解淀粉芽孢桿菌HM618對鹽脅迫下小麥幼苗生長及生理特性的影響

王魯 魏宏達 方可 徐秋曼

摘? ? 要：為了研究解淀粉芽孢桿菌HM618對鹽脅迫下的小麥幼苗生長及生理的影響，采用解淀粉芽孢桿菌HM618發(fā)酵液處理不同濃度鹽脅迫下的小麥幼苗，測定根長、株高、葉綠素、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛含量以及葉綠素?zé)晒獾壬L和生理指標(biāo)。結(jié)果表明：對小麥施加解淀粉芽孢桿菌可以對幼苗有一定的促生作用，對根的促生作用尤為顯著。在高鹽脅迫下，小麥幼苗的葉綠素、可溶性蛋白含量、Fm、F0、Fv/Fm、qp和Y（Ⅱ）顯著下降;可溶性糖、丙二醛（MDA）含量和qN增加。當(dāng)施加解淀粉芽孢桿菌后，小麥幼苗的葉綠素、可溶性蛋白含量、Fm、F0、Fv/Fm，qp和Y（Ⅱ）顯著增加;可溶性糖、MDA含量和qN顯著減少?？傮w來說，適宜濃度的解淀粉芽孢桿菌HM618在一定程度上會緩解小麥幼苗遭受的鹽脅迫，這為其成為一種新型生防菌劑提供了可能。

關(guān)鍵詞：解淀粉芽孢桿菌;鹽脅迫;小麥幼苗;生理活性;緩解

中圖分類號：S512.1? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.12.010

Effects of Bacillus amyloliquefaciens HM618 on the Growth and Physiological Characteristics of Wheat Seedlings under Salt Stress

WANG Lu， WEI Hongda， FANG Ke， XU Qiuman

（College of Life Sciences，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

Abstract： In order to study the effects of Bacillus amyloliquefaciens HM618 on the growth and physiology of wheat seedings under salt stress， the fermentation broth of Bacillus amyloliquefaciens HM618 was used to treat wheat seedlings under salt stress at different concentrations.The growth and physiological indexes such as root length， plant height， the content of chlorophyll，soluble protein， soluble sugar and malondialdehyde and chlorophyll fluorescence were measured.The results showed that the application of Bacillus amyloliquefacienson wheat could promote the growth of seedings， and the growth promotion effect on roots wss particularly significant. The content of chlorophyll， soluble protein， Fm， F0， Fv/Fm， qp and Y（Ⅱ） of wheat seedings decreased significantly under high salt stress， and the content of souble sugar， malondialdehde and qN increased. After applying Bacillus amyloliquefaciens， the content of chlorophyll， soluble protein，soluble protein， Fm， F0， Fv/Fm， qp and Y（Ⅱ） of wheat seedings increased significantly， and soluble sugars， malondialdehyde and qN decreased significantly. In general， the suitable concentration of Bacillus amyloliquefaciens HM618 can alleviate the salt stress suffered by wheat seedings to a certain extent， which makes it possible to become a new type of biocontrol agent.

Key words： Bacillus amyloliquefaciens; salt stress; wheat seedings; physiological activity; ease

鹽脅迫現(xiàn)已成為生物所面臨的主要非生物脅迫之一，我國鹽漬化土壤在19個省份均有分布。大多數(shù)農(nóng)作物都對鹽非常敏感[1]，當(dāng)土壤中的鹽濃度高于70 mM時，農(nóng)作物已表現(xiàn)出脅迫作用，當(dāng)高于100 mM時，農(nóng)作物生長發(fā)育受到嚴重影響，產(chǎn)量急劇下降[2]。

