玫瑰色考克氏菌SDB9对玉米农艺性状的影响研究

屈香香，刘 畅，相微微，马 跃，王建武

(榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000)

20世纪80年代-90年代初，植物内生菌的概念被人们提出，认为它可以定殖在健康的植物组织内部，并与植物本身进行和谐共处[1-2]。植物根际促生菌(Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR)被定义为生活在植物根圈微域内有益根际细菌的统称，对病原菌有拮抗作用或可促进植物生长,其作用机制主要有:固氮、解钾、溶磷、溶铁、释放挥发性物质、分泌植物激素等，还可增强植物抵御生物胁迫如病原菌、害虫等，以及非生物胁迫如干旱、重金属、盐害等[3]。根据内生菌与宿主植物的亲和关系，植物根际促生菌可分为专一性和非专一性内生菌[4]。通过试验了解宿主植物和植物内生细菌之间的关系，植物内生细菌对标靶植物产生积极效应有着举足轻重的作用。

研究发现，在实际生产试验中，植物内生细菌通过与标靶作物互作不仅可以增强植物的自身耐受性，还可以提高自身对有害物质如重金属类的吸收。为了达到控制植物病害发生的目的，植物内生有益菌可产生抗生素类物质直接抑制病原菌生长，或者与病原菌竞争营养物质和生态位[5-6]。植物内生菌产生的代谢物可促进植物生长发育，提高植物抗逆境的能力，并且部分内生菌往往带有耐高盐、抗重金属特性，这有利于改良盐碱地，保护环境，保障农业生产[7-8]。因此，研究植物内生细菌已成为当今热点。

玉米是重要的饲料作物和粮食作物，在世界上种植面积仅次于水稻和小麦。在榆林地区，玉米一直处于农业生产的主导地位，主要分布毛乌素沙地边缘。但是玉米分布区的沙土保水保肥效果差，再加上气候、地理环境等因素的干扰，迫切需要新的解决办法来实现玉米的稳定高产。

目前，针对榆林地区玉米增产问题，除了育种之外还有改良栽培技术。相关研究表明粉垄技术具有蓄水保墒作用同时可提高作物产量[9-10]，以及使用节水灌溉措施(全膜双垄沟栽培技术)降低玉米植株蒸腾率，保障根部及土壤水分充足[11]。在榆林，虽然地理条件对玉米生长的条件极为苛刻，但是风沙地区拥有丰富的沙生植物。通过探究沙生植物根部的内生菌，发现其具有促进植物生长的潜能，可有效提高种子的萌发率。国内有关沙生植物的内生细菌与农作物互作的相关研究甚少，剡涛哲等[12]发现在盐胁迫条件下通过接种Xbc-9和Hbc-6与玉米互作能明显促进玉米正常含水量、干旱胁迫条件下的生长以及增加植株的生物量，同时发现Xbc-9和Hbc-6改变了玉米根际土壤菌群的结构，提高了菌群的丰度和多样性。利用植物生物刺激剂来增加作物产量和加强植株耐受性越来越受欢迎，人们发现玉米内生细菌增强玉米植株抗逆性[13]。

因此我们选用从沙地柏根部分离提纯的内生细菌(玫瑰色考克氏菌SDB9)，通过与玉米(陕单636)互作后，探究其在不施肥条件下SDB9对玉米生长效果，在玉米抽雄期后测定SOD、CAT、POD的活性、MDA及脯氨酸含量，以及待完熟期测定植株不同部位氮、磷、钾含量，同时在田间收集土样测定土壤中的氮、磷、钾含量，对比相同逆境条件下，施加考克氏菌(SDB9)对玉米生长状况的影响，旨在明确考克氏菌(SDB9)对玉米生长状况及产量改善效果。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年在陕西省治沙研究所实验林场进行，该试验区位于榆林市榆阳区北源大道红石峡生态公园附近(38°19′49″ N, 109°42′42″E)，该区域属干旱半干旱大陆性季风气候，蒸发量1900 mm，年日照时数2900 h，年总辐射606.7×107 J/m2，年均气温8.6℃，≥10℃积温 3000～3300℃，无霜期 167天。该区域光照充沛，地势平坦，便于灌溉，土壤为风沙土，为撂荒地。

