種子生物引發(fā)處理研究進(jìn)展

摘要：近幾十年來(lái)，微生物接種劑在可持續(xù)農(nóng)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)領(lǐng)域的使用激增，這種增長(zhǎng)很大程度上歸因于對(duì)植物和微生物相互作用的研究的進(jìn)步、農(nóng)作物綠色防控的社會(huì)需求以及生態(tài)系統(tǒng)管理中對(duì)可持續(xù)戰(zhàn)略的需求。種子生物引發(fā)是近幾年來(lái)比較熱門的，用于提高種子活力及抗性的一種種子處理技術(shù)。采用種子生物引發(fā)技術(shù)可以促進(jìn)種子萌發(fā)、提高萌發(fā)整齊度、提高幼苗抗性、改善營(yíng)養(yǎng)狀況等，從而達(dá)到抗病增產(chǎn)的目的。對(duì)種子生物引發(fā)在不同作物中的應(yīng)用效果進(jìn)行了歸納總結(jié)，同時(shí)對(duì)今后的發(fā)展趨勢(shì)作出了分析，以期為種子生物引發(fā)技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用及綠色高效生產(chǎn)栽培技術(shù)的創(chuàng)建奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：種子生物引發(fā)；微生物；可持續(xù)農(nóng)業(yè)；木霉菌；熒光假單胞菌

Study on Development of Seed Bio-Priming Treatment

GU Anping1，LU Xiaoling1，LI Yunchuan2

（1Nujiang Lisu Autonomous Prefecture Agricultural Technology Extension Center，Nujiang 673299，Yunnan；

2Hexi Township People’s Government，Nujiang 671403，Yunnan）

種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，緊扣國(guó)家糧食安全，關(guān)系老百姓的飯碗。高質(zhì)量的種子能大幅減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入并有效提高生產(chǎn)效率。為了讓種子在田間最大限度地發(fā)揮自然潛力，人們開(kāi)發(fā)了多樣化的種子增強(qiáng)技術(shù)，其中種子引發(fā)技術(shù)由于其環(huán)保、高效和低成本等優(yōu)勢(shì)，受到種子研究者的廣泛關(guān)注。

1973年Heydecker等[1]首次提出種子引發(fā)概念，指通過(guò)可控條件（慢速定量吸水、逐步回干等）對(duì)種子進(jìn)行不引起損傷的播前預(yù)處理技術(shù)。前人對(duì)種子萌發(fā)的生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行了研究并提出種子引發(fā)技術(shù)，該技術(shù)目的是促進(jìn)種子發(fā)芽、縮短萌發(fā)時(shí)間、提高幼苗的抗性、改善其營(yíng)養(yǎng)狀況。種子引發(fā)主要通過(guò)對(duì)滲透、溫度、氣體以及激素等的調(diào)節(jié)來(lái)提高幼苗抗逆性，對(duì)植物有多種促進(jìn)作用。一是打破休眠，激活水解酶和參與儲(chǔ)備物質(zhì)的酶；二是調(diào)節(jié)多種脅迫響應(yīng)途徑的基因表達(dá)和蛋白質(zhì)豐度，增強(qiáng)對(duì)干旱、鹽度、低溫、重金屬及納米顆粒脅迫的耐受性[2]；三是改變活性氧的積累，種子引發(fā)主要通過(guò)影響前體蛋白和抗氧化蛋白的基因表達(dá)和酶活性來(lái)促進(jìn)活性氧的積累[3]；四是促進(jìn)早期生長(zhǎng)和提高根系探土面積，無(wú)論采用包衣還是丸?；确N子增強(qiáng)技術(shù)，都能觀察到預(yù)處理種子的發(fā)芽速度加快。

種子引發(fā)方法主要有水引發(fā)、滾筒引發(fā)、滲透引發(fā)、固體基質(zhì)引發(fā)、激素引發(fā)、化學(xué)引發(fā)、生物引發(fā)和膜引發(fā)等[4]，每種技術(shù)都有一定的優(yōu)勢(shì)和局限性，選擇哪種特定的方法取決于植物種類、種子屬性和引發(fā)的目的。用于種子引發(fā)的引發(fā)劑可包括純水、多種合成化合物、鹽、細(xì)菌懸浮液、激素和天然代謝物等。近年來(lái)種子引發(fā)提高作物產(chǎn)量的研究主要集中在微量元素引發(fā)（鐵、鋅、砷和鈣等）、煙源化合物苷引發(fā)、水合靜電、磁場(chǎng)引發(fā)、等離子體引發(fā)、納米粒子引發(fā)、激素處理等方面，采用生物引發(fā)的報(bào)道較少。這些方法均有助于提高種子活力、發(fā)芽整齊度、幼苗活力，以及抵御非生物脅迫的能力，其中生物引發(fā)方法具有提高植物對(duì)生物脅迫抗性的額外優(yōu)勢(shì)，因此受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。

