5株解钾菌解钾能力和抗旱效应的比较

冯晓英，周桂雄,吴庆珊,方 正，王玉倩,牛晓娟,翁庆北

(贵州师范大学 生命科学学院,贵州 贵阳 550001)

钾是植物生长发育所必需的营养元素，含量占干物质质量的0.3%～5.0%，是40多种酶的辅助因子，能促进植物进行光合作用，维持细胞膨压，增强植物的抗逆性[1-2]。植物生长所需的钾元素主要靠根系从土壤吸收。土壤中钾以无效、缓效和有效3种形态存在，其中，无效态钾存在于矿物(岩石)，如钾长石和云母中，释放比较缓慢，大部分土壤中能被植物直接吸收利用的有效态钾很少，再加上长期种植高产作物和使用大量配施比例不合理的肥料使土壤中的速效钾减少，土壤表现出缺钾症状[3]。硅酸盐细菌又称解钾菌，是从土壤中分离出来的可分化硅铝酸盐和磷灰石类矿物的细菌，能作为微生物肥料。解钾菌能分解钾长石、磷灰石等不溶硅铝酸盐的无机矿物质，施用解钾菌可以将土壤中难溶性的钾溶解出来，增加土壤中钾元素的来源[4-5]。另外，施入解钾菌还可以活化作物根际土壤微生态环境，提高酶活性，促进作物生长发育，达到提高产量、改善品质的效果[6-8]。

本研究首先对前期从金钗石斛(DendrobiumnobileLindl.)分离得到的5株内生菌进行解钾能力测试，然后分别将5株内生菌的发酵液接种到玉米幼苗，并模拟干旱，在不同干旱处理时期，测定玉米株高、叶片中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性及丙二醛(MDA)含量，并与清水处理进行比较，旨在探索接种内生菌对提高玉米抗旱性的作用及其生理机制，以期为适合干旱地区的生物肥开发提供依据。

1 材料和方法

1.1 解钾菌解钾能力的测定

1.1.1 菌种的来源 解钾菌LG1、LG8、WG33、WG36、WG40均为贵州师范大学生命科学学院从金钗石斛中分离得到的内生细菌[9]。

1.1.2 培养基 LB培养基：蛋白胨10.0 g、酵母膏5.0 g、NaCl 10.0 g、蒸馏水1 000 mL，pH值7.0。

筛选培养基：NaH2PO42.0 g、FeCl30.05 g、MgSO4·7 H2O 0.2 g、葡萄糖10.0 g、CaCO30.1 g、钾长石粉1.00 g(去离子水5次清洗)、琼脂20.00 g、去离子水1 000 mL，pH 值7.0～7.5。

解钾活性培养基：CaCO30.50 g、葡萄糖20.00 g、Na2HPO42.00 g、NaCl 0.10 g、MgSO4·7H2O 0.50 g、(NH4)2SO41.00 g、酵母膏0.50 g，pH值7.2～7.5，加蒸馏水至1 000 mL。

1.1.3 菌种活化 将保存的解钾菌接种到LB培养基，37 ℃、160 r/min摇床振荡培养过夜。

1.1.4 解钾能力测试 取解钾活性培养基100 mL装于含有1 g钾长石粉的250 mL三角瓶中，接入菌种，28 ℃、160 r/min摇床培养7 d；取培养液1 000 r/min离心10 min，去粗渣；取去粗渣培养液10 mL，8 000 r/min离心10 min；釆用火焰分光光度计法测定上清液中可溶性钾含量。每组3个平行，对照(CK)组不加菌。

1.2 解钾菌对玉米的抗旱效应测试

试验设置6个处理，处理1至处理5分别用解钾菌LG1、LG8、WG33、WG36、WG40发酵液浇灌，处理6作为对照(CK)用清水浇灌，每个处理重复3次。

将长势一致的三叶期玉米苗，移栽于装有相同质量土壤的盆内，每盆栽5株，移栽当天用含有解钾菌的发酵液或相同体积的蒸馏水(对照)浇透，之后停止浇水，模拟干旱。

在停止浇灌后的第 0、7、14、21、28 天，测定玉米幼苗的株高(用皮尺测定)，采集玉米叶用硫代巴比妥酸法测定MDA含量、用氮蓝四唑(NBT)法测定SOD活性和用愈创木酚法测定POD活性。

1.3 数据处理

使用 Excel、SPSS软件对试验结果进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 解钾菌的解钾能力比较

将菌种分别接种到以钾长石粉作为唯一钾源的解钾活性培养基中，培养7 d后分别测定发酵上清液中可溶性钾含量。结果表明(图1)，这5株菌均表现出了一定的解钾能力，能够分解钾长石粉，释放出可溶性钾供植物吸收利用。未接菌的对照上清液可溶性钾含量为5.18 mg/L，可能为高温灭菌过程中少数不溶性磷、钾被溶解，以及难溶性磷、钾难以被充分洗涤所致。接种解钾菌后，发酵上清液中可溶性钾含量显著高于对照，含量为6.34～7.73 mg/L，菌株LG1、WG33、WG36和WG40的解钾能力较强，发酵上清液可溶性钾含量较对照增加了43.05%～49.22%，LG8的可溶性钾含量略低，但较对照也增加了22.39%。5种解钾菌的解钾能力大小顺序为WG33>LG1>WG40>WG36>LG8。

不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments(P<0.05)图1 解钾菌发酵上清液中可溶性钾的含量Fig.1 The soluble potassium content in the fermentation supernatant of potassium-solubilizing bacteria

