链霉菌JD211对水稻根系形态特征和抗性酶活的影响

邵正英，聂 丽，李 张，曾丽清，魏赛金

(江西农业大学 生物科学与工程学院/江西省农业微生物资源开发与利用工程实验室,江西 南昌 330045)

链霉菌JD211对水稻根系形态特征和抗性酶活的影响

邵正英，聂 丽，李 张，曾丽清，魏赛金*

(江西农业大学 生物科学与工程学院/江西省农业微生物资源开发与利用工程实验室,江西 南昌 330045)

【目的】研究链霉菌JD211对水稻根系形态和抗性酶活的影响，为其在水稻旱育秧上的合理利用提供科学依据。【方法】采用施加链霉菌JD211固体菌剂的土壤栽培水稻，测定水稻根系形态指标和主要防御性酶酶活，初步从根系形态和酶学水平上探讨链霉菌JD211对水稻生长和抗性诱导机制。【结果】加入链霉菌JD211菌剂栽培的水稻根系形态指标和抗性酶活均有不同程度的提高。当水稻生长至35 d时，链霉菌JD211接种量1 %处理组较对照组的根数、最长根长、根系体积分别提高了27.53 %、31.74 %、40.00 %。超氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)在秧龄25 d时，与对照组相比，分别提高69.20 %、16.75 %、103.57 %。【结论】适宜浓度的链霉菌JD211对水稻根系生长有促进作用，能诱发其防御性反应，提高水稻抗逆性。

链霉菌JD211; 水稻; 根系形态; 抗性酶

【研究意义】水稻作为人类的主要粮食，它的稳定高产一直是国内外学者研究的热点，但世界人口逐步增长，水稻单产提高速度缓慢，水稻产量难以满足人们需求[1]，提高水稻品质是解决问题的关键之一，微生物制剂现今在农业有广泛应用，它对植物以及根系生长有着多方面的促进作用，不仅可以直接产生激素、维生素等有利物质还可以促进植物对营养物质的吸收[2]。【前人研究进展】韩庆典等人用微生物制剂作用烤烟根系，研究发现微生物制剂促进了根系的生长发育及根系对氮、磷、钾的吸收，提高根系干鲜重[3]。微生物制剂种类繁多，包括细菌、真菌、放线菌等，其中生防放线菌在农业上有着广泛的用途[4]，对植物的生长和诱导植物的抗病性都有一定促进作用[5]，而链霉菌作为抗生素产生主要菌[6]，成为人们研究热点。本实验采用的菌株是链霉菌JD211(Streptomyces JD211)，分离自江西庐山珙桐树枝中，对多种病原菌有抑制作用[7]，许多研究表明生防菌对植物的防御酶活性以及生物量有着很大的促进作用，并发现防御酶活性的改变与植物抗性紧密相关[8-11]，如超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)对于细胞膜脂过氧化作用[12]、过氧化氢的消除以及抑制病原菌的伤害起着很大的作用[13]。张兴梅[14]等人将4种生防菌拌种于大豆生长土壤中，发现生防菌不仅可以提高根系抗性酶活，还在一定程度上促进根系中可溶性糖的积累。【本研究切入点】目前，链霉菌JD211对水稻根系促生作用缺乏系统研究，【拟解决的关键问题】本文通过添加链霉菌JD211固体菌剂，研究其对水稻秧苗根系形态和抗性酶活的影响，旨在为链霉菌JD211在水稻旱育秧上的合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试菌株：链霉菌JD211，由江西农业大学生物科学与工程学院实训基地提供；供试水稻品种：陆两优996；供试土壤：取自实训基地菜园。土壤理化性质：有机质32.58 g/kg、全氮1.756 g/kg、碱解氮109.9 mg/kg、速效磷21.6 mg/kg、速效钾88.5 mg/kg、pH 6.4。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 采用育秧盘(规格：57.5 cm×27.5 cm×2.5 cm)旱育秧。于2015年6月2日将0、2、10、20 g 链霉菌JD211固体菌剂[15]，分别与2 kg 过20目筛菜园土混合均匀装入盘中，分别标记为：CK、0.1 %、0.5 %、1 %，每处理3盘，加水室温下孵育7 d。所有处理于6月9日落谷，落谷量为200粒芽谷/盘。每天定时定量浇灌，保持不见明水的湿度。

图1 链霉菌JD211对水稻根数的影响Fig.1 Effects of Streptomyces JD211 on rice root number

1.2.2 测定指标及方法 于20、25、30、35 d秧龄时每处理取20株测定秧苗根系形态指标(20株秧苗根系的平均值)，包括根数、白根数、最长根长、根系体积(将20株洗净的秧苗根系完全浸入事先装好3 mL清水的5 mL量筒，上升的刻度数即为20株秧苗根系的总体积)。于25、30、35 d秧龄时，取样测定根系的SOD、POD、PPO活性。