小麥是我國主要的糧食作物，它的整個生長發(fā)育階段對鹽脅迫都較敏感。在這種條件下，提高小麥的耐鹽性或者選擇適合的修復(fù)方式降低鹽脅迫對小麥的傷害，有利于改良鹽漬土和提高農(nóng)作物產(chǎn)量。從保護環(huán)境和生物的角度來說，微生物的應(yīng)用因其獨特性、多樣性和與植物之間的關(guān)聯(lián)性，為緩解植物脅迫提供了新方式[3]。許芳芳等[4]證明腸桿菌FYP1101對鹽脅迫下小麥幼苗根形態(tài)的建成具有積極影響，它這一促生效應(yīng)可以很好的應(yīng)用到植物對逆境的適應(yīng)上。對于微生物緩解植物鹽脅迫的作用，研究人員發(fā)現(xiàn)番茄耐鹽性的提高是PGPR菌株ARV8在代謝過程中產(chǎn)生的ACC脫氨酶的結(jié)果[5]。莫文萍等[6]研究證明，使用桿菌Rs15-4處理鹽脅迫下的棉花種子能夠提高種子的發(fā)芽率、根莖長和生物量。枯草芽孢桿菌BBG111產(chǎn)生的豐霉素能抑制根霉菌，誘導(dǎo)水稻防御系統(tǒng)發(fā)揮作用，增強植株抗病性[7]。

芽孢桿菌產(chǎn)生的孢子具有極強的耐受性，菌株對環(huán)境無污染，對人畜沒有致病性，因而廣泛分布在自然界[8]。芽孢桿菌還可分泌胞外多糖和鐵載體，抑制有毒離子的運動，維持離子平衡，抑制病原微生物的生長[9]。解淀粉芽孢桿菌作為一種植物根際促生菌（PGPR），可誘導(dǎo)植物發(fā)生物理和化學(xué)變化，幫助植物抵御所受到的脅迫。另外，解淀粉芽孢桿菌基因組小，產(chǎn)生的次級代謝物穩(wěn)定性好，抑菌促生及抗逆性強[10]。研究表明，解淀粉芽孢桿菌L-H15是良好的生防菌，具有成為植物促生菌劑的應(yīng)用價值[11]。本研究以小麥為材料，探究鹽脅迫下解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵液對小麥幼苗生理及光合特性的影響，進一步了解解淀粉芽孢桿菌緩解植物鹽脅迫的效應(yīng)機制。

1 材料和方法

1.1 材 料

1.1.1 菌株 解淀粉芽孢桿菌HM618 （ Bacillus amyloliquefaciens HM618），由天津大學(xué)化工學(xué)院程景勝課題組提供。

1.1.2 植物材料 小麥品種‘魯麥22種子，由天津師范大學(xué)動植物抗性重點實驗室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 幼苗處理 試驗設(shè)置蒸餾水處理、蒸餾水和HM618發(fā)酵液共處理、0.2%Nacl溶液處理、0.2%Nacl溶液和發(fā)酵液共處理、0.5%Nacl溶液處理、0.5%Nacl溶液和發(fā)酵液共處理等六種處理方式，分別標(biāo)記為CK，T0、T1、T2、T3和T4，每種處理設(shè)置三組重復(fù)。

1.2.2 幼苗培養(yǎng) 先用質(zhì)量分數(shù)為10%的次氯酸鈉溶液將小麥種子浸泡30 min，然后用去離子水仔細洗滌以除去所有氯化物含量，沖洗3～5次后，蒸餾水浸種12 h。將預(yù)先處理后的種子腹溝向下，排列在鋪有紗布的培養(yǎng)皿中，一皿40粒種子進行培養(yǎng)。當(dāng)出現(xiàn)一葉一心時，對幼苗進行上述不同處理。

1.3 測 定

1.3.1 生長參數(shù) 上述處理進行5 d后，隨機在每組處理中選取6株幼苗，測量株高和根長。

1.3.2 生理參數(shù) 葉綠素的含量采用比色法[12]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法[13];可溶性糖含量采用蒽酮法[14];丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥法[15]，葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用葉綠素?zé)晒鈨x測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，利用Excel軟件進行繪圖處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長參數(shù)

