VDAL、Harpin拌種對(duì)馬鈴薯生長發(fā)育的影響

淳 俊，桑有順，陳 濤，馮 焱，李 倩，張慶沛

（成都市農(nóng)林科學(xué)院，成都 611130）

0 引言

馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)是重要的糧菜兼用作物，在世界和中國均為第四大作物，對(duì)糧食安全和增產(chǎn)增收意義重大[1-2]。塊莖是馬鈴薯的繁殖器官，拌種播種十分必要，其在出苗率達(dá)標(biāo)、株高增高、單株匍匐莖數(shù)和單株結(jié)薯數(shù)增多、病蟲害防效增強(qiáng)、大中薯率和產(chǎn)量提高等方面均表現(xiàn)出促進(jìn)作用[3-5]。特別是馬鈴薯土傳病害逐年加重，拌種處理對(duì)馬鈴薯土傳病害的防治和增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)表現(xiàn)了較好作用[6-7]。羅磊[4]發(fā)現(xiàn)藥劑拌種有利于出苗率和產(chǎn)量提高等，其中72%農(nóng)用鏈霉素+滑石粉拌種，對(duì)馬鈴薯黑痣病的防治效果最好、可達(dá)60.1%。鄭果[8]的試驗(yàn)表明，100萬孢子/g寡雄腐霉可濕性粉劑對(duì)馬鈴薯黑痣病防效最佳、最高為68.16%，較對(duì)照增產(chǎn)29.53%。陳宇飛[9]發(fā)現(xiàn)40%噻唑鋅懸浮劑拌種對(duì)馬鈴薯瘡痂病的防效最好，防效最高為50.28%，其次是100億cfu/g枯草芽孢桿菌可濕性粉劑拌種和12%中生菌素可濕性粉劑拌種。馬麗杰[10]針對(duì)榆林馬鈴薯產(chǎn)區(qū)常年發(fā)生的田間爛薯問題，利用50%烯酰嗎啉種薯處理和莖葉噴施防控，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)15.7%。但現(xiàn)階段研究和生產(chǎn)中，單純采用化學(xué)藥劑拌種，不能滿足馬鈴薯抗性誘導(dǎo)和綠色投入品增加需求。

VDAL[大麗輪枝孢(Verticillium dahliae)Asp f2類鋅離子結(jié)合蛋白]是源于棉花黃萎菌的一種植物免疫激活蛋白，通過工程菌發(fā)酵工藝制成蛋白干粉，能激活植物免疫反應(yīng)和促進(jìn)植株生長發(fā)育[11]。有研究人員發(fā)現(xiàn)，將VDAL稀釋后進(jìn)行葉面噴施，可增強(qiáng)水稻抗病性和促進(jìn)水稻生長[11-12]。用VDAL對(duì)小麥進(jìn)行拌種顯著提高了鹽脅迫下幼苗的生長發(fā)育[13]，在冬灌期和返青期葉面噴施能夠提高抗逆性和促進(jìn)生長[14]，于灌漿期噴霧較清水對(duì)照增產(chǎn)3.47%以上[15]。用VDAL進(jìn)行種子包衣后，再采用其原粉及水溶肥可顯著提高玉米產(chǎn)量[16]。在花生初花期葉面噴施2次，可起到控旺增產(chǎn)效果[17]。在生菜、花椰菜、青梗菜上采取VDAL噴施，也表現(xiàn)出不同程度的壯苗促產(chǎn)作用[18-20]。

