低温条件下生物菌肥对蓖麻生长影响的研究

刘佳琪，关法春，黄凤兰，孟凡娟*

(1.东北林业大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.吉林省农业科学院，吉林 长春 130124；3.内蒙古民族大学 生命科学学院，内蒙古 通辽 028000)

蓖麻Ricinuscommunis为大戟科、蓖麻属1年生或多年生草本植物，在全世界广泛种植，主要分布在热带或温带地区，喜高温，具有较强适应性，是一种有着重要生态及经济价值的能源植物，可用于工、农领域[1-4]。同时蓖麻籽油(蓖麻油)广泛应用于各领域，有“绿色石油”称号，而且蓖麻叶可养蚕，蓖麻杆可造纸，蓖麻根可入药。因此，蓖麻具有广泛的利用与开发价值[5-6]。

蓖麻种植的田间操作较为复杂，使得产量逐渐减少,种植面积也逐渐减少。为有效提高蓖麻产量，大规模使用化学肥料，造成土壤板结、病害加重等诸多问题，而生物肥料可有效减少这些问题的发生，并可以改良作物生长、提高产量[7-8]。作为一种绿色肥料——生物菌肥的使用也越来越广泛，不仅可以省时省力，还具有化学肥料所不具有的优点与功效，是发展农业的理想肥料[9-10]。此外，适宜的温度条件是植物生长的必要条件，低温可使植株生长缓慢，从而严重影响植物生长发育及产量[11]。目前国内外对于蓖麻油的开发利用以及蓖麻毒蛋白方面的研究甚广，而在低温、生物菌肥对植物生长发育方面研究报道相对较少。因此，我们利用东北林业大学实验室开发的生物菌肥，解析其在低温条件下如何改良蓖麻植株生长，也为菌肥在农业生产中的进一步开发利用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

供试材料“通蓖5”由内蒙古自治区蓖麻产业工程技术中心提供。生物菌肥主要成分为芽孢杆菌。采用0.5 g·L-1的生物菌肥，同时以不施加生物菌肥为对照，分别记为对照(CK)和处理(T)，同时在组培室设置两个温度环境：10 ℃(低温)和25 ℃(常温)，每种处理24株，待蓖麻长至2～3片真叶时进行试验，测定不同处理下蓖麻形态及生理指标，每种处理重复3次。

1.2 测定方法

1.2.1 株高与株幅

采用米尺对株高(植物基部至顶端)和株幅(植株最宽幅度)进行测量。

1.2.2 叶片相对含水量

植物叶片收集后立即称其鲜质量(FW)，并放入蒸馏水中称其饱和质量(TW)，最后放入65 ℃烘箱中烘干至恒重后称其干质量(DW)。

1.2.3 叶绿素含量

采用丙酮乙醇提取法，将不同处理蓖麻叶片置于丙酮、乙醇与水的混合液中，避光放置，在紫外可见分光光度计上测量663 nm和645 nm处的吸光度。

1.2.4 叶面积

采用ImageJ软件对蓖麻叶片进行叶面积测量。

1.2.5 酶(CAT、SOD、POD)活性

过氧化氢酶(CAT)活性测定参照紫外吸收法的方法进行[12]。超氧化物歧化酶(SOD)活性测定参照氮蓝四唑法的方法进行[13]。过氧化物酶(POD)活性测定参照愈创木酚法的方法进行[13]。

1.3 数据处理

数据通过Excel运算整理，通过SPSS 19.0 Duncan新复极差法进行单因素方差分析和统计，采用GraphPad Prism 6绘制成图。

2 结果与分析

2.1 生物菌肥对蓖麻株高和株幅的影响

由图1可知：常温条件下，与CK相比，T组蓖麻的株高和株幅均有所提高，分别提高1.3 cm和8.65 cm。同时在低温条件下，T组蓖麻株高与株幅也均有所升高，分别提高0.76 cm和3.25 cm，即常温+菌肥>常温，低温+菌肥>低温，因此生物菌肥可提高蓖麻的株高和株幅。

注：A为常温+菌肥；A1为低温+菌肥；B为常温；B1为低温。下图同。图1 不同处理条件下的蓖麻株高和株幅

2.2 生物菌肥对叶面积、相对含水量和叶绿素影响

与低温条件相比，常温条件下生长的蓖麻叶面积明显增大，增大574.44 mm2。经菌肥处理后的蓖麻叶面积均大于相应对照，同时常温下经生物菌肥处理后的效果比低温处理效果更明显(图2 A)。

图2 不同处理蓖麻叶面积、叶片含水量和叶绿素含量

在常温和低温条件下，CK和T组蓖麻叶片相对含水量无明显变化(图2 B)。在常温和低温条件下，T组蓖麻叶片叶绿素含量均高于相应CK，且低温下菌肥处理效果比常温下处理效果更明显(图2 C)。

2.3 生物菌肥对蓖麻酶活性的影响

从图3可以看出，T与相应CK相比，常温和低温条件下，CAT的活性均有所升高(图3 A)。与常温下相比，低温T组SOD的活性略高于常温T组SOD的活性，常温条件下T组SOD的活性高于CK，而低温下T组SOD的活性与CK相比有所降低，即常温+菌肥>常温，低温+菌肥<低温(图3 B)。但是低温条件下T组POD的活性与CK相比差异不显著，常温下T组POD的活性低于CK，即常温+菌肥<常温，低温+菌肥≈低温(图3 C)。

图3 不同处理下蓖麻叶片的酶变化

3 讨论与结论

本试验对蓖麻幼苗进行生物菌肥处理，通过分析不同温度不同处理蓖麻幼苗的株高、株幅、叶绿素含量、叶片相对含水量、叶面积以及CAT、SOD、POD的变化，为探究生物菌肥对蓖麻植株影响且该影响是否受温度的影响提供了理论依据。

本研究结果表明：添加生物菌肥可影响蓖麻生长，且该影响会受到温度的限制。其中，生物菌肥可以改变蓖麻外形形态、株高、株幅以及叶面积，其中蓖麻株高在两种条件下与相应对照相比均有所提高，同时蓖麻株幅和叶面积也均升高，同时在常温条件下生长的蓖麻植株形态变化更加明显，说明该生物菌肥有效改善了蓖麻植株的生长。植物在低温胁迫下最直观的表现是形态特征的变化及生理生化方面的改变，低温会导致叶绿素合成受阻[14]，而在本试验中生物菌肥可提高蓖麻叶绿素含量，这种变化在低温下表现得更加明显。郭炜[15]研究表明生物肥料可以改善植物的生长性状，同时还可以提高植物的生理指标，该结果与本试验结果一致。POD、SOD、CAT作为植物对逆境进行防御的保护酶，在植物抗低温过程中具有重要作用，且酶活性的影响受温度调控[16-18]。生物菌肥对低温条件下生长的蓖麻植株中酶活性影响较小，但在一定程度上可提高CAT和SOD活性，降低POD活性。说明在施用生物菌肥后可有效缓解低温对蓖麻生长的影响，有助于蓖麻植株抵抗低温。

目前，国内外对蓖麻的研究不断深入，关于低温条件下蓖麻的基因分析表达、种子萌发、转录组分析、生理生化等方面研究报道较多，而生物菌肥对蓖麻影响的研究报道鲜少。微生物菌肥无论是对植物的生长还是对土壤问题以及生态环境问题都是正向的，因此，需要进一步深入研究生物菌肥对蓖麻生长情况的影响。