥品種‘揚(yáng)麥23’。挑選大小一致、顆粒飽滿的小麥種子,提前放在清水中浸泡4 h,在培養(yǎng)皿中上下各放置一層濾紙,加入蒸餾水浸濕濾紙,把種子放在兩層濾紙間,置于25℃人工氣候箱(上海一恒MGC-250P)。設(shè)置(25 ± 1)℃、相對(duì)濕度(60 ± 5)%,每天及時(shí)補(bǔ)充蒸餾水保持濾紙濕潤。黑暗條件下催芽,露白后播種。2021年11月初試驗(yàn)以盆栽方式進(jìn)行,取園土去除其中的石子和草根,每盆裝土2 kg,處理組每盆土加入菌株A-m1固體菌肥80 g,對(duì)照添加等量無菌固體基質(zhì),設(shè)6次重復(fù)。每個(gè)花盆放入20顆剛剛露白的小麥種子,覆土深度1 cm,適時(shí)澆水保持基質(zhì)濕潤,置于室外正常培養(yǎng)。

1.3 菌株A-m1固體菌肥對(duì)小麥幼苗促生作用分析

小麥播種16 d時(shí)測(cè)量地上部株高、植株根長、葉綠素含量(SPAD值)、整株鮮質(zhì)量、整株干質(zhì)量、根干質(zhì)量以及莖基直徑。株高和根長利用刻度尺測(cè)量,葉綠素含量使用葉綠素儀TYS-4N(北京,中科維禾科技公司)測(cè)量植株第一片葉的葉綠素,幼苗用自來水沖洗去除根部土壤并晾干后,用電子天平稱量,莖桿直徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量幼苗緊挨地表的直徑。測(cè)量株高,并使用葉綠素測(cè)定儀檢測(cè)底數(shù)第2片葉片的葉綠素含量及氮含量。在每組處理和對(duì)照中各隨機(jī)選擇三盆,將里面的小麥幼苗用自來水沖洗干凈,晾干水分后,用電子天平稱量植株的整株鮮質(zhì)量、烘干后的整株干質(zhì)量和根干質(zhì)量,并測(cè)量其根長。

1.4 小麥幼苗防御酶活性及丙二醛含量測(cè)定

在小麥生長的第45 d,剪取幼苗葉片0.5 g,液氮冷凍下磨碎成粉,依據(jù)文獻(xiàn)[8]中方法加入磷酸緩沖液,于4℃、10000 rpm/min離心15 min,獲得上清粗酶液。測(cè)定小麥相關(guān)酶活性,過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測(cè)定[9],過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法進(jìn)行測(cè)定[10],多酚氧化酶(PPO)采用鄰苯二酚法[10]121進(jìn)行測(cè)定,苯丙氨酸解氨酶(PAL)測(cè)定采用苯丙氨酸比色法進(jìn)行測(cè)定[10]123;丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法進(jìn)行測(cè)定[11]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用軟件SPSS 23.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,用鄧肯(Duncan)方法進(jìn)行樣本間差異顯著性分析,用Microsoft Excel 2010 軟件作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌株A-m1固體菌肥對(duì)小麥幼苗生長指標(biāo)的影響

小麥發(fā)芽后16 d后統(tǒng)計(jì)幼苗生長指標(biāo),結(jié)果見圖1。與對(duì)照組相比,A-m1固體菌肥處理對(duì)小麥苗株高(圖1-a)和根長(圖1-b)沒有產(chǎn)生顯著的促生作用,但莖基直徑(圖1-c)、整株鮮質(zhì)量(圖1-d)、整株干質(zhì)量(圖1-e)、根干重(圖1-f)、莖葉干重(圖1-g)、葉綠素含量SPAD值(圖1-h)以及葉片氮含量(圖1-i)等指標(biāo)均表現(xiàn)出顯著的促生作用(P<0.05)。A-m1固體菌肥處理組幼苗莖基直徑增加了12.8%,整株鮮質(zhì)量增加了60.7%,整株干質(zhì)量增加了50%,莖葉干質(zhì)量增加了40%,根干質(zhì)量增加了34.2%,葉綠素含量SPAD數(shù)值增加了20.8%,氮含量增加了9.9%。