1 種子生物引發(fā)

1.1 種子生物引發(fā)概述 生物引發(fā)是目前流行的一種種子處理方法，指用特定濃度的有益微生物對(duì)種子進(jìn)行一段時(shí)間的預(yù)處理，隨后脫水回到初始狀態(tài)的過(guò)程。這一過(guò)程使微生物附著在種皮上形成生物膜并與胚根建立早期關(guān)系，從而形成抵御外部威脅的第一道防線，有效減少許多種傳和土傳病害對(duì)種子萌發(fā)的不利影響，使種子發(fā)芽更快、更同步。同時(shí)在種子吸脹過(guò)程中部分微生物能夠有機(jī)會(huì)被吸收到種子中，一些用作生物引發(fā)劑的細(xì)菌能夠在根際繁殖，進(jìn)而對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育起到長(zhǎng)遠(yuǎn)的促進(jìn)作用。相較于普通的引發(fā)方式，生物引發(fā)種子處理結(jié)合了生物（用保護(hù)性生物接種種子）和生理（種子水合）成分，可改善種子的生理、分子和抗逆功能，提高對(duì)非生物和生物脅迫的系統(tǒng)抗性[5-6]。

1.2 引發(fā)試劑類型

1.2.1 微生物引發(fā)劑 有益微生物（細(xì)菌和真菌）可直接添加到種子水合過(guò)程中，或者通過(guò)成膜劑包裹到種子上，這些微生物可以自由繁殖并在種子表面形成保護(hù)層，防止病原菌的侵害，并在播種后促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)和抗逆性。生物引發(fā)劑中最常用的微生物包括綠色木霉、哈茨木霉、熒光假單胞菌、枯草芽孢桿菌、固氮菌、放射農(nóng)桿菌、灰綠鏈霉菌和沙雷

氏菌。

1.2.2 微生物代謝物 部分微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物有助于打破種子休眠，促進(jìn)胚乳分解和胚細(xì)胞分裂，從而提高種子的萌發(fā)率和整齊率，還有部分微生物代謝產(chǎn)物如鐵載體、抗生素，可以抑制土壤中的植物病原體，并通過(guò)誘導(dǎo)防御反應(yīng)抑制植物疾病。Alzandi等[7]利用熒光假單胞菌代謝產(chǎn)物作為生物引發(fā)劑誘導(dǎo)番茄植株對(duì)枯萎病的系統(tǒng)抗性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用熒光假單胞菌代謝物引發(fā)的種子茉莉酸含量、多種抗氧化酶的活性顯著高于對(duì)照，與細(xì)胞壁結(jié)合的過(guò)氧化物酶（POX）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性顯著增加，有助于細(xì)胞壁木質(zhì)化，使其更堅(jiān)固，不能被病原體穿透。也有研究表明，熒光假單胞菌通過(guò)次生代謝物拮抗病原菌和誘導(dǎo)寄主植物抗性基因表達(dá)兩方面的作用機(jī)制來(lái)防控果斑病，最高保護(hù)率為62.25%[8]，與其他生物制劑相比，熒光素對(duì)種子的營(yíng)養(yǎng)和繁殖性能有明顯改善。

1.2.3 復(fù)合生物引發(fā)劑 在實(shí)際應(yīng)用中，為了獲得更好的效果，往往會(huì)將多種生物引發(fā)劑或者多種引發(fā)方式聯(lián)合使用。例如，可以將有益微生物與植物激素或抗真菌物質(zhì)結(jié)合使用，以同時(shí)提高種子的抗逆性和萌發(fā)率。前人研究證明，與單一微生物處理相比，微生物聯(lián)合體的應(yīng)用可使宿主生長(zhǎng)更快。Singh等[9]采用抗壞血酸、棘孢木霉BHU P-1和蒼白桿菌BHU PB-1對(duì)番茄種子進(jìn)行生物引發(fā)，發(fā)現(xiàn)與用番茄尖鐮孢菌（FOL）進(jìn)行單獨(dú)處理相比，聯(lián)合引發(fā)處理的植物中苯丙烷途徑（木質(zhì)素沉積）更為活躍；抗壞血酸和拮抗微生物處理的組合在10d內(nèi)顯著降低番茄植株的發(fā)病率至28%，降低了50個(gè)百分點(diǎn)。防御基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)分析證實(shí)，與水引發(fā)種子處理植物相比，在96h時(shí)，用抗壞血酸和蒼白桿菌聯(lián)合進(jìn)行種子引發(fā)的處理中，苯胺裂解酶（2.1倍）、幾丁質(zhì)酶（0.92倍）、發(fā)病機(jī)制相關(guān)蛋白（1.58倍）和脂氧合酶（0.72倍）上調(diào)。據(jù)報(bào)道，番茄種子經(jīng)哈茨木霉和熒光假單胞菌的無(wú)菌過(guò)濾液等體積混合引發(fā)有利于提高種子活力、促進(jìn)植株生長(zhǎng)、增加植株體內(nèi)的保護(hù)酶活性，從而提高番茄植株的低溫耐受性[10]。

