含ACC脱氨酶的植物根际促生菌对重瓣百合生长及生理特性的影响

刘 婕，徐 俊，张 颖，李文祥，刘 松，黄美娟，黄海泉,2

(1.西南林业大学园林园艺学院，昆明 650224；2.西南林业大学园林园艺花卉研发中心，昆明 650224)

【研究意义】百合(Liliumsp.)隶属百合科百合属植物，在国内外花卉市场中占有举足轻重的地位[1]。东方百合为最畅销的鲜切花之一，产值常年位列鲜切花中第二位[2]。近年来从国外引进的东方型重瓣百合系列，因其具有花瓣多、花型美观和无花粉的特点，在市场上深受消费者喜爱，种植规模逐年增加[3]，但是在栽培过程中为了提高其产量及品质，需要使用化肥农药，易出现土壤污染、病原菌抗药性增加等问题，对人类的健康及生存环境构成极大的威胁[4]。因此，在降低生产成本及环境污染的同时，如何提高其产量及优等品率，成为研究的新热点。【前人研究进展】植物根际促生菌(PGPR) 属于存在于植物根际的土壤之中，会对植物的生长起到直接或者间接作用的细菌，具有促进植物生长、延缓植物衰老和增强抗逆性等优点[5-8]，尤其是具有ACC脱氨酶的PGPR便是直接促生作用的重要体现，可以调节植物内源乙烯的水平，刺激植物根的生长，缓解其对植物的伤害并改善植物生长[9-10]。Penrose等[11]研究发现，具有ACC脱氨酶的PGPR能够利用存在于萌发时期的油菜种子渗出液中的ACC，从而达到降低植物体内的乙烯水平，促进植物根系生长的作用；Hontzeas等[12]研究表明，经过含有ACC脱氨酶的PGPR处理之后，植物体内的乙烯含量明显降低，提高了植物的抗逆性，并且可以诱导植物根的伸长与增殖，对其生长起到促进作用；王倩倩等[13]研究发现，经含ACC脱氨酶的PGPR处理过的高粱种子，在众多指标上均表现出促生效果，促进了植株根部营养的吸收，提高高粱的抗盐性和种子的萌发力；贺字典等[14]研究表明，含ACC脱氨酶的PGPR可以有效防治黄瓜细菌性茎软腐病菌，且对病害的防治作用有很大一部分原因取决于其产生 ACC 脱氨酶活性的高低。【本研究切入点】目前，国内外尚无将含ACC脱氨酶的PGPR菌株应用于东方型重瓣百合‘Double Surprise’栽培中的研究。本文以东方型重瓣百合‘Double Surprise’为材料，探讨含ACC脱氨酶的PGPR菌株对重瓣百合生长及生理特性的影响。【拟解决的关键问题】本研究有望筛选出对东方型重瓣百合‘Double Surprise’具有促进作用的优良菌株，整理归纳形态以及生理指标之间的相关性，为进一步提高重瓣百合的质量及优等品率、实现百合的环境友好型生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从百合、香石竹、蔷薇、月季种植的土壤及根系中筛选获得9株菌株，均是含ACC脱氨酶活性的PGPR菌株(表1)；东方型重瓣百合‘Double Surprise’(周径16～18 cm)。采购于云南神州克劳沃园艺有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 菌悬液制备 将分离筛选出的含ACC脱氨酶的PGPR菌株取100 μL菌液加入50 mL TSB液体培养基中，混匀后振荡培养24 h(28 ℃、200 r/min)，于4 ℃，8000 r/min离心15 min，收集菌体，弃上清液，用纯水摇匀制成OD600为0.5的处理液。

1.2.2 试验设计 选取规格一致、没有病虫害的种球，先用高锰酸钾溶液进行浸泡消毒，于西南林业大学日光温室树木园内进行种植试验，栽培基质为m(泥炭)∶m(红土)∶m(珍珠岩)∶m(黄沙)=4∶3∶2∶1，栽培塑料盆规格为19 cm × 17 cm，百合生根后将处理液施入花盆，试验组50 mL/盆，无菌水作对照(CK)，每个处理2盆，每盆2球，重复3次，生长条件为日光大棚，之后对百合进行常规水肥管理。

分别对株高、茎粗、花径、种球鲜重、种球周径及种球根长等指标进行测定并记录；并于不同时期对叶绿素相对含量、POD、SOD等相关指标进行测定。

表1 菌株编号和筛选植物品种名称

表2 不同处理对重瓣百合生长的影响

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2019软件进行制图，采用SPSS 22软件进行相关统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对重瓣百合生长的影响