由表1可以看出，單獨添加解淀粉芽孢桿菌HM618（T0），小麥幼苗株高和根長較CK分別顯著提高了5.5%和34.1%（P<0.05），說明解淀粉芽孢桿菌HM618對小麥有一定促生作用，且對根的作用尤為顯著。T1組株高和根長較CK分別下降了2.1%和12.3%（P>0.05），T3組株高和根長較CK分別下降了6.9%和41.1%（P<0.05）;解淀粉芽孢桿菌HM618與鹽溶液共處理后，T2組小麥幼苗株高較T1組顯著增加了5.9%（P<0.05），T2組小麥幼苗根長較T1組增加了14.1%，差異不顯著（P>0.05）;T4組株高和根長較T3組分別增加了7.8%和38.4%（P<0.05）。

2.2 生理參數(shù)

由圖1可知，與CK相比，T0組小麥幼苗可溶性蛋白和可溶性糖的含量明顯升高（P<0.05），MDA含量明顯降低（P<0.05），葉綠素含量增加不顯著（P>0.05）;0.2%Nacl處理（T1），小麥幼苗葉綠素和可溶性蛋白含量分別降低了6.5%和0.2%（P>0.05），可溶性糖和MDA含量分別增加了66.7%和195%（P<0.05）;0.5%Nacl處理（T3），小麥幼苗葉綠素和可溶性蛋白含量分別下降了28.9%（P<0.05）和4.5%（P>0.05），可溶性糖和MDA含量分別增加了100%和329%（P<0.05）。解淀粉芽孢桿菌HM618與鹽溶液共處理后，T2組較T1組相比，小麥幼苗葉綠素含量稍有增加（15.9%），但二者差異不顯著，可溶性蛋白、可溶性糖和MDA含量分別下降了1.9%，13.6%和61%，其中MDA含量較T1差異顯著（P<0.05）;T4組較T3組相比，葉綠素和可溶性蛋白含量分別增加了48.1%和12.3%（P<0.05），可溶性糖和MDA含量分別下降了16.7%和27%（P<0.05）。

2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

2.3.1 HM618對鹽脅迫下小麥幼苗葉片F(xiàn)m、F0和Fv/Fm的影響 F0代表PSⅡ完全開放時的熒光產(chǎn)量，F(xiàn)m為PSⅡ完全關(guān)閉狀態(tài)下的熒光產(chǎn)量，反映PSⅡ的電子傳遞情況，F(xiàn)v/Fm代表PSⅡ最大光化學(xué)效率，反映PSⅡ反應(yīng)中心捕獲光能激發(fā)的能力。由表2可知，與CK相比，T0組小麥葉片的最大熒光Fm和PSⅡ最大光化學(xué)量子效率Fv/Fm增加，初始熒光F0減少，結(jié)果均與對照組相差無異（P>0.05）。0.2%Nacl處理后，T1組Fm和F0較CK分別降低了17.5%和44.1%（P<0.05），F(xiàn)v/Fm增加了2.2%（P>0.05）。0.2%Nacl與HM618共處理后，T2組Fm較T1增加了15.9%（P<0.05），F(xiàn)0、Fv/Fm較T1差異不顯著（P>0.05）。0.5%Nacl處理（T3），F(xiàn)m、F0和Fv/Fm較CK分別降低了21.4%，39.7%和9%（P<0.05）。0.5%Nacl與HM618共處理后，T4組Fm和Fv/Fm較T3組增加了16.7%和13.7%（P<0.05），F(xiàn)0較T3組增加了10.9%（P>0.05）。

