哥斯达黎加链霉菌A-m1促进小麦生长和提高防御酶活性的作用

潘正茂,周瑞,熊梦琴,王志豪,李永丽,陈利军,周洲*

(1.驻马店市农业科学院,河南 驻马店 463000;2. 信阳农林学院 农学院,河南 信阳 464000)

链霉菌(Streptomyces) 是一类重要的农业微生物,研究表明一些链霉菌不仅具有生物防治的作用,而且对植物生长具有促进作用[1-4]。哥斯达黎加链霉菌Streptomycescostaricanus菌株A-m1前期从新疆野苹果枝干中分离得到,发现其具有生防作用,抑菌谱较广、抑菌活性高,具有防治多种作物真菌性病害的应用潜力[5];该菌株对番茄幼苗生长表现出促进作用,全基因组解析了促生作用产生的遗传学基础,菌株A-m1可通过产生生长素、细胞分裂素、铁载体、ACC脱氨酶、植酸酶、磷酸酶、固氮酶等方式实现促生作用,拓展了其可能在调控植物生长方面的应用范围[6]。小麦是重要的粮食作物,生长过程中减少化肥农药的使用具有重大的现实意义[7]。菌株A-m1对小麦是否具有积极调控作用还有待明确。本研究首先测定了该菌株对小麦生长是否具有促生作用,随后分析了参试小麦的生理防御酶活性提高程度,为其在小麦生产中的应用奠定试验基础,为农业生产“两减一增”方针的践行提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 菌株A-m1固体菌肥的制作

哥斯达黎加链霉菌菌株A-m1,由信阳农林学院农学院生物防治实验室分离并保存[5]73。菌株A-m1固态发酵菌肥依据参考文献[6]208制作。

1.2 小麦品种及播种处理

供试小麦品种‘扬麦23’。挑选大小一致、颗粒饱满的小麦种子,提前放在清水中浸泡4 h,在培养皿中上下各放置一层滤纸,加入蒸馏水浸湿滤纸,把种子放在两层滤纸间,置于25℃人工气候箱(上海一恒MGC-250P)。设置(25 ± 1)℃、相对湿度(60 ± 5)%,每天及时补充蒸馏水保持滤纸湿润。黑暗条件下催芽,露白后播种。2021年11月初试验以盆栽方式进行,取园土去除其中的石子和草根,每盆装土2 kg,处理组每盆土加入菌株A-m1固体菌肥80 g,对照添加等量无菌固体基质,设6次重复。每个花盆放入20颗刚刚露白的小麦种子,覆土深度1 cm,适时浇水保持基质湿润,置于室外正常培养。

1.3 菌株A-m1固体菌肥对小麦幼苗促生作用分析

小麦播种16 d时测量地上部株高、植株根长、叶绿素含量(SPAD值)、整株鲜质量、整株干质量、根干质量以及茎基直径。株高和根长利用刻度尺测量,叶绿素含量使用叶绿素仪TYS-4N(北京,中科维禾科技公司)测量植株第一片叶的叶绿素,幼苗用自来水冲洗去除根部土壤并晾干后,用电子天平称量,茎杆直径用游标卡尺测量幼苗紧挨地表的直径。测量株高,并使用叶绿素测定仪检测底数第2片叶片的叶绿素含量及氮含量。在每组处理和对照中各随机选择三盆,将里面的小麦幼苗用自来水冲洗干净,晾干水分后,用电子天平称量植株的整株鲜质量、烘干后的整株干质量和根干质量,并测量其根长。

1.4 小麦幼苗防御酶活性及丙二醛含量测定

在小麦生长的第45 d,剪取幼苗叶片0.5 g,液氮冷冻下磨碎成粉,依据文献[8]中方法加入磷酸缓冲液,于4℃、10000 rpm/min离心15 min,获得上清粗酶液。测定小麦相关酶活性,过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法进行测定[9],过氧化氢酶(CAT)采用紫外吸收法进行测定[10],多酚氧化酶(PPO)采用邻苯二酚法[10]121进行测定,苯丙氨酸解氨酶(PAL)测定采用苯丙氨酸比色法进行测定[10]123;丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法进行测定[11]。