需要注意的是，不同類型的種子生物引發(fā)劑具有不同的作用機(jī)制和效果，因此在選擇使用時(shí)需要根據(jù)具體作物和栽培條件進(jìn)行綜合考慮。同時(shí)，為了確保生物引發(fā)劑的安全性和有效性，建議在使用前進(jìn)行充分的試驗(yàn)和評(píng)估。

2 種子生理生化變化

種子引發(fā)使種子在發(fā)芽的初始階段經(jīng)歷第1個(gè)生化過(guò)程。如圖1，曲線對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽過(guò)程：種子在第1階段于合適的溫度和濕度下吸收水分，在第2階段生化過(guò)程被激活，并最終在第3階段開(kāi)始發(fā)芽（根和下胚軸從種子中長(zhǎng)出）。常用的引發(fā)技術(shù)是“給水控制引發(fā)”，原理是調(diào)節(jié)第2階段，使種子可以更加快速和整齊地發(fā)芽、提高種子在逆境下的發(fā)芽率、打破休眠、防止再次休眠、起到春化作用以及對(duì)種子進(jìn)行修復(fù)。也就是說(shuō)，種子在經(jīng)歷萌發(fā)第2階段的一部分時(shí)被取出，然后緩慢干燥，該過(guò)程涉及將種子推進(jìn)到發(fā)芽過(guò)程的相同階段，當(dāng)播種時(shí)，一旦田地條件（溫度和濕度）適宜，第3階段就可以繼續(xù)，發(fā)芽會(huì)在更短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，且出苗更均勻。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽過(guò)程與種子引發(fā)過(guò)程[11]

種子引發(fā)技術(shù)采用物理、化學(xué)或生物處理來(lái)提高種子質(zhì)量，將種子保持在萌發(fā)的第2階段而不完全發(fā)芽，在這個(gè)過(guò)程中，種子內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列的生理生化變化，包括誘導(dǎo)生化、分子和細(xì)胞反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞修復(fù)機(jī)制，如DNA修復(fù)和過(guò)氧化物清除，這些機(jī)制是由核酸和蛋白質(zhì)的合成、三磷酸腺苷（ATP）的產(chǎn)生等介導(dǎo)的，一旦代謝被激活，涉及的酶會(huì)產(chǎn)生聯(lián)合作用，淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等大型儲(chǔ)存物質(zhì)通過(guò)氧化呼吸轉(zhuǎn)化為糖，使其可被運(yùn)輸和利用。Forti

等[12]的研究顯示，水引發(fā)和生物引發(fā)改善了苜蓿種子的發(fā)芽率和生長(zhǎng)發(fā)育，在分子水平上表現(xiàn)為與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的基因OGG1（8-氧代鳥(niǎo)嘌呤DNA糖基化酶）和FPG（甲酰胺嘧啶-DNA糖基化酶）上調(diào)，這表明種子引發(fā)處理有助于修復(fù)DNA損傷，有助于胚胎細(xì)胞重新開(kāi)始細(xì)胞周期發(fā)育和DNA復(fù)制；在引發(fā)2h和4h時(shí)，參與抗氧化反應(yīng)的抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）和超氧化物歧化酶（SOD）基因在水引發(fā)種子中上調(diào)，且APX和SOD基因的表達(dá)更多地受到生物引發(fā)處理（4h水引發(fā)和芽孢桿菌BP1菌株組合）的影響。據(jù)推測(cè)，引發(fā)過(guò)程會(huì)激發(fā)氧化應(yīng)激，從而產(chǎn)生活性氧，過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶的水平在引發(fā)過(guò)程中增加，是響應(yīng)這種應(yīng)激而合成的，可以保護(hù)細(xì)胞免受因自然發(fā)生的脂質(zhì)過(guò)氧化而導(dǎo)致的膜損傷[13]。Hussain等[14]研究發(fā)現(xiàn)，生物引發(fā)種子含有高水平的抗氧化酶，如過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽還原酶、抗壞血酸等，有助于細(xì)胞防御系統(tǒng)的激活。

