黄瓜根际促生菌的促生效应与防病作用

饶毅萍

（汕头职业技术学院，广东汕头，515041）

黄瓜根际促生菌的促生效应与防病作用

饶毅萍

（汕头职业技术学院，广东汕头，515041）

对黄瓜植物根际促生菌（PGPR）菌株的分离筛选、分类鉴定以及人们对其促生防病作用的应用和防病机制的研究现状进行了综述，以期为新型PGPR制剂的进一步研制、开发和应用提供参考。

黄瓜 植物根际促生菌（PGPR） 分离筛选 分类鉴定 促生防病作用

植物根际促生菌 （Plant Growth-promoting rhizobacteria，PGPR）是指植物根际的一类能直接或间接地对植物生长起促进作用，能够抑制多种植物病害的有益细菌。自从1978年Burr等人首先在马铃薯上报导PGPR以来，国内外已发现包括荧光假单孢菌、芽孢杆菌、根瘤菌、沙雷氏属等20多个种属的根际微生物具有防病促生的潜能。最多的是假单胞菌属 （Pseudomonas），其次是芽胞杆菌属（Bacillus）、农杆菌属（Agrobacterium）、埃文氏菌属（Eriwinia）、黄杆菌属（Flavobacterium）、巴斯德氏菌属（Pasteuria）、沙雷氏菌 （Serratia）、肠杆菌（Enterobacter）等[1]。人们相继报道了它们对马铃薯、甜菜、大豆、油菜、玉米、水稻、小麦、黄瓜等农作物的促生防病作用。本文综合叙述了PGPR对黄瓜的作用及其机制。

1 黄瓜PGPR菌株的分离和筛选

研究当中的PGPR菌株，一般都是通过如下的步骤来获得[2～3]。

采集种植蔬菜的老熟菜地的表层土，播种黄瓜种子，培育黄瓜幼苗。待子叶完全展开时，拔出黄瓜苗，抖落根上松散的附着土，将苗自根茎处剪断。将根置于灭菌的0.2%的水琼脂液中，在摇床中振荡，得到根际土壤悬浮液。稀释后涂于KMB培养基中，置于28℃恒温箱中培养24 h，后挑取不同类型典型单个菌落，经KMB平板纯化，标记编号。此时得到的仅是黄瓜幼苗根际细菌。

接下来进行促生菌的筛选。将消毒后的黄瓜种子浸泡于分离纯化后的各细菌悬浮液中2 h，再在培养箱中进行培养。与经灭菌水处理的黄瓜种子作对比，3 d后测量根长、下胚轴长等。由于黄瓜种子细菌化后进行培养，大多数种子的萌发受到抑制，或表现出与对照差异不大。其中对种子、根、下胚轴生长有促进作用的，初步认为它们具有促生活性。接下来用盆栽试验进一步验证。将初选效果好的细菌悬浮液处理的黄瓜种子，播于经高压湿热灭菌菜园土中，对照用无菌水处理。然后在培养箱中培养，定期观察出苗率、生长势、存活苗数情况。出苗2周后取材，测定植株鲜质量、干质量和含水量，并比较。筛选出对生长有明显促进作用的菌株，进一步进行田间试验，可获得黄瓜根际促生菌株。

表1 CH1与CH2对黄瓜生长影响[6]

表2 CH1与CH2对黄瓜幼苗组织中叶绿素、蛋白质、可溶性糖和VC含量的影响[6] mg/g

可进一步进行促生菌的防病检验。采用平皿对峙法，将上述筛选获得的PGPR菌株与引起黄瓜猝倒病与枯萎病的瓜果腐霉（Pythiumaphanidermatum）、尖孢镰刀菌 （Fusarium oxysporumf.sp．Cucumerinum）进行拮抗试验。如进行盆栽试验，则将长满瓜果腐霉菌和镰刀菌菌丝的麸皮培养基与灭菌土以1∶20的比例充分混匀后撒入种植有黄瓜苗的小钵中，置于培养箱中培养，25 d后观察并记录成苗率、生长与发病情况，根据结果筛选出促生防病菌株。

2 黄瓜PGPR菌株的分类鉴定

筛选出来的PGPR菌株的分类鉴定，传统做法主要是根据表型特征和一般的生理生化特性。表型特征鉴定是根据斜面菌苔特征、平板菌落特征及显微镜下的染色图像，再参考一般细菌的鉴定手册等来进行。此法由于缺乏足够的细节资料而很难将细菌准确鉴定至种。而利用生理生化特性[4]（温度、pH值、所利用碳源、所产生色素、溶磷作用、固氮作用等）鉴定虽能较好地解决这一点，但由于所测试项目甚多，要求试验室内大量的工作，因而相当费时费力。

