光合细菌促进黄瓜幼苗生长作用的研究

邵 双, 崔心栋

(沈阳化工大学环境与生物工程学院,辽宁沈阳 110142)

光合细菌促进黄瓜幼苗生长作用的研究

邵 双, 崔心栋

(沈阳化工大学环境与生物工程学院,辽宁沈阳 110142)

采用光合细菌中的泥生绿菌 (Chlorobium lim icola)菌株Ⅰ-2和沼泽红假单胞菌 (Rhodopseudom onas palustris)菌株Ⅳ-3,分别以 107个/mL、108个/mL及 109个/mL三种浓度菌悬液根灌处理黄瓜幼苗,考查光合细菌对黄瓜的促生效果.研究结果表明,菌株Ⅳ-3在以 108个/mL浓度处理黄瓜时,可使幼苗株高增高、茎粗增粗、增加鲜质量干质量、提高叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,促进生长效果显著,是最佳处理菌株的浓度;Ⅳ-3在以 107个/mL浓度处理黄瓜时有相同趋势,只是促进效果次之;Ⅰ-2以 109个/mL浓度处理黄瓜时,幼苗的株高、茎粗、鲜质量干质量均显著增加.

光合细菌; 黄瓜幼苗; 光合作用; 生长

在现代农业生产体系中,施用以氮、磷、钾为主体的化学肥料对作物增产起了决定性作用,而长期过量施用化肥引起的土壤肥力下降、土壤板结、环境污染等问题已经引起世界范围内的广泛重视,发展生物肥料 (Bio-Fertilizer)是实现环保型生态农业的重要措施之一[1].近十多年以来,国内外都在加紧开展基于各种功能微生物菌肥的研究[2].微生物肥料按其作用机理可分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌类肥料、解钾菌类肥料等[3],光合细菌是一类含有细菌叶绿素和多种类胡罗卜素等光合色素而进行光合作用的原核微生物,是固氮菌中非常重要的一类.它具有固碳、固氮、脱氮等独特的生理特性,在自然界碳、氢、硫等元素的物质循环中起着重要作用.同时,相较于其他固氮生物资源,光合细菌可利用最经济、最广泛的太阳能为固氮能源,成本低廉[4].日本、美国、德国早在 20世纪 70年代就着手光合细菌的研究,近年来的研究表明,一些活性菌株还含有抗病毒物质和生长激素,甚至菌体分泌的胞外组分对固氮根瘤细菌也有刺激作用,能显著提高其固氮活性[5].目前,光合细菌已广泛用于农业、畜牧业、水产养殖业、环境保护以及医药工业,尤其在提高农作物和家畜的产量和品质方面效果显著[6].本研究旨在探究光合细菌对黄瓜幼苗的促生效果,以期为新型生物肥料的研制奠定基础.

1 材料与方法

1.1 材料

实验采用 2种光合细菌菌株,分别为泥生绿菌 (Chlorobium l im icola)Ⅰ-2和沼泽红假单胞菌(Rhodopseudom onas palustris)Ⅳ-3,由沈阳化工大学环境与生物工程学院分离、富集、筛选而得;黄瓜品种为天津密刺.对照叶面肥为北京曹氏天正生物技术开发中心监制的“顶花卖瓜”黄瓜专用肥,B+Zn+Mg≥10%.

1.2 实验方法

分别将菌株Ⅰ-2和Ⅳ-3配制成107个/mL、108个/mL、109个/mL三种浓度的菌液,在黄瓜幼苗 2片真叶期、4片真叶期和 6片真叶期根灌,以清水和上述黄瓜叶面肥为对照,每个处理10株,随机区组设计,重复 3次.最后一次处理 2周后,每个处理选取 3株代表性植株分别测定其形态指标 (株高,茎粗,湿质量,干质量)和生理指标 (叶片叶绿素和类胡萝卜素的含量),株高通过皮尺测量;茎粗用游标卡尺测量;叶面积的测定是将叶片复印在标准纸上,用秤质量法计算;取黄瓜幼苗期整株地上部分,电子天平称鲜质量,然后烘干称干质量.叶绿素和类胡萝卜素含量的测定分别采用分光光度法[7]和色谱法[8].样本多重比较采用 SSR法.

2 结果与分析

2.1 光合细菌对黄瓜幼苗株高茎粗的影响

光合细菌对黄瓜幼苗株高茎粗的影响见表1.从表 1可以看出,灌溉 3种浓度的Ⅰ-2和Ⅳ-3的光合细菌菌液都可以显著增加黄瓜幼苗的株高,而且除Ⅳ-3(109个/mL)处理外,均达到了极显著水平 (P<0.01),增高的效果并未随着菌液浓度的增大而增强,各处理间以 Ⅳ-3(107个/ mL)和Ⅳ-3(108个/mL)增高幅度最大,极显著的高于其他处理(P<0.01).增高幅度其次的是Ⅰ-2(107个/mL)和Ⅰ-2(109个 /mL).与清水对照相比,各处理菌液均能显著增加黄瓜幼苗的茎粗,增粗的效果显示出随着菌液浓度的增大而增加,其中以Ⅰ-2(108个 /mL)和Ⅰ-2(109个/mL)最为有效,达到极显著水平 (P<0.01).黄瓜幼苗的徒长现象很常见,即株高较高,而茎粗较细,幼苗纤弱、生长势弱,不利于后期生长和抗病.表1中的Ⅳ-3(107个/mL)和Ⅳ-3(108个/mL)处理就似乎呈现出徒长的态势,株高增加幅度很大,而茎粗增加相对较小,但究竟是徒长还是菌液的作用偏重于株高,还要考察其他指标.而Ⅰ-2 (108个 /mL)和Ⅰ-2(109个/mL)两个处理的黄瓜幼苗茎粗和株高协同增加.