在水引發(fā)的基礎(chǔ)上，種子生物引發(fā)涉及將有益或有效微生物引入種子和根際環(huán)境，其生理生化表現(xiàn)機(jī)制具體包括：（1）溶解或調(diào)動(dòng)土壤大分子和礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，增加氮的固定，為植物提供養(yǎng)分。（2）誘導(dǎo)產(chǎn)生植物激素。前人研究表明，采用里氏木霉ID11D引發(fā)處理種子可通過(guò)分泌激素或類激素代謝產(chǎn)物（主要是生長(zhǎng)素前體吲哚乙酸或吲哚-3-乙醇）來(lái)誘導(dǎo)植物減少H2O2的含量并促使可溶性蛋白和脯氨酸含量增加[15]。（3）通過(guò)影響植物激素水平、誘導(dǎo)抗氧化酶產(chǎn)量增加、激活應(yīng)激反應(yīng)基因和促進(jìn)代謝調(diào)整提高植物對(duì)抗高鹽、干旱、重金屬毒性和高溫應(yīng)激的能力。例如，在玉米和小麥中施用哈茨木霉已被證明可以提高耐鹽度和耐旱性，并刺激生理和形態(tài)生長(zhǎng)參數(shù)。研究表明，利用解淀粉芽孢桿菌對(duì)水稻種子進(jìn)行生物引發(fā)，可通過(guò)產(chǎn)生生長(zhǎng)素、脫落酸以及調(diào)節(jié)鹽脅迫條件下幾種基因的表達(dá)和生物合成來(lái)提高水稻對(duì)鹽分的耐受性并促進(jìn)生長(zhǎng)[16]。

在Pehlivan等[15]的研究中，里氏木霉ID11D生物引發(fā)后，在50mmol/L和100mmol/L的鹽脅迫下玉米的根干重分別增加了39.82%和33.33%。（4）通過(guò)抑制植物病原體和其他有害微生物來(lái)影響植物健康。有益微生物通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)根際內(nèi)的養(yǎng)分和生態(tài)位或產(chǎn)生拮抗物質(zhì)（如氰化氫、鐵載體、抗生素和抗菌代謝物）和溶解酶（如幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶和蛋白酶），激活防御相關(guān)酶，并誘導(dǎo)植物對(duì)廣譜根和葉部病原體的系統(tǒng)抗性[17-18]。

3 生物引發(fā)的影響因素

3.1 引發(fā)劑 活性 引發(fā)劑的活性直接影響其引發(fā)效果。相關(guān)研究表明，微生物活性在種子早期發(fā)育階段中（例如發(fā)芽和初始幼苗生長(zhǎng)）至關(guān)重要[19]?；钚愿叩囊l(fā)劑能夠更好地與種子天然微生物群落爭(zhēng)奪種子表面的空間，增加繁殖速度。微生物菌劑的濃度 生物引發(fā)劑的濃度直接影響其引發(fā)效果。濃度過(guò)低，種子表面無(wú)法形成有效的生物膜，導(dǎo)致微生物繁殖系數(shù)低、在種子上的定殖效率差等問(wèn)題；濃度過(guò)高的引發(fā)劑可能對(duì)種子有毒害作用，根據(jù)前人的研究結(jié)果，一般認(rèn)為微生物濃度在106～108cfu/mL引發(fā)效果較好。Singh等[9]分別測(cè)試了4個(gè)濃度的棘孢木霉BHU P-1和蒼白桿菌BHU PB-1，結(jié)果顯示棘孢木霉BHU P-1孢子劑量1×107cfu/mL對(duì)種子發(fā)芽最有效，發(fā)芽率最高（91.67%），蒼白桿菌 BHU PB-1細(xì)胞濃度1×108cfu/mL對(duì)引發(fā)最有效，發(fā)芽率最高（98.33%）。柳旭等[20]研究發(fā)現(xiàn)，用菌株BCR5處理扁穗雀麥老化種子的最優(yōu)方法為時(shí)間72h、菌濃度1×107cfu/mL。滲透勢(shì) 通過(guò)有效控制滲透勢(shì)，使種子適度水合而不發(fā)生可見(jiàn)的萌發(fā)，是液體引發(fā)和生物引發(fā)處理的關(guān)鍵。滲透勢(shì)過(guò)低引起吸脹傷害，過(guò)高則影響種子水合作用，滲透勢(shì)參數(shù)因作物種類不同而有所差異。

3.2 引發(fā)時(shí)間和條件

3.2.1 時(shí)間 引發(fā)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)種子的萌發(fā)效果有顯著影響。過(guò)短的引發(fā)時(shí)間可能無(wú)法充分激活種子的生理機(jī)制，而過(guò)長(zhǎng)的引發(fā)時(shí)間則可能導(dǎo)致種子老化或受到吸脹損害。一般情況下，引發(fā)時(shí)間隨微生物種類、菌濃度、溶液滲透勢(shì)以及植物種類而變化。研究表明，引發(fā)時(shí)間會(huì)對(duì)抗氧化酶活性和活性氧產(chǎn)生影響，比如用300μg/mL大蒜水提取物引發(fā)茄子種子4h有積極影響，但長(zhǎng)時(shí)間暴露在相同濃度下會(huì)抑制種子發(fā)芽過(guò)程，并誘導(dǎo)幼苗發(fā)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致丙二醛含量升高[21]。據(jù)報(bào)道，種子生物引發(fā)可提高青蘭種子的萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和精油產(chǎn)量，分別用多粘類芽孢桿菌（Bacillus polymixa）和圓褐固氮菌（Azotobacter chroococcum）進(jìn)行種子引發(fā)，第13天時(shí)，用2類菌種接種10min、20min處理的種子發(fā)芽率分別為21.4%和11.6%、10.2%和1.8%，此時(shí)對(duì)照種子才開(kāi)始發(fā)芽[22]。曲正[23]在油菜種子生物引發(fā)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著引發(fā)時(shí)間的增加，幼苗攜帶SsHADV-1（生防因子）的比率增加，引發(fā)時(shí)間為12h時(shí)幼苗攜帶率最高，為83.33%，顯著高于引發(fā)4h和8h。