陈晓斌等[5]利用美国BIOLOG公司生产的Microstation TM微孔板鉴定系统 （简称BIOLOG系统)，则能对菌株的重要生理生化反应作快速鉴定，从而较好的解决根际促生菌的分类鉴定问题。利用BIOLOG系统，当接种纯培养的细菌悬液时，其中一些孔中的营养物质被利用，使孔中的氧化反应指示剂四氮唑紫呈现出不同程度的紫色，从而构成该种细菌的特有代谢指纹，经相应的仪器记录，结果输入BIOLOG配套软件，与标准菌种的数据库比较后，该菌株的分类地位便被确定出来。该方法具有快速、简便、高效、准确的特点。只要菌种库资料充分，对细菌的鉴定一般可以精确至种。

3 PGPR对黄瓜生长的影响及其原因探讨

梁建根等[6]对于PGPR对黄瓜的促生效应作了较多的试验研究。他们以分离筛选鉴定后的促生菌短芽孢杆菌CH1（Brevibacillus brevis）和枯草芽孢杆菌CH2（Bacillus subtilis）为材料，以无菌水为对照，分别研究了CH1和CH2对黄瓜种子萌发情况，黄瓜幼苗的出苗时间、植株高度、鲜质量、干质量、根长和子叶大小情况的影响（表1）。继而又取黄瓜幼苗的根部和叶部组织测定了超氧阴离子产生速率、H2O2含量、丙二醛（MDA）含量、叶片叶绿素含量、蛋白质含量、可溶性糖含量，VC含量（表2），进行分析讨论。

黄瓜种子经CH1与CH2处理后发芽率分别为96.0%和93.3%，与对照72.7%相比差异达显著水平。进一步结合表1的试验结果，可见CH1与CH2对黄瓜具有显著的促生活性。

从表2来看，植物促生细菌CH1与CH2处理黄瓜后，与黄瓜品质相关的生理指标表明，CH1与CH2处理显著地提高了黄瓜根部与叶部蛋白质、可溶性糖和VC含量以及叶部叶绿素含量。研究者推测，植物促生细菌可能是通过不同程度地提高蛋白质、可溶性糖、VC和叶绿素含量，从而间接影响黄瓜的生长与品质。

经CH1与CH2处理后，黄瓜根部与叶部中超氧阴离子产生速率均比对照极显著降低。根部与叶部的H2O2和丙二醛（MDA）含量均显著低于对照。根据这2个生理指标对植物的效应，研究者认为植物促生细菌CH1与CH2可能是通过降低黄瓜组织内活性氧的含量来减少脂质过氧化产物MDA含量的积累，消除MDA对黄瓜组织的伤害，从而增强黄瓜的抗逆性与适应性，促进黄瓜的生长。辛树权等[7]也持相同观点。

4 PGPR对黄瓜的防病作用

许多的研究表明，PGPR对多种顽固性土传病害（小麦全蚀病、马铃薯软腐病、棉苗猝倒病、作物青枯病等）能有效地进行防治[2]。对黄瓜而言，主要的土传病害是由病原真菌腐霉属的不同致病种（Pythiumspp．）引起的黄瓜猝倒病和由枯萎病菌（Fusariumspp．）不同致病种引起的枯萎病[3]。众多研究者[2～3，8～10]通过平皿拮抗试验、盆栽试验和田间试验得出，PGPR对黄瓜猝倒病和枯萎病能发挥显著的防治作用。并进一步通过测定一些生理生化指标来推测PGPR防病作用的原因。