1.5 数据分析

用软件SPSS 23.0 对数据进行单因素方差分析,用邓肯(Duncan)方法进行样本间差异显著性分析,用Microsoft Excel 2010 软件作图表。

2 结果与分析

2.1 菌株A-m1固体菌肥对小麦幼苗生长指标的影响

小麦发芽后16 d后统计幼苗生长指标,结果见图1。与对照组相比,A-m1固体菌肥处理对小麦苗株高(图1-a)和根长(图1-b)没有产生显著的促生作用,但茎基直径(图1-c)、整株鲜质量(图1-d)、整株干质量(图1-e)、根干重(图1-f)、茎叶干重(图1-g)、叶绿素含量SPAD值(图1-h)以及叶片氮含量(图1-i)等指标均表现出显著的促生作用(P<0.05)。A-m1固体菌肥处理组幼苗茎基直径增加了12.8%,整株鲜质量增加了60.7%,整株干质量增加了50%,茎叶干质量增加了40%,根干质量增加了34.2%,叶绿素含量SPAD数值增加了20.8%,氮含量增加了9.9%。

2.2 菌株A-m1固体菌肥对小麦幼苗御酶活性及丙二醛含量的影响

小麦生长的第45 d,测定分析小麦幼苗过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性,结果见图2。与对照组相比,A-m1固体菌肥处理组4种防御酶的活性均显著提高(P<0.05),POD(图2-a)、CAT(图2-b)、PAL(图2-c)和PPO(图2-d)活性分别增加了20.9%、35.1%、29.8%和39.9%;丙二醛(MDA)含量(图2-e)没有显著差异。

3 结论与讨论

本研究以哥斯达黎加链霉菌菌株A-m1为材料,测定了小麦幼苗的生长指标及其防御酶活性和丙二醛的含量,结果表明菌株A-m1固体菌肥液既能促进小麦的生长,同时也增强了幼苗的CAT、POD、PAL和PPO等防御酶活性,对提高小麦抗病具有积极作用。

链霉菌是一类重要的农业微生物资源,许多研究报道了链霉菌对植物的促生作用和病害的防治作用,在小麦上也有一些成功的应用案例。如:娄彻氏链霉菌(Streptomycesrochei)ZZ-9菌株灌根处理小麦幼苗后,对小麦幼苗生长具有明显的促生作用,以发酵液原液促生效果最明显,株高和根长增幅最大,PPO和PAL活性显著增强,叶绿素质量浓度较对照增加56.53%(P<0.05);MDA质量摩尔浓度较对照降低了53.62%(P<0.05)[12]。娄彻氏链霉菌(Streptomycesroche,D74)和密旋链霉菌(Streptomycesparturn,Actl2)的研究也发现,这2株链霉菌对小麦幼苗株高、根长、鲜重、干重均有显著的促生作用,并能提高小麦的诱导抗性[13]。黄赭色链霉菌(Streptomycessilaceus)SN16菌剂优化了生物稳定性,通过对其载体、保护剂和分散剂等助剂的用量确定最佳配方[14],盆栽实验结果表明施用1%浓度的菌剂对小麦幼苗的株高、株鲜重和株干重分别提高了9.85%、57.90%、66.67%,均达到了显著水平(P<0.05);但对根长的促生作用未达到显著水平(P>0.05)[14]。哥斯达黎加链霉菌是一种重要的链霉菌,本文是首次关于哥斯达黎加链霉菌对小麦具有促生和提高诱导抗性的报道,与之前报道的链霉菌菌株促生防病效果有类似之处,为其在调控小麦促生防病方面的应用奠定了基础。

关于哥斯达黎加链霉菌的研究,之前报道了抑菌活性产物分离纯化[15],鉴定其抗菌活性成分为放线菌素D[16]、放线菌素XOβ和制霉色基素(fungichromin)[17];具有降解半纤维素[18-19]的能力;并对其生产的制霉色基素的生物合成基因簇进行分析鉴定[20]。哥斯达黎加链霉菌促进植物生长的研究较少,仅有对高羊茅(Festucaarundinacea)、万寿菊(Tagetespatula)[21]和番茄(Solanumlycopersicum)[6]209表现出生物量促生的报道。且已报道的哥斯达黎加链霉菌菌株来多自源于土壤和海洋环境,本研究中所使用的菌株A-m1是从新疆野苹果枝干中分离获得的内生菌,其在来源上有一定创新,对植物安全无害[5]78,理论上与植物更加亲和,本次试验中对小麦也实际表现出良好的促生和提高防御酶活性的作用,未来有望应用于小麦生长抗病栽培调控。本研究进一步拓展了哥斯达黎加链霉菌菌株A-m1可应用的范围,为其在植物防病促生方面的开发应用奠定了基础。