从表2可以看出，含ACC脱氨酶的PGPR菌株对重瓣百合‘Double Surprise’的株高、茎粗、叶面积、花苞数、花期等均有促进作用。G俏W6菌株对株高促进效果最佳，比对照高13.12%，达到显著差异(P<0.05)；M萨W11菌株对茎粗促进效果最佳，比对照高3.66%，达到显著差异(P<0.05)；F菌株对增加叶面积、延长单朵花期和整株花期效果最佳，分别比对照高57.17%、16.19%、11.45%，均达到显著差异(P<0.05)；SN-2菌株对增加花苞数效果最佳，比对照高19.06%，达到显著差异(P<0.05)。从表3可以看出，不同菌株对于所测量的3个种球指标均有促进作用。G卡Wa菌株对种球直径促进效果最佳，比对照长23.01%，达到显著差异(P<0.05)；XG菌株对种球重量促进效果最佳，比对照高74.23%，达到显著差异(P<0.05)；B菌株对种球主根长促进效果最佳，比对照长6.49%。说明含ACC脱氨酶的PGPR菌株对重瓣百合‘Double Surprise’的生长发育有促进作用，选择合适的菌株可以明显提高其品质及优等品率。

2.2 不同处理对重瓣百合叶绿素相对含量的影响

从图1可知，‘Double Surprise’叶绿素相对含量总体呈先上升后下降的趋势。现蕾前，F菌株值最高，比对照高8.44%；现蕾时，各菌株均比对照低；花苞上色和开花时期均为G俏W6菌株值最高，分别比对照高8.08%、5.69%；花谢后，各菌株均比对照低，可见含ACC脱氨酶的不同PGPR菌株对‘Double Surprise’的叶绿素相对含量存在一定的促进与抑制作用。综上所述，G俏W6菌株对‘Double Surpris’叶绿素相对含量促进效果最佳。

2.3 不同处理对重瓣百合乙烯的影响

从图2可知，‘Double Surprise’ 30 s乙烯释放量在各菌株间存在一定的差异。各菌株均比对照低，F菌株最低，比对照低72.24%，达到显著差异；H菌株次之，比对照低59.94%，达到显著差异。综上可知，含ACC脱氨酶的不同PGPR菌株对‘Double Surprise’ 30 s乙烯释放量均有抑制作用，F菌株效果最佳，H菌株次之。

表3 不同处理对重瓣百合种球的影响

图1 不同处理对重瓣百合叶绿素相对含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on relative chlorophyll content of double-flower lily

图2 不同处理对重瓣百合乙烯的影响Fig.2 Effects of different treatments on ethylene of double-flower lily

图3 不同处理对重瓣百合SOD活性的影响Fig.3 Effects of different treatments on SOD activity of double-flower lily

2.4 不同处理对重瓣百合氧化酶活性的影响

从图3可以看出，各菌株的SOD活性变化分为2种，G俏W6、M萨W11和SN-2菌株呈现先升高后下降的趋势，其余菌株呈现先下降后升高的趋势。现蕾前，H菌株的SOD活性最高；现蕾时，G俏W6菌株的SOD活性最高；开花时和花谢后，均为G卡Wa菌株SOD活性最高。

从图4可以看出，各菌株的POD活性均呈现波动上升趋势，开花后快速上升，其中G卡Wa菌株的上升幅度最大，H菌株次之。

SOD和POD都是与植物抗性相关的重要酶类，SOD和POD活性的提高有利于消除植物体内的自由基对膜的伤害。综合比较来看，G卡Wa菌株对提高SOD和POD活性效果最佳，H菌株次之。

图4 不同处理对重瓣百合POD活性的影响Fig.4 Effects of different treatments on POD activity of double-flower lily

图5 不同处理对重瓣百合MDA含量的影响Fig.5 Effects of different treatments on MDA content of double-flower lily

2.5 不同处理对重瓣百合MDA含量的影响

从图5可以看出，各菌株MDA含量均呈先下降后上升的趋势。现蕾前，各菌株均高于对照；现蕾时，各菌株MDA含量均明显下降，表明，现蕾时，营养生长旺盛需要吸取大量水分和养分，使得膜损伤情况有所缓解，其中BG菌株最低，B次之；开花后，植物开始衰老，各菌株均呈现上升趋势；花谢后，各菌株均低于对照组，XG菌株最低，F菌株次之。综上可知，含ACC脱氨酶的PGPR菌株对重瓣百合‘Double Surprise’MDA含量降低有促进作用，其中XG菌株效果最佳，F菌株次之。