SOD的测定采用氮蓝四唑(NBT)光还原法[16]；POD活性的测定参照文献[11]进行，在1 min内470 nm处吸光值每变化0.01为1个酶活单位U；PPO活性的测定参照文献[8]进行，以每5 min内398 nm处吸光值每变化0.01为1个酶活单位U。

2 结果与分析

2.1 链霉菌JD211对水稻根数的影响

由图1可知，施加不同浓度的链霉菌JD211菌剂后，水稻根数均高于对照，在20 d时，各处理的根数有明显的上升趋势，其中接种量1 %根数最多，达到7.9。比对照组高出39.47 %。在随后的15 d内，各处理的根数均在提高，且均高于对照，在水稻秧苗生长至第35天时，0.1 %、0.5 %、1 %处理根数分别为11.55、12.40、11.35，比对照分别提高了29.78 %、39.33 %、27.53 %。链霉菌JD211接种量为0.1 %～1 %有效促进水稻根数的增加。

2.2 链霉菌JD211对水稻最长根长的影响

由图2可知，施加0.1 %、0.5 %链霉菌JD211菌剂的处理组水稻根系最长根长均高于对照，其中水稻秧龄25 d时，接种量为0.1 %、0.5 %处理组的水稻根长分别为9.66、10.83 cm，比对照提高了43.31 %、62.13 %。秧龄为35 d时，与对照相比，0.5 %处理组根长增加了16.02 %，0.1 %处理组增加了4.78 %，结果表明链霉菌JD211浓度为0.1 %～0.5 %均能提高水稻最长根长。

2.3 链霉菌JD211对水稻白根数的影响

如表1所示，随着水稻秧龄的增长，白根数上升，链霉菌JD211接种量为0.1 %处理组水稻白根数在25 d时为8.15，比对照高出18.98 %，此后接种量为0.1 %处理组均高于对照，表明接种量为0.1 %处理组对水稻白根数的生长具有促进作用。

图2 不同接种量对水稻最长根长的影响Fig.2 Effects of Streptomyces JD211 on rice maximum root length

表1 链霉菌JD211对水稻白根数的影响Table 1 Effects of Streptomyces JD211 on white root number of rice

表2 链霉菌JD211对水稻根系体积的影响Table 2 Effects of Streptomyces JD211 on rice root volume

2.4 链霉菌JD211对水稻根系体积的影响

由表2可看出，施加不同浓度链霉菌JD211，随着秧苗生长，根系体积变大，在水稻秧苗生长至25 d时，链霉菌JD211接种量0.1 %、0.5 %、1 %处理组与对照组相比，分别提高了17.65 %、88.24 %、41.18 %，生长至第35天时处理组0.5 %，1 %与对照组相比，分别提高了13.33 %、40.00 %。结果表明施加链霉菌JD211有效提高了水稻根系体积。

2.5 链霉菌JD211对水稻根系抗性酶活的影响

2.5.1 链霉菌JD211对水稻根系SOD的影响 由图3可知，施加菌剂处理组的SOD活性与对照差异显著，水稻生长到第25天，各处理组SOD活性均比对照高，接种量0.1 %的处理组酶活最高，达626.77 U·g-1。当水稻秧龄为30、35 d时，1.0 %处理组酶活最高，且在水稻秧龄为35 d时，1.0 %处理组与对照相比增加了96.74 %。由此可见，施加链霉菌JD211对根系SOD的活性有促进作用，在供试浓度中，1 %处理组效果最为明显。

图中不同小写字母表示经Duncan新复极差法检验差异显著(P<0.05)。下同Different small letters within figure mean by Duncans new multiple range method test significant difference (P < 0.05).The same as below图3 链霉菌JD211对水稻根系超氧化物歧化酶的影响Fig.3 Effects of Streptomyces JD211 on superoxide dismutase of rice root

2.5.2 链霉菌JD211对水稻根系PPO的影响 水稻生长至第25天时接种量0.1 %处理组PPO活性高于对照组，其他处理的PPO活性低于对照，随着时间的延长，各处理组酶活有所变化，水稻生长到第35天时，各个处理组PPO活性与对照组相比略有提高，但差异不显著(图4)，结果表明，施加链霉菌JD211对根系多酚氧化酶略有影响，且低浓度处理组效果较稳定。

2.5.3 链霉菌JD211对水稻根系POD的影响 由图5可知，25 d时各处理水稻幼苗根系的POD活性均高于对照，且与对照相比达显著水平(P<0.05)，0.1 %、0.5 %、1 %处理组较对照分别提高了53.74%、109.34 %、128.56 %。30 d时，接种量0.1 %、0.5 %处理的POD活性分别为8301.33、6510.67 U·g-1，与对照相比分别提高了47.54 %、15.71 %。但35 d时，POD活性随菌剂浓度的升高，而逐渐下降。由此说明，施加链霉菌JD211在30 d前对水稻幼苗根系POD活性提高效果显著。

图4 链霉菌JD211对水稻根系多酚氧化酶的影响Fig.4 Effects of Streptomyces JD211 on polyphenol oxidase of rice root

