哥斯達黎加鏈霉菌A-m1促進小麥生長和提高防御酶活性的作用

潘正茂,周瑞,熊夢琴,王志豪,李永麗,陳利軍,周洲*

(1.駐馬店市農業(yè)科學院,河南 駐馬店 463000;2. 信陽農林學院 農學院,河南 信陽 464000)

鏈霉菌(Streptomyces) 是一類重要的農業(yè)微生物,研究表明一些鏈霉菌不僅具有生物防治的作用,而且對植物生長具有促進作用[1-4]。哥斯達黎加鏈霉菌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用潛力[5];該菌株對番茄幼苗生長表現出促進作用,全基因組解析了促生作用產生的遺傳學基礎,菌株A-m1可通過產生生長素、細胞分裂素、鐵載體、ACC脫氨酶、植酸酶、磷酸酶、固氮酶等方式實現促生作用,拓展了其可能在調控植物生長方面的應用范圍[6]。小麥是重要的糧食作物,生長過程中減少化肥農藥的使用具有重大的現實意義[7]。菌株A-m1對小麥是否具有積極調控作用還有待明確。本研究首先測定了該菌株對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,為其在小麥生產中的應用奠定試驗基礎,為農業(yè)生產“兩減一增”方針的踐行提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 菌株A-m1固體菌肥的制作

哥斯達黎加鏈霉菌菌株A-m1,由信陽農林學院農學院生物防治實驗室分離并保存[5]73。菌株A-m1固態(tài)發(fā)酵菌肥依據參考文獻[6]208制作。

1.2 小麥品種及播種處理

供試小麥品種‘揚麥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)。設置(25 ± 1)℃、相對濕度(60 ± 5)%,每天及時補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月初試驗以盆栽方式進行,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,對照添加等量無菌固體基質,設6次重復。每個花盆放入20顆剛剛露白的小麥種子,覆土深度1 cm,適時澆水保持基質濕潤,置于室外正常培養(yǎng)。

1.3 菌株A-m1固體菌肥對小麥幼苗促生作用分析

小麥播種16 d時測量地上部株高、植株根長、葉綠素含量(SPAD值)、整株鮮質量、整株干質量、根干質量以及莖基直徑。株高和根長利用刻度尺測量,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,莖桿直徑用游標卡尺測量幼苗緊挨地表的直徑。測量株高,并使用葉綠素測定儀檢測底數第2片葉片的葉綠素含量及氮含量。在每組處理和對照中各隨機選擇三盆,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量、烘干后的整株干質量和根干質量,并測量其根長。

1.4 小麥幼苗防御酶活性及丙二醛含量測定

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,依據文獻[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。測定小麥相關酶活性,過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法進行測定[9],過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法進行測定[10],多酚氧化酶(PPO)采用鄰苯二酚法[10]121進行測定,苯丙氨酸解氨酶(PAL)測定采用苯丙氨酸比色法進行測定[10]123;丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法進行測定[11]。

1.5 數據分析

用軟件SPSS 23.0 對數據進行單因素方差分析,用鄧肯(Duncan)方法進行樣本間差異顯著性分析,用Microsoft Excel 2010 軟件作圖表。

2 結果與分析

2.1 菌株A-m1固體菌肥對小麥幼苗生長指標的影響

小麥發(fā)芽后16 d后統(tǒng)計幼苗生長指標,結果見圖1。與對照組相比,A-m1固體菌肥處理對小麥苗株高(圖1-a)和根長(圖1-b)沒有產生顯著的促生作用,但莖基直徑(圖1-c)、整株鮮質量(圖1-d)、整株干質量(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)等指標均表現出顯著的促生作用(P<0.05)。A-m1固體菌肥處理組幼苗莖基直徑增加了12.8%,整株鮮質量增加了60.7%,整株干質量增加了50%,莖葉干質量增加了40%,根干質量增加了34.2%,葉綠素含量SPAD數值增加了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,結果見圖2。與對照組相比,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 結論與討論

本研究以哥斯達黎加鏈霉菌菌株A-m1為材料,測定了小麥幼苗的生長指標及其防御酶活性和丙二醛的含量,結果表明菌株A-m1固體菌肥液既能促進小麥的生長,同時也增強了幼苗的CAT、POD、PAL和PPO等防御酶活性,對提高小麥抗病具有積極作用。

鏈霉菌是一類重要的農業(yè)微生物資源,許多研究報道了鏈霉菌對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,葉綠素質量濃度較對照增加56.53%(P<0.05);MDA質量摩爾濃度較對照降低了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,這2株鏈霉菌對小麥幼苗株高、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,通過對其載體、保護劑和分散劑等助劑的用量確定最佳配方[14],盆栽實驗結果表明施用1%濃度的菌劑對小麥幼苗的株高、株鮮重和株干重分別提高了9.85%、57.90%、66.67%,均達到了顯著水平(P<0.05);但對根長的促生作用未達到顯著水平(P>0.05)[14]。哥斯達黎加鏈霉菌是一種重要的鏈霉菌,本文是首次關于哥斯達黎加鏈霉菌對小麥具有促生和提高誘導抗性的報道,與之前報道的鏈霉菌菌株促生防病效果有類似之處,為其在調控小麥促生防病方面的應用奠定了基礎。

關于哥斯達黎加鏈霉菌的研究,之前報道了抑菌活性產物分離純化[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;并對其生產的制霉色基素的生物合成基因簇進行分析鑒定[20]。哥斯達黎加鏈霉菌促進植物生長的研究較少,僅有對高羊茅(Festucaarundinacea)、萬壽菊(Tagetespatula)[21]和番茄(Solanumlycopersicum)[6]209表現出生物量促生的報道。且已報道的哥斯達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生菌,其在來源上有一定創(chuàng)新,對植物安全無害[5]78,理論上與植物更加親和,本次試驗中對小麥也實際表現出良好的促生和提高防御酶活性的作用,未來有望應用于小麥生長抗病栽培調控。本研究進一步拓展了哥斯達黎加鏈霉菌菌株A-m1可應用的范圍,為其在植物防病促生方面的開發(fā)應用奠定了基礎。