2.6 不同处理对重瓣百合各项生长指标的相关性分析

从表4可以看出，含ACC脱氨酶的PGPR菌株处理下，重瓣百合‘Double Surprise’的种球重量与株高呈显著负相关，与单朵花期和整株花期呈极显著负相关；乙烯与叶面积呈极显著负相关；整株花期与单朵花期呈极显著正相关。综上可知，株高越高、花期越长，种球重量越小；叶面积越大，乙烯释放量越大。

3 讨 论

含ACC脱氨酶的PGPR菌株不仅能有效促进植物生长，而且在逆境条件下(重金属污染、干旱、洪涝、高盐等)能大大提高植物的抗逆性[14-17]，同时减少施肥对于耕地和地下水源的污染，有利于进一步改善百合的种植技术，形成百合栽培的新形式。本研究通过在‘Double Surprise’栽植过程中施入不同品种含ACC脱氨酶的PGPR菌株，发现其对‘Double Surprise’生长和生理特性的影响存在一定差异性，表明所使用的单一菌株不能对百合提供全面的促进作用，今后可以考虑筛选多菌株混合使用，或某一菌株针对百合特定时期使用，从而使含ACC脱氨酶的PGPR菌株可以更有效的对百合产生促进作用，同时也对鲜切花保鲜剂的种类和使用时期有了新的探索方向。综合比较来看，F菌株对‘Double Surprise’的促生效果最好，既能延长花期、减少乙烯释放量，又能较好的提高切花品质，这可能与F菌株分离于百合有关，同时也说明含ACC脱氨酶的PGPR在‘Double Surprise’栽培方面有较佳的应用前景。

含ACC脱氨酶的PGPR菌株对‘Double Surprise’的株高、茎粗、花苞数、花期等方面均有一定促进作用，这与庞晨琦等[18]处理东方百合、袁辉林等[19]处理桉树结果一致，这可能是因为PGPR定殖于植物根系，优先占领根际，促进植株从根部吸收营养，产生IAA以及ACC脱氨酶，从而调节植物体内乙烯的含量，延缓植株衰老，提高植物抗逆性[20]。乙烯作为一种重要的植物激素，参与调节植物的生长发育过程，起到重要的信号调节作用，环境胁迫会引起乙烯的增加，是植物对环境的一种生理应激反应[21]。本研究表明，含ACC脱氨酶的PGPR菌株均可以明显降低重瓣百合‘Double Surprise’乙烯的释放量，从而延长‘Double Surprise’花期，延缓其衰老过程，提高品质和优等品率。

表4 各项生长指标的相关性分析

SOD和POD均是抗氧化酶系统清除活性氧的主要酶，SOD是清除自由基的关键酶，减少活性氧和植物大分子物质发生氧化作用对植物起到的伤害，提高植物的抗性，缓解植物衰老过程；POD可以起到协助作用，也是检测植物抗性的重要指标[22]。本研究表明G卡Wa菌株对提高SOD和POD活性效果最佳，可以有效提高SOD和POD活性，这与梁建根等[23]处理黄瓜结果一致。当植物衰老或者受到胁迫时，会促使MDA含量的升高，所以观察MDA含量的变化过程，可以从一定程度上反映出植物的生长发育状况[24]。本研究表明，含ACC脱氨酶的PGPR菌株处理‘Double Surprise’均可以明显降低MDA含量，这与王丹等[25]处理小麦、武冲等[26]处理短枝木麻黄结果一致。但试验中各菌株变化的趋势表现和活性高峰不一致，可能是含ACC脱氨酶的PGPR菌株是从不同植物根际中筛选出的，导致运用在重瓣百合‘Double Surprise’植株上所表现出的抗逆信号和调节作用在强度和时间上表达有差异，引起此现象的原因有待进一步研究。

4 结 论

利用含ACC脱氨酶的不同PGPR菌株处理重瓣百合‘Double Surprise’，对其生长和生理指标进行分析总结。结果表明合适的菌株可以有效促进其株高、茎粗、花苞、种球的生长，提高叶绿素相对含量，延长花期，提高重瓣百合‘Double Surprise’的品质和优等品率，其中F菌株对重瓣百合‘Double Surprise’的促生效果最佳。本研究结果为环境友好型百合栽培技术的推广及应用提供了一定的基础数据和理论依据。