Harpin是一類由hrp N(Hypersensitive response and pathogenicity)基因編碼的能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性的重要致敏信號(hào)蛋白質(zhì)，也稱超敏蛋白，廣泛存在于植物革蘭氏陰性致病菌中，迄今為止，Harpin蛋白已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)Harpin家族，其功能是多重的，應(yīng)用也較為廣泛[21-22]。例如水稻黃單胞菌(Xanthomonas oryzae)Hpa1蛋白能夠增強(qiáng)植物防衛(wèi)反應(yīng)與抗逆性，通過激活乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、提高光合作用速率來促進(jìn)植物生長，表達(dá)Hpa1功能片段的轉(zhuǎn)基因小麥可誘導(dǎo)對(duì)麥長管蚜的防衛(wèi)反應(yīng)[23-25]。李文學(xué)等[26]用Harpin浸泡水稻種子，發(fā)現(xiàn)不同濃度能不同程度地誘導(dǎo)水稻防御酶活性，對(duì)植株生長發(fā)育有促進(jìn)作用，任元等[27]在旱直播水稻的蘗初期、灌漿期進(jìn)行葉面噴施，在綜合性狀、抗逆性和豐產(chǎn)性上均明顯優(yōu)于對(duì)照；桑賢強(qiáng)等[28]在小麥孕穗前和灌漿初進(jìn)行噴霧，可增強(qiáng)小麥的光合作用和抗逆抗病能力，具保產(chǎn)效果；丁正[29]發(fā)現(xiàn)Harpin對(duì)防治玉米細(xì)菌性病害有效果；同時(shí)，在多種作物上進(jìn)行葉面噴施，體現(xiàn)了不同程度的誘抗增產(chǎn)效果，比如提高大豆對(duì)害蟲的趨避作用及抗病性[30]，提升油菜抗逆性和產(chǎn)量[31]，提高花生結(jié)實(shí)率、成熟度和千粒重[32]，誘導(dǎo)心葉煙產(chǎn)生黃瓜花葉病毒抗性[33]，增強(qiáng)草莓幼苗長勢(shì)[34]，緩解葡萄受鹽堿、霜霉病和病毒病的脅迫傷害[35-36]，促進(jìn)冬棗葉片發(fā)育和果實(shí)膨大增重[37]，增強(qiáng)核桃的抗寒性[38]等。

不同于用有性種子繁殖的作物，馬鈴薯是以脫毒種薯切塊播種，切口易被病蟲害侵入，同時(shí)，霜凍、干旱等苗期極端氣候多發(fā)頻發(fā)，均易導(dǎo)致出苗率低、出苗不整齊、苗弱等不利情況，引起產(chǎn)量和商品性下降，而現(xiàn)有拌種方法多側(cè)重于切口封閉?；谏鲜鰡栴}和本團(tuán)隊(duì)前期研究基礎(chǔ)，本研究選擇了VDAL和Harpin的工程菌發(fā)酵產(chǎn)物，分別以不同濃度進(jìn)行種薯處理，與常規(guī)化學(xué)藥劑拌種方法進(jìn)行比較，從種薯萌發(fā)、出苗、植株生長、塊莖發(fā)育和產(chǎn)量性狀等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，調(diào)查其對(duì)馬鈴薯生長發(fā)育的影響。該研究可以為上述2種免疫激活蛋白提供以馬鈴薯為代表的無性繁殖作物的應(yīng)用參考，有利于馬鈴薯拌種新方法、新產(chǎn)品的研究與利用，也符合農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的要求。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為馬鈴薯早熟品種‘希森3號(hào)’。

供試試劑見表1。

1.2 試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年12月—2021年5月在四川省崇州市羊馬鎮(zhèn)成都市農(nóng)林科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園(2 hm2)進(jìn)行，土壤類型為棕色水稻土(pH 6.01)。選用‘希森3號(hào)’脫毒種薯，于2020年12月18日切薯拌種，種薯處理方法如表1所示，設(shè)置5個(gè)處理，其中CK（對(duì)照）為常規(guī)化學(xué)拌種，V3和V5為VDAL 3ppm和5ppm（按維大力中VDAL蛋白含量進(jìn)行折算）拌種，H0.5和H1為Harpin 0.5ppm和1ppm（按超免蛋白中Harpin蛋白含量進(jìn)行折算）拌種。2020年12月22日播種，底肥為N15-P5-K25復(fù)合肥1200 kg/hm2，壟上雙行，覆膜播種，種薯播種深度和覆土厚度盡量保持一致，栽種密度約為90000株/hm2。小區(qū)試驗(yàn)，面積20m2（0.9m/壟×4壟×5.5m），重復(fù)3次。2021年2月19日揭膜，5月8日收獲。

