Streptomyces alfalfae XY25T对植物幼苗抗逆性和根系生长的影响

李开勇，胡丽可，尹雅洁，夏 险，梁运祥，胡远亮，

(1.湖北师范大学 生命科学学院，食用野生植物保育与利用湖北省重点实验室，湖北 黄石 435002；2.广东万之源生物科技有限公司，广东 湛江 524148；3.华中农业大学农业微生物学国家重点实验室，湖北 武汉 430070)

0 引言

辣椒是一种重要的经济作物，连续多年稳居国内蔬菜产量第一。为确保供应，辣椒主要通过设施大棚生产，然而常年连作，施加大量的化肥和农药，导致土壤板结，微生物种类失调，土传病害加重，限制了产业的发展[1]。生物防治主要通过施用菌肥或菌剂，改变根际土壤微生物群落的组成及酸碱度，提高土壤有机质，促进植物对水分、营养物质的吸收，减少病害，促进作物生长[2，3]。它具有成本低、效果佳、二次污染小等优点，近年来，已逐渐成为作物病害防治的主要方法之一，在农业生产中发挥重要作用。

链霉菌是生防微生物的主要来源[4]。链霉菌含有大量编码功能酶系的基因，产生具有固氮、解磷、解钾等作用的多种酶类，提高作物对养分的吸收能力,促进腐殖质的形成[5]。链霉菌还能提高活性氧清除酶蛋白活性，促进酚类物质代谢和黄酮类物质生成，提高柑橘果实抗氧化、抗衰老能力[6]，产生抗菌物质预防植物病害并促进生长[7]。StreptomycesalfalfaeXY25T是一种从紫花苜蓿根际土壤中分离的生防菌株[8]，研究表明该菌株改变了根际土壤微生物结构，减少大白菜根肿病的发生[9]，提高根际土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶等活性，缓解土壤酸化，促进土壤养分释放，对辣椒有增产作用[1]。

植物生长中遭遇干旱、冻害、涝害、盐渍化等逆境的情况时有发生[10]。干旱条件下，植物代谢受损，导致发育不良、生长停滞甚至死亡[11]。此外，根系是植物吸收水分和营养物质的主要器官，对其生长和发育起关键作用。然而，S.alfalfaeXY25T对作物的抗旱性能及根系生长的影响仍然未知。以辣椒和紫云英为研究对象，通过干旱胁迫和种子催芽实验，研究S.alfalfaeXY25T对植物抗逆性和根系生长的影响。研究结果为生防菌株的科学使用及促进作物生长提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 菌株与植物

菌株StreptomycesalfalfaeXY25T(CCTCC AA2015019T)，采用高氏Ι号培养基28℃、培养5 d，用无菌水稀释定容，平板法计数。辣椒种子和紫云英种子由山东瑞克斯旺种子公司提供。

1.2 辣椒幼苗根系抗逆性实验设计

选用珍珠岩∶泥炭土=1∶3作为育苗基质，将基质混合均匀，121℃、20 min灭菌处理。对照组用3个苗盘，即3个重复，每个苗盘所用的基质接种S.alfalfaeXY25T菌液(7.6 × 106CFU·mL-1，10mL)，充分混合均匀，每穴播1颗经预处理的辣椒种子，共播种10颗。对照组用无菌水代替菌液，其他处理方式同处理组。置于光照培养箱，28℃培养，待辣椒幼苗径长7 cm左右，进行持续7 d不浇水的干旱处理。胁迫结束，将所有幼苗取出，测定抗逆性指标，每个重复测3次求平均值。

1.3 抗逆性指标测定

叶片相对含水量(RWC)。用剪刀收集(避开叶脉部分)干旱胁迫后不同处理的辣椒叶片，同组的叶片切碎、混匀，称取1 g(鲜重Wf)，超纯水浸泡15 min，称重(饱和鲜重Wt)。然后进行杀青处理(110℃、4 h)，置于85℃烘干至恒重(Wd)。RWC(%)=(Wf-Wd)/ (Wt-Wd) *100%.

电导率。选取待测叶片，用打孔器(Φ=5 mm)避开叶脉部分取小圆片，放置于50 mL的去离子水中，振荡28℃、2.5 h，采用STARTER 3100C电导仪测定处理电导率(E1)。然后沸水浴 15 min，冷却，测定煮沸电导率(E2)及所用去离子水电导率(E0)。计算公式如下：相对电导率(%)=(E1-E0)/(E2-E0)*100%.

丙二醛(MDA)和根系活力，参照文献方法[12]。

1.4 种子催芽实验设计

将12个垫有滤纸的培养盒，分成4组，每组3个。其中2组为处理组，每盒分别加入S.alfalfaeXY25T菌悬液10 mL，其1组盒播10 颗辣椒种子，另1组播10 颗紫云英种子，3个重复。对照组 2组6盒，用10 mL无菌水代替菌液，其他条件同处理组。将种子置于光照培养箱中，黑暗条件下，28 ℃催芽处理5 d，取出紫云英幼苗。此后进行光照处理，按时添加营养液，第10 d取出辣椒幼苗，采用Epson Expression 10000XL扫描仪采集数据。每个重复采集所有植株数据，求平均值。辣椒根须多而细，不易观察。因此，选择紫云英根系由武汉拜意尔生物科技有限公司制成石蜡切片，在光学显微镜下观察根系细胞变化。