3.2.2 溫度 溫度是影響種子萌發(fā)的重要因素之一。適宜的溫度能夠加快種子的新陳代謝速率，促進(jìn)種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)，大多數(shù)種子在15～25℃引發(fā)效果較好。生物引發(fā)處理中，還需要結(jié)合生物菌劑適宜的繁殖溫度適當(dāng)調(diào)節(jié)，過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致種子膜系統(tǒng)和呼吸能力等被破壞，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)芽速度降低，抑制幼苗生長(zhǎng)和發(fā)育，降低對(duì)不利環(huán)境條件的耐受性，增加異常幼苗的比例[24]；而過(guò)低的溫度則可能抑制種子的生理生化反應(yīng)，并且不利于微生物存活。研究證明，隨著引發(fā)溫度的增加，油菜幼苗攜帶SsHADV-1的比率不斷減少，引發(fā)溫度為20℃時(shí)幼苗SsHADV-1檢出率可達(dá)75.0%，顯著高于引發(fā)溫度為26℃的檢出率，但與23℃引發(fā)相比沒(méi)有顯著性差異[23]。

3.2.3 濕度 濕度對(duì)種子的吸水速率和萌發(fā)過(guò)程有重要影響。適宜的濕度條件能夠滿足種子萌發(fā)所需的水分，促進(jìn)種子的正常萌發(fā)，保證種子生物引發(fā)的最終效果。

3.3 種子質(zhì)量和一致性

3.3.1 作物種類和品種 不同作物、不同品種對(duì)生物引發(fā)劑的響應(yīng)程度不同。一般認(rèn)為淀粉含量高的種子吸水能力相較于蛋白質(zhì)含量高的種子弱，高蛋白質(zhì)和高油的親水性有助于種子吸收水分，在溫濕度高的情況下，種子生化反應(yīng)速率加快，種子更容易產(chǎn)生吸脹損傷和劣變[25]。在大豆品種加速老化試驗(yàn)中，在42℃高溫、95%高濕的雙重脅迫下，細(xì)菌處理在品種Atlas中的作用主要是積極的，而在品種Teona中的作用則相反，表明大豆品種Atlas與Teona對(duì)細(xì)菌處理的反應(yīng)不同[19]。采用1×107cfu/mL

哈茨木霉孢子液預(yù)處理增加了玉米在低溫脅迫下的生理參數(shù)和出苗率，提高了根和葉的過(guò)氧化氫酶活性，不耐寒品種KSC703的根和葉的過(guò)氧化氫酶活性高于不耐寒品種AR68[26]。因此，在選擇生物引發(fā)劑時(shí)需要根據(jù)種子的品種特性進(jìn)行選擇和調(diào)整。

3.3.2 種子一致性 種皮的性質(zhì)和種子的大小是影響引發(fā)效果的物理限制因素，與較大的種子相比，較小的種子攜帶的引發(fā)劑較少，形狀一致且大小均勻的種子批，更有助于引發(fā)處理時(shí)提高出苗一致性的效果。

3.3.3 種子活力 高活力種子在引發(fā)后處于更高級(jí)的生理階段，幾乎處于第3階段，引發(fā)過(guò)程控制不好種子更容易變質(zhì)。當(dāng)?shù)突盍ΨN子引發(fā)時(shí)，需要一定時(shí)間來(lái)修復(fù)代謝損傷，然后才能發(fā)芽，引發(fā)處理的效果會(huì)比較明顯。

3.4 引發(fā)后回干和貯藏 為了實(shí)現(xiàn)引發(fā)處理的最大潛力，需要嚴(yán)格控制前面討論的所有因素。在引發(fā)處理后，為了種子的商業(yè)應(yīng)用，回干以及隨后的種子貯藏成為該技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。水分含量的增加可能導(dǎo)致種子呼吸速率增加，從而產(chǎn)生熱量，其保質(zhì)期也隨之縮短。為了便于應(yīng)用，種子應(yīng)在引發(fā)處理后緩慢回干到一定的濕度水平，以供播種前的貯藏。同時(shí)，貯藏的環(huán)境應(yīng)干凈干燥，儲(chǔ)存時(shí)間不宜過(guò)久，不恰當(dāng)?shù)馁A藏條件和持續(xù)時(shí)間可能會(huì)改變引發(fā)效果。