2.2 菌株A-m1固體菌肥對(duì)小麥幼苗御酶活性及丙二醛含量的影響

小麥生長的第45 d,測(cè)定分析小麥幼苗過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性,結(jié)果見圖2。與對(duì)照組相比,A-m1固體菌肥處理組4種防御酶的活性均顯著提高(P<0.05),POD(圖2-a)、CAT(圖2-b)、PAL(圖2-c)和PPO(圖2-d)活性分別增加了20.9%、35.1%、29.8%和39.9%;丙二醛(MDA)含量(圖2-e)沒有顯著差異。

3 結(jié)論與討論

本研究以哥斯達(dá)黎加鏈霉菌菌株A-m1為材料,測(cè)定了小麥幼苗的生長指標(biāo)及其防御酶活性和丙二醛的含量,結(jié)果表明菌株A-m1固體菌肥液既能促進(jìn)小麥的生長,同時(shí)也增強(qiáng)了幼苗的CAT、POD、PAL和PPO等防御酶活性,對(duì)提高小麥抗病具有積極作用。

鏈霉菌是一類重要的農(nóng)業(yè)微生物資源,許多研究報(bào)道了鏈霉菌對(duì)植物的促生作用和病害的防治作用,在小麥上也有一些成功的應(yīng)用案例。如:婁徹氏鏈霉菌(Streptomycesrochei)ZZ-9菌株灌根處理小麥幼苗后,對(duì)小麥幼苗生長具有明顯的促生作用,以發(fā)酵液原液促生效果最明顯,株高和根長增幅最大,PPO和PAL活性顯著增強(qiáng),葉綠素質(zhì)量濃度較對(duì)照增加56.53%(P<0.05);MDA質(zhì)量摩爾濃度較對(duì)照降低了53.62%(P<0.05)[12]。婁徹氏鏈霉菌(Streptomycesroche,D74)和密旋鏈霉菌(Streptomycesparturn,Actl2)的研究也發(fā)現(xiàn),這2株鏈霉菌對(duì)小麥幼苗株高、根長、鮮重、干重均有顯著的促生作用,并能提高小麥的誘導(dǎo)抗性[13]。黃赭色鏈霉菌(Streptomycessilaceus)SN16菌劑優(yōu)化了生物穩(wěn)定性,通過對(duì)其載體、保護(hù)劑和分散劑等助劑的用量確定最佳配方[14],盆栽實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明施用1%濃度的菌劑對(duì)小麥幼苗的株高、株鮮重和株干重分別提高了9.85%、57.90%、66.67%,均達(dá)到了顯著水平(P<0.05);但對(duì)根長的促生作用未達(dá)到顯著水平(P>0.05)[14]。哥斯達(dá)黎加鏈霉菌是一種重要的鏈霉菌,本文是首次關(guān)于哥斯達(dá)黎加鏈霉菌對(duì)小麥具有促生和提高誘導(dǎo)抗性的報(bào)道,與之前報(bào)道的鏈霉菌菌株促生防病效果有類似之處,為其在調(diào)控小麥促生防病方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)于哥斯達(dá)黎加鏈霉菌的研究,之前報(bào)道了抑菌活性產(chǎn)物分離純化[15],鑒定其抗菌活性成分為放線菌素D[16]、放線菌素XOβ和制霉色基素(fungichromin)[17];具有降解半纖維素[18-19]的能力;并對(duì)其生產(chǎn)的制霉色基素的生物合成基因簇進(jìn)行分析鑒定[20]。哥斯達(dá)黎加鏈霉菌促進(jìn)植物生長的研究較少,僅有對(duì)高羊茅(Festucaarundinacea)、萬壽菊(Tagetespatula)[21]和番茄(Solanumlycopersicum)[6]209表現(xiàn)出生物量促生的報(bào)道。且已報(bào)道的哥斯達(dá)黎加鏈霉菌菌株來多自源于土壤和海洋環(huán)境,本研究中所使用的菌株A-m1是從新疆野蘋果枝干中分離獲得的內(nèi)生菌,其在來源上有一定創(chuàng)新,對(duì)植物安全無害[5]78,理論上與植物更加親和,本次試驗(yàn)中對(duì)小麥也實(shí)際表現(xiàn)出良好的促生和提高防御酶活性的作用,未來有望應(yīng)用于小麥生長抗病栽培調(diào)控。本研究進(jìn)一步拓展了哥斯達(dá)黎加鏈霉菌菌株A-m1可應(yīng)用的范圍,為其在植物防病促生方面的開發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。