图5 链霉菌JD211对水稻根系过氧化物酶的影响Fig.5 Effects of Streptomyces JD211 on peroxidase of rice root

3 讨 论

根系是水稻吸收养分的重要器官，水稻最长根长、根数、根系体积、白根数均是反应水稻根系生长的指标，任军[17]研究发现秧苗氮积累量与水稻单株根长、根数和根重呈显著或极显著正相关，张耗[18]等人运用回归分析发现根干重、根长、根直径、根系氧化力、根系总吸收表面积和根系活跃吸收表面积与产量呈极显著线性正相关关系。且良好的根系形态有利于低氮条件下植株的生长[19]，链霉菌JD211对水稻根系最长根长、根数、白根数、根系体积有明显地促进作用，说明链霉菌JD211对水稻根系生长具有促进作用，不同的浓度效果有所差异，0.5 %处理组对根系形态促进作用更为明显。

PPO作为一种含铜的氧化酶，可将酚类物质氧化生成醌，而酚类物质可通过莽草酸途径或乙酸途径产生植保素，植保素在病原菌侵染或紫外线照射等逆境中表达活性会发生改变[20-21]，说明PPO活性与植物的抗逆性有关。陈秦[22]等人对番茄接种对植株有明显促生作用的放线菌剂，发现对番茄根系PPO的活性有所提高，链霉菌JD211对水稻根系PPO有提高作用，但影响效果较小，可能是加入菌剂时间较早，处理时间较长，酶活测定时间偏后期，而PPO的表达活跃时期处于秧苗生长前期，所以该时期的PPO酶活已经开始下降，因而效果不显著。

POD是植物体内重要的活性氧清除剂，与植物抗性有密切联系，而且过氧化物酶也具有催化木质素合成，进一步硬化细胞壁的作用，可以提高对病原菌的防御力。陈伯清[23]等人用木霉HT-O3孢子悬浮液处理番茄幼苗，结果发现，处理后的幼苗根长、根重、株高高于对照，POD活性得到提高。张良[24]等人用长柄木霉与泾阳链霉菌复配处理烟苗发现加入菌剂对多种病原菌有抑制作用，提高了抗性酶如过氧化物酶的活性。本试验中加入链霉菌JD211对水稻根系过氧化物酶活性产生促进作用，说明链霉菌对水稻防御反应产生作用，诱导过氧化物酶酶活提高，对水稻的抗性有一定促进作用。

防御酶系统共同对植物起到一个保护作用，但不同酶活性在表达时间上有所差异，PPO可能在前期起作用，而SOD、POD在后期对水稻起到积极的保护作用。试验结果充分表明链霉菌JD211对水稻根系形成以及抗性酶活性有一定的促进作用。但链霉菌JD211对水稻作用的研究还是仅限酶活水平，为了深入了解链霉菌JD211对水稻的促生机制，今后还应在分子水平上进行深入探讨。

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EffectofStreptomycesJD211onRootMorphologyandResistiveEnzymeActivityofRice

SHAO Zheng-ying,NIE Li,LI Zhang,ZENG Li-qing,WEI Sai-jin*

(College of Biological Science and Engineering/Jiangxi Province Engineering Laboratory for Development and Utilization of Agricultural Microbial Resources,Jiangxi Agricultural University,Jiangxi Nanchang 330045,China)

【Objective】 The effect of Streptomyces JD211 on rice root morphology and resistance enzyme activity were investigated to provide the scientific basis for rational utilization of Streptomyces JD211 in upland rice seedling.【Method】The soil cultivation of rice by the addition of Streptomyces JD211 solid inoculant was conducted,the rice root morphology indexes and main defensive enzymes activities were determined,and In the root morphology and enzyme levels，the mechanism of growth and resistance of rice induced by Streptomyces JD211 was preliminarily discussed.【Result】Adding Streptomyces JD211 inoculant,the rice root morphology index and resistive enzymes activity could be improved in some extent.When the rice was grown up to 35 days,root number,the longest root length and root volume of the 1 % treatment group were increased by 27.53 %,31.74 %,40.00 % than that of control group.Superoxide dismutase (SOD),polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POD) in rice seedling age for 25 days,compared with the control group,were increased by 69.2 %,16.75 % and 103.57 %,respectively.【Conclusion】The suitable concentration of Streptomyces JD211 could promote the growth of rice roots,induce the defensive reaction and improve the resistance of rice.

Streptomyces JD211; Rice; Root morphology; Resistive enzyme

1001-4829(2017)4-0739-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.4.005

2016-05-18

国家自然科学基金项目(31460469，31360450)

邵正英(1993-)，女，江西乐平人，硕士研究生，主要从事微生物研究，E-mail:shaozhengying123@126.com，Tel:0791-183813460，*为通讯作者：魏赛金，教授，主要从事微生物与植物相互作用研究，E-mail:weisaijin@126.com。

Q939.96

A

(责任编辑 陈 虹)