2.2 模拟干旱条件下解钾菌对玉米幼苗株高的影响

在模拟干旱条件下，研究5株解钾菌(LG1、LG8、WG33、WG36和WG40)对玉米幼苗株高的影响。从表1可以看出，干旱条件下未接种解钾菌的玉米幼苗生长非常缓慢，第28 天时株高仅增长了0.34 cm，而接种了解钾菌后，株高均明显增加，株高增加量为2.47～4.46 cm，其中，接种解钾菌WG36的玉米幼苗，第28天时株高达13.56 cm，增加量(4.46 cm)是对照玉米幼苗增加量的13.12倍。

表1 模拟干旱条件下不同解钾菌对玉米幼苗株高的影响Tab.1 Effects of different potassium-solubilizing bacteria on the plant height of maize seedling under simulated drought condition cm

2.3 模拟干旱条件下解钾菌对玉米抗旱指标的影响

2.3.1 玉米幼苗内MDA含量 植物器官在衰老或逆境胁迫时，会发生膜脂过氧化作用，MDA是终产物之一，其含量越高，植物的抗逆性越弱[10]。从图2可知，在模拟干旱条件下玉米幼苗内MDA含量随着干旱处理时间增加而增加。对照的玉米幼苗内MDA含量在干旱处理28 d时达到了48.10 μmol/g。而接种了解钾菌的玉米幼苗内MDA含量虽然也随着干旱处理时间的增加而增加，但与对照相比，其MDA含量均明显低很多。尤其是接种解钾菌WG40的玉米幼苗，其MDA含量在28 d时为33.11 μmol/g，比对照低14.99 μmol/g，这表明玉米幼苗的抗旱性得到了增强。

图2 模拟干旱条件下不同解钾菌对玉米幼苗MDA含量的影响Fig.2 The effects of different potassium-solubilizing bacteria on MDA content of maize seedling under simulated drought condition

2.3.2 玉米幼苗内SOD活性 SOD是生物体内清除自由基的首要物质，干旱条件下，植物体内SOD活性越高，其抗旱能力越强[11]。从图3可知，随着干旱处理时间的增加，SOD活性表现为先增加后降低。干旱处理14 d后，对照玉米幼苗内SOD活性急剧降低，而接种了解钾菌的玉米幼苗内SOD活性则会增加，并在21 d左右再次达到一个高峰。从图中可以看出，接种了WG36的玉米幼苗内SOD活性在21 d时最高，为381 U/g。在干旱处理28 d时，对照玉米幼苗内SOD活性为143 U/g，而接种解钾菌的玉米幼苗内SOD活性均明显高于对照。

图3 模拟干旱条件下不同解钾菌对玉米幼苗SOD活性的影响Fig.3 The effects of different potassium-solubilizing bacteria on SOD activity of maize seedling under simulated drought condition

2.3.3 玉米幼苗内POD活性 POD酶广泛存在于植物体中，与呼吸作用、光合作用等都有关系。在干旱条件下，POD活性越高，说明植物耐旱的能力越强[12]。图4所示的是模拟干旱条件下，接种了不同解钾菌后的玉米幼苗内POD活性的变化情况。从图4可以看出，随着干旱处理时间的延长，POD活性呈现先升高后下降的趋势。在干旱处理14 d时达最高，并且接种解钾菌的玉米幼苗内POD 活性均高于对照。在干旱处理的第28天，对照玉米幼苗内POD活性为37 U/(g·min)，而接种解钾菌WG40、WG36、WG33的玉米幼苗内POD活性较对照均有所增加，其中，接种WG40的玉米幼苗内POD活性较对照增加了18.92%。

图4 模拟干旱条件下不同解钾菌对玉米幼苗POD活性的影响Fig.4 The effects of different potassium-solubilizing bacteria on POD activity of maize seedling under simulated drought condition

3 结论与讨论

解钾菌能够将存在于土壤矿物中的无效态钾解离活化，提高土壤钾的有效性，进而促进植物生长、达到提高作物产量和品质的目的。万兵兵等[13]研究表明，接种解钾菌和解磷菌，可以提高烤烟土壤有效磷、有效钾的含量。张礼等[14]研究表明，细茎石斛内生菌具有解钾能力，能增加植物对钾的吸收，促进石斛的生长。马娜等[15]研究表明，解钾菌可以促进土壤养分转化，提高马铃薯产量，改善其品质。在本研究中，用钾长石为唯一钾源的培养基，培养5种解钾菌，结果显示，上清液中可溶性钾含量均明显高于对照，说明5种解钾菌都可以解离活化钾长石中的矿物钾。

大量研究表明，钾元素可以提高植物的抗旱性[16-17]，同时也有报道表明，接种解钾菌一定程度上也能增强植物的抗旱能力[18-19]。高阳等[20]研究结果表明，在干旱胁迫下，接种金钗石斛内生菌可促进玉米种子的萌发。本研究所用的LG1、LG8、WG33、WG36、WG40 5株解钾菌，是从金钗石斛中分离得到的内生菌，通过解钾能力测试，都具有一定的解钾能力，其中菌株WG33表现的解钾能力最强。将5种解钾菌接种到玉米幼苗，并对其进行干旱处理，结果显示，干旱处理28 d后，均能促进玉米幼苗株高的增加，与前人的研究结果一致[21]。接种5株解钾菌同时可降低玉米幼苗MDA的含量，在一定程度上可以降低干旱对玉米细胞膜的破坏，同时玉米幼苗SOD、POD活性得到一定提高，降低活性氧对玉米幼苗的伤害，提高玉米幼苗的抗旱能力。