大量的研究表明，参与植物体内多种生理代谢过程的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）等系列保护酶，与植物的防卫反应及抗病性密切相关，通常用作衡量植物体内防卫反应的重要指标[8]。梁建根等[8]研究表明，黄瓜经 CH1（Brevibacillus brevis） 处理并同时接种腐霉菌（Pythium aphanidermatum）后，处理根部与未处理叶部组织中SOD，POD，CAT，PPO和PAL活性都明显高于其他处理。处理后28 d，猝倒病相对防效高达78.64%。推测促生菌CH1使黄瓜产生的诱导抗性是其防病的主要原因。而CH1诱导的黄瓜对猝倒病抗性可能与上述酶的活性的提高有一定的相关性。黄瓜可能通过提高这些酶活性，从而增强了黄瓜抵御病原菌侵入、蔓延的能力。梁建根等[9]研究了促生菌CH1和猝倒病菌瓜果腐霉接种黄瓜对其根部组织酚类物质代谢的影响。结果表明，经CH1诱导处理黄瓜根部组织后，苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）活性都明显高于未经CH1处理的。同时，经CH1处理的植株根部阿魏酸、绿原酸、木质素、总酚和类黄酮含量都高于未经CH1处理的。从而推测，CH1通过提高黄瓜植株体内酚类物质代谢的酶活性来激发酚类物质的积累，诱导黄瓜对猝倒病产生抗性。

人们不仅得出了PGPR有促生和防病的作用这一结论，研究了单一促生菌的促生防病效果，而且还进一步研究了多种促生菌混合施用后的生态效应。张昕等[10]将2个对黄瓜枯萎病菌（Fusarium axysporumf.sp.cucumerinum）有抑制作用，并能明显促进黄瓜生长的菌株ZJY-1（Brevibacillus brevis）和ZJY-116（Bacillus subtilis）与一株毒死蜱（杀虫剂）降解菌DSP3（Alcaligenes faecali）按照不同组合处理黄瓜种子，以研究多功能菌群在环境中发挥生态效应的可行性。结果表明，3个细菌菌株互相之间不产生拮抗。ZJY-1，ZJY-116与DSP3按不同组合混合后，对黄瓜的防病促生作用均不受影响。但ZJY-1和ZJY-116混合施用后也没有累加效应。从黄瓜根围土中毒死蜱含量检测分析发现，DSP3与这2株细菌混和施用后其降解率与单独施用相比没有明显差异，且DSP3+ZJY-116的组合表现出更强的降解趋势（残留量最低，效果最佳）。试验证明，不同功能的菌株混合施用后可以发挥其生态效应。大多数的研究表明混配制剂提高了生物防治的效果，但前提是混配菌株间表现为亲和性[3]。

5 PGPR的促生防病机制

人们通过大量的试验研究证明，PGPR促生作用与防病作用具有一致性。黄晓东等[11～12]认为PGPR通过以下的直接作用促进作物的生长：①分泌有机酸溶解磷并使之有效化；②自生固氮；③通过嗜铁素增加植物铁营养；④产生植物激素（如生长素、细胞激动素和赤霉素等）；⑤调节植物体内乙烯。另一方面，PGPR通过防治作物的病害，以间接作用途径促进作物的生长：①产生抗生素抑制植物病原微生物；②清除植物根围可供病原菌利用的铁；③诱导激活植物自身抗御机能；④合成抗真菌代谢物；⑤与病原微生物争夺根围生存空间。其他众多的相关报道也大多集中在以上这些方面。

由于PGPR具有改良土壤、改善作物品质、减少化肥和农药使用量、降低植物病害、提高作物产量等作用 ，因此，其自身及与菌根真菌的协同作用在农林牧业、食品安全、环境保护等方面具有重大应用潜力和价值[13]。如今，人们对PGPR的研究重点主要集中在如何改善PGPR定殖能力、作用机理、适应性、应用的合理剂量、与杀虫剂、除草剂、杀线虫剂配合施用等一系列应用基础研究上。微生物制剂由单一功能向多功能发展（如肥药合一），与矿质元素或有机养分的合理复合等，也是当前一个研究和发展趋势。

[1]胡江春，薛德林，马成新，等.植物根际促生菌（PGPR）的研究与应用前景[J].应用生态学报，2004，15（10）：1963-1966.

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Disease Prevention and Growth Promoting Effect of Growth-promoting Rhizosphere in Cucumber

RAO Yiping
(Shantou Vocational and Technical College,Shantou,Guangdong 515041)

At present,the development,exploiture and the application of the new PGPR are one hotspot directions of microorganism development.The isolation,screen,classfication,identification as well as the achivements were reviewed in disease prevention of cucumber PGPR strain were reviewed.

Cucumber;Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR);Isolation selection;Calssification;Identification; Disease prevention

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.004

饶毅萍（1974-），女，讲师，主要从事微生物学和植物学的教学和研究工作，电话：0754-88879307,13682989659。E-mail：szyryp＠163.com

2009-02-12