綜上所述，種子生物引發(fā)的影響因素是多方面的，需要在實(shí)踐中根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合考慮和調(diào)整。通過(guò)合理選擇生物引發(fā)劑、優(yōu)化引發(fā)條件、控制貯藏的條件等措施可以有效提高種子生物引發(fā)的最終效果和在生產(chǎn)上的應(yīng)用。

4 種子生物引發(fā)的作用效果

目前，生物技術(shù)工具正被用于補(bǔ)充傳統(tǒng)的作物生產(chǎn)管理，其中將有益微生物和植物的相互作用整合到農(nóng)作物生產(chǎn)計(jì)劃中是提高產(chǎn)量的可持續(xù)解決方案。生物接種劑中使用的有益微生物可分為植物生長(zhǎng)促進(jìn)微生物（PGPM）或生物防治劑（BCA）[27]。PGPM大多分離于土壤、植物根際土壤，少部分為植物內(nèi)生菌。根據(jù)其作用機(jī)制，還可分為固氮?jiǎng)?、磷酸鹽增溶劑、植物刺激劑、植物抗性誘導(dǎo)劑和植物病原體拮抗劑等[28]。如今，生物引發(fā)技術(shù)已在玉米、小麥、大豆、豌豆、茄子、番茄、紅花和向日葵等多種作物中顯示出積極效果，顯著提高了種子發(fā)芽率、幼苗活力、植株生長(zhǎng)量和產(chǎn)量，用生物引發(fā)處理的種子培育出的幼苗通常更健壯，更能抵抗生物脅迫。此外，許多使用各種生物制劑進(jìn)行生物引發(fā)的實(shí)例已顯示出對(duì)多種病原體，如鐮刀菌、黃萎病、炭疽菌、絲核菌和菌核菌的積極影響，一些生長(zhǎng)繁殖快、抗逆性強(qiáng)的菌株，如土壤桿菌（Agrobacterium）、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）和芽孢桿菌（Bacillus）、熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）是目前微生物制劑的研究熱點(diǎn)。

4.1 細(xì)菌生物制劑在種子生物引發(fā)中的應(yīng)用 有益細(xì)菌有兩種類型，一種是共生聯(lián)合的細(xì)菌，另一種是存在于植物根區(qū)附近的自由生活細(xì)菌。從根際分離參與作物生產(chǎn)的細(xì)菌被稱為植物生長(zhǎng)促進(jìn)根際細(xì)菌（PGPR），這些有益細(xì)菌在農(nóng)作物生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。在過(guò)去的幾十年中，人們已鑒定出多種PGPR屬，包括固氮菌屬、芽孢桿菌屬、節(jié)桿菌屬、假單胞菌屬、腸桿菌屬、鏈霉菌屬、伯克霍爾德氏菌屬、克雷伯氏菌屬和沙雷氏菌屬等，并且有研究表明，它們作為生物肥料和生物防治劑可提高不同作物的生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量[29-31]。其中，熒光假單胞菌繁殖速度快，在植物根部適應(yīng)性強(qiáng)，具有抑菌廣譜性，被廣泛應(yīng)用在各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，已成為近年來(lái)研究最多、最具價(jià)值的生防菌[32]。通過(guò)種子生物引發(fā)接種PGPR表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)，其主要作用是提高種子發(fā)芽均勻性，提高養(yǎng)分利用率，通過(guò)誘導(dǎo)防御相關(guān)蛋白、植物激素、抗氧化劑、多酚等的生物合成來(lái)提高植物免疫力[33]，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

據(jù)報(bào)道，用芽孢桿菌、假單胞菌和微桿菌等內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌對(duì)小麥種子進(jìn)行生物引發(fā)，可通過(guò)增強(qiáng)種子發(fā)芽、幼苗活力和鮮重來(lái)改善植物生長(zhǎng)。Miljakovi等[19]利用大豆慢生根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）和巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）對(duì)大豆進(jìn)行生物引發(fā)，芽孢桿菌處理的發(fā)芽率比對(duì)照提高3.5%、根長(zhǎng)增加8.9%、地上部干重增加18.9%、幼苗活力指數(shù)提高12.5%，大豆慢生根瘤菌引發(fā)處理后，發(fā)芽勢(shì)提高3.4%、芽長(zhǎng)增長(zhǎng)8.2%；與對(duì)照相比，兩種細(xì)菌的聯(lián)合處理效果最好，幼苗活力指數(shù)提高48.5%，芽干重增加9.3%，異常幼苗減少2.8%，根干重的最高增幅

為70.2%。用PGPR聯(lián)合體（圓褐固氮菌Azotobacter chroococcum和生脂固氮螺菌Azospirillum lipoferum）進(jìn)行種子生物引發(fā)顯著提高了大麥的干物質(zhì)積累、千粒重（容重）、收獲指數(shù)、生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量[34]。