表 1 光合细菌对黄瓜幼苗株高茎粗的影响Table 1 Effect of photosynthetic bacteria on the plant height and stem diameter of cucumber seedlings

2.2 光合细菌对黄瓜幼苗鲜质量干质量的影响

光合细菌对黄瓜幼苗鲜质量干质量的影响见表 2.从表 2可以看出,除Ⅳ-3(109个 /mL)外,其他光合细菌菌液处理均能显著增加黄瓜幼苗的鲜质量,其中又以Ⅰ-2(109个/mL)、Ⅳ-3 (108个 /mL)和Ⅳ-3(107个 /mL)处理极显著地高于其他处理(P<0.01),这三个处理也显著增加黄瓜幼苗的干质量,Ⅳ-3(108个/mL)和Ⅳ-3 (107个 /mL)达到极显著水平 (P<0.01).鲜质量和干质量能衡量植株同化作用、物质积累的能力,从表 2可知,Ⅳ-3(108个 /mL)、Ⅳ-3(107个/ mL)和Ⅰ-2(109个/mL)三个处理效果好.Ⅰ-2 (107个 /mL)和Ⅳ-3(109个/mL)处理极显著地降低了黄瓜幼苗的干质量(P<0.01).

表 2 光合细菌对黄瓜幼苗鲜质量干质量的影响Table 2 Effect of photosynthetic bacteria on the wetweight and dryweight of cucumber seedlings

2.3 光合细菌对黄瓜幼苗叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

光合细菌对黄瓜幼苗叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响见表 3.从表 3可以看出,Ⅳ-3 (108个/mL)、Ⅰ-2(107个/mL)、Ⅰ-2(108个 / mL)和Ⅳ-3(107个/mL)四个处理能极显著提高黄瓜幼苗叶片叶绿素含量 (P<0.01),而Ⅳ-3 (108个/mL)又显著高于其他处理;Ⅳ-3(108个 /mL)、Ⅰ-2(108个/mL)和Ⅳ-3(107个 /mL)能极显著提高类胡萝卜素含量 (P<0.01).叶绿素和类胡萝卜素是光合色素,能体现植株光合作用的强弱,色素含量高,光合作用强.由此可说明,Ⅳ-3(108个 /mL)、Ⅰ-2(108个/mL)和Ⅳ-3 (107个 /mL)能明显提高黄瓜幼苗光合作用.

表 3 光合细菌对黄瓜幼苗叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响Table 3 Effect of photosynthetic bacteria on content of chlorophyll and carotin in leaves of cucumber seedlings

3 讨论与结论

光合细菌是一类特殊的微生物菌群,不但具有光合作用、生物固氮、分解硫化物及各种胺类的能力,还可以增进土壤肥力,改善植物的营养条件.实验研究表明,沼泽红假单胞菌 (Rhodopseudom onas palustris)菌株 Ⅳ-3在以 108个 /mL浓度处理黄瓜时,可使幼苗株高增高、茎粗增粗、增加鲜质量干质量、提高叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,促进生长效果显著,是最佳处理菌株和浓度;Ⅳ-3在以 107个/mL浓度处理黄瓜时有相同趋势,只是促进效果次之;泥生绿菌 (Chlorobi-um lim icola)Ⅰ-2在以 109个 /mL浓度处理黄瓜时,幼苗的形态指标如株高、茎粗、鲜质量干质量均有非常明显的增加,也可作为深入实验的参考.由此说明光合细菌确实具有促进植株生长、提高光合作用的效果.

研究中还发现,Ⅳ-3(109个/mL)处理黄瓜,除茎粗外,其他各项指标很低,且有多项指标显著低于清水对照,提示光合细菌作为外源微生物,应用在植物上时存在二者是否相宜问题,尤其在高浓度处理时更易出现不适应,而植物和微生物的这种互作作用[9]会因微生物种类和浓度不同而呈现差异,因此也说明微生物筛选和梯度浓度处理是必要的.另外,为增进光合细菌促进黄瓜生长的效果,可以考虑与其他固氮菌或解磷菌、解钾菌配合使用,制作成混合菌肥,以达到减少化肥、有机肥用量的目的.

[1] 李星洪.生物复合肥的今天和明天[J].百科知识,1994(8):26-27.

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[7] 吴志旭,张雅燕.叶绿素 a测定方法的改进及最优提取时间探讨[J].甘肃环境研究与监测,2000,16 (2):21-23.

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Effect of Photosynthetic Bacteria on the Growth of Cucumber Seedlings

SHAO Shuang, CU I Xin-dong
(Shenyang U niversity of Chem ical Technology,Shenyang110142,China)

The stim ulation effect of photosynthetic bacteria on the grow th of cucum ber seedlings was studied by w atering the root using Chlorobium l im icolaⅠ-2and Rhodopseudom onas palustrisⅣ-3.The results show ed that Chlorobium lim icola and Rhodopseudomonas palustris notably increased w et w eight and dry w eight as w ell as the plant height and stem diam eter of cucum ber seedlings at the concentration of 108cell/mL and109cell/mL,respectively.Furtherm ore,the contents of chlorophyll and carotin extracting from leaves of cucum ber seedlings w ere m arkedly increased,because the bacteria concentration w ould enhance plant photosynthesis.

photosynthetic bacteria; cucum ber seedlings; photosynthesis; grow th

Q939.96

A

1004-4639(2010)03-0215-04

2009-10-23

邵双(1975-),女,辽宁庄河人,教授,博士,主要从事农业微生物工程方面的研究.