1.5 数据处理

试验所有测定数据采用Microsoft Excel进行处理和绘图，采用邓肯氏新复极差法在SPSS 21.0中进行差异显著性分析，P<0.05为显著差异。

2 结果与分析

2.1 对辣椒幼苗抗逆性的影响

干旱胁迫下，植物细胞因缺水而导致体内各种生理反应变缓，植物生长停滞甚至死亡。叶片相对含水量是研究植物抗逆性的重要指标，它能反映植物体的生理状态，含水量越高，植物抵御逆境、维持正常生理活动的时间越长。如图1A所示，施用S.alfalfaeXY25T辣椒幼苗的叶片相对含水量较高，说明S.alfalfaeXY25T能在干旱条件下缓解植物细胞脱水速度，提高植物的抗旱能力。相对电导率主要衡量植物细胞膜通透性状况，逆境条件下，植物细胞膜功能丧失，细胞内电解质大量外流，从而增大相对电导率。图1B所示，施用S.alfalfaeXY25T辣椒叶片的相对电导率降低67.31%.说明干旱造成了细胞膜的损伤，而该菌剂能缓解干旱逆境对辣椒细胞膜的损害。丙二醛(MDA)为细胞膜脂过氧化反应的产物，是评价植物抗逆性的重要指标。丙二醛含量的高低代表细胞膜脂过氧化程度，其含量越高，细胞膜脂过氧化反应越强，植物抗逆性就越差[13]。从图1C中可以看出，干旱胁迫下，施用S.alfalfaeXY25T显著降低辣椒叶片丙二醛的含量，降幅为34.51%，说明该菌在一定程度上，降低了辣椒叶片膜脂过氧化程度，增强了植物的抗旱性。根系活力是评价根系功能的综合指标，也是指示植物抗性变化的重要依据。根系活力高，植物生长良好，抗逆性强。如图1D所示，干旱逆境下，施用S.alfalfaeXY25T辣椒幼苗的根系活力显著提高48.23%.总之，施用S.alfalfaeXY25T能在一定程度上缓解干旱逆境对植物的伤害，提高植物的抵御能力，如减轻逆境胁迫对植物质膜的损害和增强植物根系活力(图1)。

图1 对辣椒幼苗叶片相对含水量，电导率，丙二醛和根系活力的影响

2.2 对辣椒根系生长的影响

扫描辣椒根系表明，施用S.alfalfaeXY25T辣椒根系形态较粗壮，发育更好(图2)。通过测量辣椒根系生长指标发现，处理组植株的总根长、平均直径、总体积和单位土壤体积的根长，分别显著提高8.96%，15.22%，46.85%和26.77%(图3)。说明S.alfalfaeXY25T显著促进植物根系生长。

图2 施用S. alfalfae XY25T对辣椒幼苗根系的影响 图3 施用S. alfalfae XY25T对辣椒幼苗根系生长指标的影响

2.3 对紫云英根系的影响

经链霉菌催芽的紫云英根系更粗壮，平均直径增大44.76%(图4)。石蜡切片结果表明，处理组紫云英根系细胞增大，尤其是纵切观察，现象更明显，处理组根尖细胞形态完整(图5)。说明S.alfalfaeXY25T能保护根尖细胞不受伤害，从而增强根系发育和营养吸收的功能。

图4 施用S. alfalfae XY25T对紫云英根直径的影响 图5 施用S. alfalfae XY25T对紫云英根尖细胞的影响

3 讨论与结论

植物在生长过程中，经常面临各种逆境的不利影响，提高作物对逆境的适应能力具有重要意义。相对电导率主要衡量细胞膜的通透性变化，逆境胁迫破坏植物细胞膜，从而增大相对电导率[14]。MDA指示细胞膜脂过氧化的程度，逆境下MDA积累会加剧植物损伤[15]。本研究中，施用S.alfalfaeXY25T辣椒叶片的相对电导率和MDA的含量显著降低，说明该菌株可以减少逆境对植物细胞造成的损伤。此外，充足的水分是植物生理活动的必要条件，根系活力反映植物代谢能力的强弱，两者与植株生命强度息息相关[16]。本研究表明，S.alfalfaeXY25T显著提高叶片相对含水量和根系活力，说明该菌株可以帮助维持植株生命活动，提高辣椒的抗旱性能。

农业上利用生防微生物防治作物病害，促进作物生长，取得了一定的成效。研究表明，链霉菌提高土壤中速效钾、速效磷等养分的含量[5,17]，显著促进茄子和圣女果幼苗生长[18]，并提高柑橘[6]、大白菜[9]的抗病性能。本研究通过辣椒和紫云英种子催芽实验发现，施用S.alfalfaeXY25T辣椒幼苗的总根长、平均直径、总体积和单位土壤体积的根长显著提高，紫云英根系细胞生长加快，说明该菌株促进作物根系生长。根系是植物作用于土壤的重要器官，根系健壮，物质合成、养分吸收以及运输能力越强，从而促进作物生长和发育。在植物生长早期，根系的长度和根系活力成正相关[19]，这与干旱条件下，根系活力提高的结果相互印证。但植物根系对干旱非常敏感，在干旱条件下其数量、长度和直径等形态会发生很大变化[20]。根系生长加快可能是S.alfalfaeXY25T促进营养物质吸收和作物生长的主要原因。该菌株可能产生细胞分裂素等活性物质，打破种子的休眠期，刺激根系细胞的横向伸长，从而提高植物营养吸收、物质合成以及抵御外界逆境的能力[21]。

综上所述，干旱条件下，施用S.alfalfaeXY25T缓解叶片水分损失，提高根系活力，通过降低叶片相对电导率和丙二醛含量减少对细胞的伤害，从而提高辣椒幼苗对逆境的适应能力。此外，施用S.alfalfaeXY25T促进辣椒和紫云英幼苗根系生长。本研究为该菌株促进作物生长和在农业上的应用提供理论依据，后续将进一步从代谢产物分离、鉴定和分子水平上，深入研究该菌株提高作物抗逆性和促生长机理，以便在农业上取得更好的应用效果。