在某些情況下，即使在鹽脅迫下，種子引發(fā)也能通過(guò)提高α-淀粉酶活性來(lái)調(diào)節(jié)其生理生化狀態(tài)。研究顯示，在室內(nèi)適宜條件下，解淀粉芽孢桿菌SNMB1引發(fā)處理種子能夠提高玉米種子活力，顯著提高種子的SOD活性及吸脹48h的α-淀粉酶活性，增幅分別為53.66%和41.84%；在鹽脅迫下，該處理也顯著提高了吸脹后期種子的α-淀粉酶活性，幼苗生長(zhǎng)第7、14天的根系表面積分別增加了32.46%、9.68%，比水引發(fā)分別增加44.72%、8.48%；在禾谷鐮刀菌侵染脅迫下，SNMB1處理的種子受禾谷鐮刀菌侵染傷害最小，幼苗地上部干重分別比水引發(fā)和無(wú)處理增加了16.48%和12.30%[35]。在增強(qiáng)植物抗逆性方面，據(jù)報(bào)道，銅綠假單胞菌PAR對(duì)氟脅迫下番茄植物的種子萌發(fā)、根長(zhǎng)、莖高、相對(duì)含水量、葉面積等性狀有顯著影響，在銅綠假單胞菌PAR處理的植株中，葉綠素含量增加，丙二醛水平降低，表明光合效率提高，氧化脅迫減輕；在10ml/L、

20ml/L、40ml/L和80ml/L的NaF脅迫條件下，脯氨酸含量比對(duì)照提高了209.25%～302.47%，可溶性糖含量比對(duì)照提高了141.12%～218.87%；同時(shí)，該菌株改變了過(guò)氧化氫酶、抗壞血酸、谷胱甘肽還原酶等抗氧化酶活性，以上均有助于提高幼苗的抗逆性[36]。

此外，種子生物引發(fā)處理具有修復(fù)老化種子的能力，有研究表明，植物根際促生菌BCR5與扁穗雀麥老化種子引發(fā)處理可降低丙二醛含量，一定程度上恢復(fù)種子活力，提高老化種子的發(fā)芽率，并促進(jìn)胚根和胚芽的伸長(zhǎng)[20]。

4.2 真菌生物制劑在種子生物引發(fā)中的應(yīng)用 廣泛的生防真菌、促生長(zhǎng)真菌通過(guò)與植物的相互作用而對(duì)植物生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用，或是增強(qiáng)植物抵抗生物和非生物脅迫的能力，其中木霉屬（Trichoderma）是最常用的生防真菌，因?yàn)槟久咕鷮?duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，菌絲生長(zhǎng)速度較快，能有效與病原菌競(jìng)爭(zhēng)空間和養(yǎng)分，對(duì)植物病原菌（主要是真菌和線蟲(chóng)）具有明顯的拮抗作用。木霉屬通常寄生在根表皮、外皮層和根際，是潛在的植物共生菌，也是重要的生物防治劑，且具有促生長(zhǎng)、強(qiáng)拮抗力、高產(chǎn)多種酶和生態(tài)修復(fù)等作用，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)

域[37]，據(jù)報(bào)道，全球市場(chǎng)上大部分生物農(nóng)藥都是基于木霉配方。

木霉屬真菌對(duì)作物有多方面的促進(jìn)作用，一是對(duì)病害防治有明顯效果，如從魚腥草根際土壤中分離到的鉤狀木霉菌菌株ZQ202104的菌絲體、小分子代謝產(chǎn)物及揮發(fā)性成分對(duì)辣椒炭疽菌和薏苡黑粉菌均具有抑制作用，特別是對(duì)薏苡黑粉菌的生長(zhǎng)抑制效果明顯[38]，將哈茨木霉INAT11應(yīng)用于種子能夠降低黃萎病菌和禾谷鐮孢病的發(fā)生率[39]，并且哈茨木霉不但能有效防治菜豆炭疽病、棉花苗期立枯病，還有促進(jìn)棉花、菜豆生長(zhǎng)發(fā)育的作用[40]。二是對(duì)連作障礙有修復(fù)效果，生物炭與棘孢木霉（Trichoderma asperellum）均對(duì)連作障礙的修復(fù)有一定作用，有研究表明生物炭與棘孢木霉協(xié)同通過(guò)提高黃瓜初花期莖粗、株高、土壤速效鉀養(yǎng)分和盛果期土壤蔗糖酶活性以及黃瓜根腐病的防治效果來(lái)修復(fù)黃瓜的連作障礙[41]。三是促使生物量不同程度地增加，如利用哈茨木霉分生孢子拌施處理擬南芥和煙草種子后植株均出現(xiàn)不同程度生物量的增加[42]。四是提高生長(zhǎng)參數(shù)，采用綠色木霉和叢枝菌根真菌處理洋蔥后不僅能提高洋蔥的鮮重、干重、根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)和葉面積等生長(zhǎng)參數(shù)，還能提高洋蔥葉片的葉綠素、類胡蘿卜素和總色素含量[43]。五是降低逆境脅迫的危害，利用哈茨木霉（Trichoderma harzianum）AK20G菌株作為生物防治劑，接種后可有效降低低溫、高鹽脅迫等不利影響，還能夠促進(jìn)光合作用和生長(zhǎng)速率[44]。六是激活防御系統(tǒng)，哈茨木霉在十字花科植物根部定植和誘導(dǎo)系統(tǒng)防御中起著關(guān)鍵作用，十字花科植物中Thkel1的過(guò)度表達(dá)通過(guò)誘導(dǎo)茉莉酸介導(dǎo)的系統(tǒng)防御來(lái)改善對(duì)病原體的反應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)黑芥子酶活性促進(jìn)根部定植，從而提高植物生產(chǎn)力[45]。有研究表明，用哈茨木霉進(jìn)行種子引發(fā)可觸發(fā)接種霜霉病病原體的葡萄樹(shù)的防御反應(yīng)，最高防病率可在第4天達(dá)82.9%；同時(shí)，防御酶（即苯丙氨酸氨裂解酶、過(guò)氧化物酶和1，3-葡聚糖酶）的活性上調(diào)，木質(zhì)素、胼胝質(zhì)和過(guò)氧化氫的積累在接種后12h開(kāi)始增加，并在接種后24h達(dá)到最高[46]。