表1 供試制劑及相應(yīng)的種薯處理方法

1.3 試驗(yàn)調(diào)查與數(shù)據(jù)分析

調(diào)查3個(gè)小區(qū)，取3次重復(fù)平均值。調(diào)查種薯萌發(fā)情況、出苗期（出苗率達(dá)50%的日期）、出苗率、主莖數(shù)、株高、塊莖發(fā)育情況。對(duì)各區(qū)進(jìn)行收獲測(cè)產(chǎn)。按照馬鈴薯塊莖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：150 g以上為大薯，50～150 g為中薯，50 g以下為小薯，將所收塊莖分為大中薯和小薯，分別計(jì)算重量和比例，并同時(shí)記錄總產(chǎn)量。

采用DPS7.0進(jìn)行Duncan新復(fù)極差法方差分析（小寫字母表示5%顯著水平差異，大寫字母表示1%極顯著水平差異），Prism 8和Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同制劑拌種對(duì)馬鈴薯種薯萌發(fā)和出苗的影響

如圖1和圖2所示，2021年2月3日即播種后43天，CK種薯出苗率最低、僅為8.89%，工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理為17.04%～32.59%，其中，V3的出苗率最高、為32.59%，H0.5次之、為28.89%，兩者分別較CK增加23.70%和20%，差異達(dá)極顯著水平?？傮w來看，在該階段，工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理的種薯萌芽情況均優(yōu)于CK。

圖1 播種后43天的種薯萌發(fā)情況對(duì)比

圖2 不同處理的出苗率變化

在隨后的出苗率調(diào)查中（2月7日—19日），工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理的出苗率均高于CK，但均未表現(xiàn)出顯著差異，處理H0.5在第4次出苗率調(diào)查中表現(xiàn)最好、較CK提高10.12%（圖2）。工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理的出苗期為2月12日—13日，較CK提前0～1天，處理間差異不大（表2）。

表2 不同處理的出苗期對(duì)比（2021年）

2.2 不同制劑拌種對(duì)馬鈴薯植株發(fā)育的影響

如表3所示，CK的株高為27.10 cm，工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理的株高為29.17～30.82 cm、較對(duì)照增加7.64%～13.73%，株高最高的是H0.5、也是唯一較CK表現(xiàn)出極顯著差異的處理。各處理的主莖數(shù)為1.23～1.37個(gè)，處理間未表現(xiàn)出顯著性差異。

表3 不同處理的株高和主莖數(shù)

2.3 不同制劑拌種對(duì)馬鈴薯塊莖發(fā)育的影響

于2021年3月29日即塊莖膨大期調(diào)查不同處理的單株塊莖數(shù)，5 g以上（預(yù)計(jì)收獲期能發(fā)育為50 g以上的塊莖）記為大中薯，50 g以下的記為小薯，兩者之和為總的單株塊莖數(shù)。如圖3所示，CK的單株塊莖數(shù)為4.9個(gè)，工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理為5.2～6.4個(gè)、較CK增加6.12%～30.61%，增幅最大的前2位依次為H0.5和V3，分別較CK增加30.61%和16.33%，但處理間差異未達(dá)顯著水平。其中，單株大中薯數(shù)較CK增加25%～58.33%，增幅最大的前2位依次為V3和H0.5，分別較CK增加58.33%和54.17%；除H0.5的單株小薯數(shù)較CK增加8%以外，其余處理較CK減少4%～24%；各處理的大中薯數(shù)和小薯數(shù)的差異均未達(dá)顯著水平。

圖3 不同處理的單株結(jié)薯情況對(duì)比

不同處理的單株塊莖重如表4所示，CK最低、僅為85.20 g，工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理的單株塊莖重有不同程度的增加、為96.41～111.53 g，其增幅為13.16%～30.90%，其中H0.5和V3表現(xiàn)較好，分別較CK增加30.90%和20.69%、達(dá)極顯著差異水平。此階段的小薯重量過低，30株植株的小薯加在一起的總重僅50 g左右，即小薯重量約1.67 g/株，處理間基本無差異。

表4 不同處理的單株塊莖重統(tǒng)計(jì)