2.3.2 HM618對鹽脅迫下小麥幼苗葉片qp、qN和Y（Ⅱ）的影響 光化學(xué)淬滅系數(shù)qp代表反應(yīng)中心的開放程度，非光化學(xué)猝滅系數(shù)qN代表葉片吸收的光能以熱耗散形式散失的程度，PSⅡ?qū)嶋H光合效率參數(shù)Y（Ⅱ）代表實際原初光能的捕獲效率。由圖2可知，與CK相比，T0組qp和qN變化不顯著， Y（Ⅱ）增加了55.4%（P<0.05）;T1組qp降低了6.4%（P<0.05），qN無明顯變化，Y（Ⅱ）增加了41.9%（P<0.05）;T3組qp和Y（Ⅱ）分別降低了19.4%和45.7%（P<0.05），qN增加了9.7%（P<0.05）。解淀粉芽孢桿菌HM618與鹽溶液共處理后，T2組qp、qN和Y（Ⅱ）較T1組無顯著變化;T4組qp和Y（Ⅱ）較T3組分別增加了38.1%和60.7%（P<0.05），qN較T3組降低了20.7%（P<0.05）。

3 討論與結(jié)論

植物受鹽脅迫時，各器官及其組織的生長分化減慢，植株生長速率下降，最終影響植株的整體生長[16]。本研究表明對小麥幼苗進行0.5%Nacl與HM618共處理，顯著緩解了其受到的生長抑制。解淀粉芽孢桿菌HM618可能參與了植物體內(nèi)離子的轉(zhuǎn)運，避免細胞中Na+、Cl-的過量積累，為植物生長代謝提供穩(wěn)態(tài)環(huán)境，但其發(fā)揮的具體作用還有待研究。

植物遭受鹽脅迫時，細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)分解成氨基酸的速率提高，蛋白質(zhì)合成受阻，可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物含量增加。當(dāng)添加解淀粉芽孢桿菌HM618后，可溶性蛋白繼續(xù)積累，可溶性糖含量下降，以此保證植物正常獲取水分[17-18]。說明解淀粉芽孢桿菌HM618可能參與植物滲透調(diào)節(jié)，維持正常生理代謝活動。李明等[19]研究發(fā)現(xiàn)，MDA含量可反映植物細胞膜的損壞程度。本試驗發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫導(dǎo)致植物膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量積累;添加解淀粉芽孢桿菌HM618后，MDA的含量較鹽處理組均有顯著差異，表明HM618可能作為一種抗氧化劑參與活性氧的清除，從而減輕植物因鹽脅迫造成的氧化傷害。

植物光合能力的強弱和營養(yǎng)狀況可通過葉綠素含量的多少來反映，有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)遭受鹽脅迫時，番茄葉片的葉綠素含量和類胡蘿卜素含量都不斷減少[20]。本研究表明，將不同濃度的鹽與HM618共處理后，葉綠素含量較脅迫組均增加，其中0.5%Nacl處理之間緩解更顯著。鹽脅迫使小麥葉綠素分解，而解淀粉芽孢桿菌HM618可以作為一種保護物質(zhì)，避免植物細胞受到傷害，進而增加葉綠素含量，達到緩解鹽脅迫的作用。對小麥進行鹽脅迫時，與CK相比，F(xiàn)0和Fm呈下降趨勢，這與前人研究結(jié)果一致[21-22]。0.2%Nacl+HM618共處理，小麥葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化不明顯。0.5%Nacl+HM618共處理，小麥葉片的Fm、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qp和qN較0.5%Nacl處理組差異顯著，進一步表明HM618對0.5%Nacl脅迫緩解顯著。Na+、Cl-作為逆境因子通過降低PSII反應(yīng)中心捕獲光能的效率[23]，從而抑制了小麥的光合作用，而解淀粉芽孢桿菌HM618作為一種促生菌可能在一定程度上保護了PSII反應(yīng)中心，從而使植物免受鹽毒害。綜上所述，添加適宜濃度的解淀粉芽孢桿菌HM618，可有效緩解小麥幼苗在0.5%Nacl濃度下受到的脅迫。

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