5 總結(jié)與展望

健康和高活力的種子是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。盡管使用化學(xué)試劑進(jìn)行種子處理是一種低劑量的農(nóng)藥使用，但如今的種植者正在考慮如何在減少合成化學(xué)產(chǎn)品投入的同時(shí)減輕對(duì)環(huán)境的污染。因此，開(kāi)發(fā)高效、低成本、環(huán)境友好且可持續(xù)的方法來(lái)改善田間和溫室條件下種子的健康和性能是很有必要的。有益微生物可以改善植物的健康和生產(chǎn)力，對(duì)環(huán)境的影響較小，其功效在很大程度上取決于應(yīng)用技術(shù)。種子生物引發(fā)利用有益微生物來(lái)處理種子，在改善種子的生理功能方面表現(xiàn)出巨大的潛力，同時(shí)有可能提供一種安全、無(wú)污染和環(huán)保的疾病控制方式，此外，生物引發(fā)介導(dǎo)的分子和代謝重編程賦予植物抗逆性，改善植物健康、養(yǎng)分利用效率和田間生長(zhǎng)，從而為持續(xù)提高作物產(chǎn)量提供一種創(chuàng)新的作物保護(hù)工具。

盡管生物引發(fā)在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中有著光明的前景，但其在商業(yè)化和農(nóng)民利用等方面仍處于起步階段。種子生物引發(fā)可以將有益微生物輸送到土壤和根際環(huán)境系統(tǒng)，使其定植于作物的新生根系，這也是一種將細(xì)菌應(yīng)用于小種子作物的有效方法。然而，在種子處理和儲(chǔ)存期間保持種子表面的大量微生物是保留種子生物引發(fā)效果的主要限制條件，這關(guān)系著在商業(yè)化條件下微生物的升級(jí)和生產(chǎn)過(guò)程中保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性、有效性和質(zhì)量。因此，實(shí)際應(yīng)用中需要更好地了解微生物、種子和配方成分之間的相互作用，以開(kāi)發(fā)功能性微生物接種劑。

新型種子處理技術(shù)的研究是作物保護(hù)市場(chǎng)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，許多相關(guān)研究單位已基于長(zhǎng)效保質(zhì)期、有效微生物菌株、脅迫下的穩(wěn)定性、應(yīng)用于種子的簡(jiǎn)便性和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性等因素，對(duì)各種作物品種的生物引發(fā)的功效性、可靠性和實(shí)用性進(jìn)行有價(jià)值的改進(jìn)。拜耳、先正達(dá)、巴斯夫、科迪華等全球大型種子、農(nóng)資公司正在大力研發(fā)生物防治劑作為種子處理劑，這些產(chǎn)品也可為防止特定病原體提供相應(yīng)的解決方案。盡管種子生物處理劑目前還無(wú)法取代化學(xué)種子處理劑，但其兼具保護(hù)環(huán)境、保護(hù)植物和促進(jìn)植物生長(zhǎng)等多重優(yōu)勢(shì)，隨著全球?qū)r(nóng)產(chǎn)品安全的重視和對(duì)有機(jī)作物需求的增加，這些產(chǎn)品可能比化學(xué)產(chǎn)品在保護(hù)作物方面還具有生態(tài)優(yōu)勢(shì)，在減少化肥、農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染和降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響方面具有很大的潛力。

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（收稿日期：2024-07-26）