2.4 不同制劑拌種對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響

各處理的現(xiàn)蕾期、成熟期基本一致，于2021年5月8日統(tǒng)一收獲，產(chǎn)量性狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理的產(chǎn)量較CK有不同程度的提高、增幅為7.74%～20.04%，除V5以外，其他處理均較CK達(dá)顯著差異水平，其中，V3和H0.5分別較CK增產(chǎn)12.99%和20.04%、達(dá)極顯著差異水平。各處理的大中薯率均達(dá)85%以上，未發(fā)現(xiàn)明顯差異。

表5 不同處理的產(chǎn)量性狀對(duì)比

3 討論與結(jié)論

在本研究中，工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種對(duì)馬鈴薯的生長發(fā)育體現(xiàn)了不同程度的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在促進(jìn)種薯萌發(fā)、株高、塊莖發(fā)育和產(chǎn)量提高上（表6）。其中，H0.5即Harpin 0.5ppm拌種表現(xiàn)最好，與CK相比，早期出苗率提高20%，株高增高13.73%，塊莖膨大期的單株塊莖重量增加30.90%，產(chǎn)量提高20.04%，上述4個(gè)調(diào)查性狀均較CK表現(xiàn)出1%極顯著差異水平。其次為V3即VDAL 3ppm拌種，與CK相比，早期出苗率提高23.70%，株高增高9.30%，塊莖膨大期的單株塊莖重量增加20.69%，產(chǎn)量提高12.99%，較CK出現(xiàn)3個(gè)極顯著差異。較高濃度即VDAL 5ppm和Harpin 1ppm的促進(jìn)作用反而有所降低，與本研究團(tuán)隊(duì)前期在網(wǎng)室進(jìn)行的原原種拌種試驗(yàn)結(jié)果一致，將在最佳使用濃度和安全濃度范圍上開展進(jìn)一步研究。

表6 工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種帶來的顯著性差異

值得注意的是，本研究團(tuán)隊(duì)在2019—2020年進(jìn)行的試驗(yàn)中，VDAL拌種有利于促進(jìn)種薯萌發(fā)和芽根同生，出苗期較對(duì)照提前了7天，播種后49天的出苗率提高17.78%，且在霜凍、干旱同時(shí)出現(xiàn)的情況下，較對(duì)照增產(chǎn)18.97%，體現(xiàn)了極端天氣下的保產(chǎn)效果[5]。而在本研究中，雖然VDAL拌種在播種后43天的出苗率較對(duì)照提高23.70%，但在隨后的幾次調(diào)查中出苗率僅較對(duì)照略高，出苗期提前1天。VDAL拌種在兩季試驗(yàn)中均體現(xiàn)出對(duì)馬鈴薯生長發(fā)育的促進(jìn)作用，但效果有所差異，推測(cè)原因主要源于本季試驗(yàn)中出苗期即2021年2月5日—25日的持續(xù)性異常高溫，如圖4和表7所示，日最高溫度基本在20℃，平均溫度和最低溫度都較往年有不同程度的升高，且這種升溫是連續(xù)出現(xiàn)的，對(duì)馬鈴薯的出苗帶來了更為顯著的影響，致使工程菌發(fā)酵產(chǎn)物拌種處理在種薯萌發(fā)和早期出苗的顯著性優(yōu)勢(shì)未能在后期得以持續(xù)性體現(xiàn)。推測(cè)VDAL和Harpin拌種的有益效果在低溫情況下更為明顯，計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行多年、多生態(tài)點(diǎn)、多品種的綜合試驗(yàn)與示范，同時(shí)，在試驗(yàn)室內(nèi)結(jié)合低溫脅迫開展相關(guān)研究。

表7 近3年出苗期試驗(yàn)田的天氣情況

圖4 近3年出苗期試驗(yàn)田的日最高氣溫變化

綜上，本研究以馬鈴薯作為無性繁殖作物的代表，確定了VDAL和Harpin拌種的有益效果，為馬鈴薯拌種新方法和新產(chǎn)品的研發(fā)給予了試驗(yàn)參考，也為二者作為馬鈴薯生產(chǎn)中綠色投入品提供了數(shù)據(jù)支持。

致謝：感謝中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院齊俊生教授為本論文提供試劑及試驗(yàn)建議，感謝河南福聯(lián)生物科技有限公司提供試劑和試驗(yàn)支持。