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(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000；2.榆林市橫山區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 橫山 719100；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，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(zhì)，且分泌物不含內(nèi)、外毒素［3］，其在防控病蟲害［4］、調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分［5］及改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)［6］等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。楊超才等［7］研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)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(fā)現(xiàn)，施加枯草芽孢桿菌后有利于增強(qiáng)柑橘根系的氮磷鉀吸收，植株吸收養(yǎng)分增強(qiáng)，果實(shí)品質(zhì)有所改善。Tan等［9］研究發(fā)現(xiàn)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(dá)顯著提高?？莶菅挎邨U菌配制的菌肥與化學(xué)農(nóng)藥混用不失活，有利于增強(qiáng)植株抗病性，有助于農(nóng)藥減量化，推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色和可持續(xù)發(fā)展。生物炭是缺氧低溫條件下熱裂解形成富含碳的有機(jī)質(zhì)［10-11］，其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)且吸附性強(qiáng)［12-13］，這些特性有利于增強(qiáng)土壤固碳、優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，是優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑。張進(jìn)紅等［14］研究發(fā)現(xiàn)，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(jìn)植株生長。趙曉軍等［15］研究發(fā)現(xiàn)，配施菌劑與生物炭能增強(qiáng)土壤活性、酶活性，提高有機(jī)碳含量、微生物數(shù)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(yǎng)成分的利用率，其產(chǎn)量和品質(zhì)也得到提升。綜上，配施菌肥和生物炭能充分發(fā)揮肥效、提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用潛力大，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化模式具有重要的指導(dǎo)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(fā)現(xiàn)黑痣病的病情指數(shù)達(dá)到30.73［19］；病毒病導(dǎo)致的減產(chǎn)達(dá)20%～50%，部分嚴(yán)重的田塊甚至高達(dá)80%以上［20］；晚疫病的發(fā)病面積年均約197.47萬hm2，產(chǎn)量損失占所有病害的63.54%［21］。目前，關(guān)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?；诖耍P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(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

供試馬鈴薯葉片選自陜西省榆林市榆陽區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)，經(jīng)常規(guī)基肥與常規(guī)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(xué)院保存?zhèn)溆茫┰嚻贩N為冀張薯226。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)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(fù)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(qū)面積54 m2（5.4 m×10.0 m），每個處理重復(fù)3次，重復(fù)之間設(shè)置寬0.5 m的走道，最外側(cè)設(shè)置2 m的保護(hù)行。馬鈴薯單壟栽培，每小區(qū)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(yàn)設(shè)計

于5月23日播種，播種后鋪設(shè)滴灌帶；6月11日馬鈴薯出苗，7月16日為馬鈴薯現(xiàn)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(xué)院植物保護(hù)實(shí)驗(yàn)室。試驗(yàn)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(yàn)方法

依據(jù)試劑盒使用說明，計算酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。使用SPSS軟件單因素方差分析進(jìn)行統(tǒng)計分析（P＜0.05）。

2 結(jié)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(jīng)過KS80和KS90處理后的葉片總抗氧化能力較K80、K90更強(qiáng)。

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(fā)現(xiàn)，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(jīng)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(fā)現(xiàn)，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(jīng)過KS80和KS90處理后的羥自由基清除能力較K80和K90強(qiáng)。

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(fā)現(xiàn)，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(jīng)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(fā)育，在此過程中植株會產(chǎn)生相應(yīng)的防御系統(tǒng)并相互協(xié)調(diào)，維持植物體內(nèi)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(fù)等過程［23-24］，本研究通過試驗(yàn)測定發(fā)現(xiàn)，經(jīng)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(fā)現(xiàn)角豆在逆境中的PPO活性顯著增強(qiáng)的結(jié)果相類似。CAT和POD與植物抗病能力和活化土壤中難溶性養(yǎng)分有關(guān)，尤其在逆境中植物開啟自我防御機(jī)制［26］，通過測定發(fā)現(xiàn)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(jié)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(qiáng)。SOD是抗氧化防御第一線的關(guān)鍵酶之一，保護(hù)植物在正常細(xì)胞代謝活動期間免受各種環(huán)境壓力產(chǎn)生的活性氧的毒性作用［28］，研究發(fā)現(xiàn)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(jié)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(qiáng)?？偪寡趸芰κ强寡趸割惢蚨喾N抗氧化物質(zhì)的綜合反映［30-31］，研究發(fā)現(xiàn)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(fù)合益生菌發(fā)酵飼料組中總抗氧化能力的結(jié)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(hù)酶及抗耐性等［34］，研究發(fā)現(xiàn)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(jié)果一致。植物體內(nèi)抗氧化活性物質(zhì)的增多，增強(qiáng)了羥自由基的清除能力［36］，研究發(fā)現(xiàn)KS80和KS90處理后馬鈴薯葉片羥自由基清除能力顯著增強(qiáng)。

4 結(jié)論

施用80%常規(guī)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(zhì)優(yōu)于未施加生物炭的；施用80%常規(guī)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(qiáng)。因此，在大田試驗(yàn)中，可選用KS80代替常規(guī)基肥的實(shí)施，為馬鈴薯減施化肥和農(nóng)藥奠定理論基礎(chǔ)。