1.2 试验材料

参试玉米为陕单636，购自陕西大地种业(集团)有限公司。

供试菌株为沙地柏内生考克氏菌(Kocuria rosea SDB9)，由本实验室分离并保存[14]。

1.3 试验方法

1.3.1试验设计

选择大小一致且颗粒饱满的包衣玉米种子，根据随机区组设计，设2个处理，3次重复。每个小区面积为20 m2，小区长6.7 m，宽3 m，每个小区设5行，每行种26株，单株留苗，密度为4335株/亩，四周设4行保护行。待玉米长至三叶期后，分别用浓度为1×106-107 CFU/mL的SDB9菌液和等量的清水浇灌幼苗。除了不施肥，其余管理方法与传统方法一致。

1.3.2测定项目与方法

(1)生理指标的测定:

根据事故现场事故车侧滑印痕起始处及其东侧的路面上未见碰撞散落物的现象分析，由此可以说明：事故过程中事故车未与其他车辆发生过碰撞接触(如图3、4所示)。

在玉米抽雄期后，在试验及对照两组果穗茎节处取得鲜叶将玉米鲜叶清洗，随后用滤纸去除叶片表面多余水分；取0.2 g叶片，剪碎后放入研钵倒入液氮，加入4 mL磷酸缓冲液，研磨为匀浆后倒入离心管；再向研钵中加入4 mL磷酸缓冲液，将剩余的匀浆进行充分搅拌，再倒入离心管；于2 ℃下15000 r/min离心30 min，取上层酶提取液。以下每组生理实验重复此操作。

过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性以及丙二醛(MDA)和脯氨酸含量的含量测定参考李小方等[15]。

(2)根茎叶重及产量性状测定:

完熟期后收获，从两组不同处理中随机选取10株玉米，测量其以下数据：果穗长、突尖长、玉米叶总重(鲜重与干重)、玉米茎总重(鲜重与干重)、籽粒百粒重(鲜重与干重)、玉米根重(鲜重与干重)、穗粒数、根数、根冠比，对比分析各组相同部位之间形态数据的差异。

(3)氮、磷、钾含量测定:

待完熟期收获后测定试验组和对照组植物中根茎叶及籽粒各部位的氮、磷、钾的平均含量；同时在田间收集土样，放置于无菌密封袋，标注采样信息，带回实验室，测定土壤中的氮、磷、钾含量。土壤速效氮含量采用碱解扩散滴定法测定；土壤速效磷含量采用碳酸氢钠-比色法测定；土壤速效钾含量采用乙酸铵-火焰光度法测定[16]。

1.4数据处理及分析

2 结果与分析

2.1 SDB9菌对玉米鲜叶生理指标的影响

在不施肥条件下，玉米鲜叶CAT活性：对照组为0.35 U/g，而接种考克氏菌SDB9的试验组为0.14 U/g，试验组低于对照组，但差异不显著(见图1a)；SOD活性：对照组为0.41 U/g，而试验组为0.36 U/g，试验组略低于对照组，但差异不显著(见图1b)； POD活性：对照组为4.68 U/g，试验组为6.69 U/g，实验组极显著高于对照组(见图1c)。MDA含量：对照组为1.93 g/L，而试验组为3.28 g/L，试验组高于对照组，但差异不显著(见图1d)。叶脯氨酸含量：对照组为含量为1.92% ，而试验组为0.83%。试验组略低于对照组，但差异不显著(见图1e)。因此接种考克氏菌SDB9的植株在CAT活性，SOD活性、脯氨酸含量上试验组略低于对照，MDA含量试验组略高于对照组，但差异均不显著。而在POD活性上，试验组极显著高于对照组，说明SDB9与玉米互作可能保护玉米免受逆境的影响，能进行正常的生长发育，且可进一步说明SDB9能增强玉米的耐受性。

图1 不施肥条件下不同处理对玉米鲜叶五项生理指标的影响

2.2 SDB9菌对玉米根茎叶及产量性状的影响

2.2.1 SDB9菌对玉米根茎叶总重的影响

首先从外观、主根数、根长和根重(干重/鲜重)等方面分析，经过考克氏菌SDB9处理后的植株，根数显著多于对照组(如图2a)，叶鲜重显著高于对照组，根、茎重及根冠比低于对照组(如图2b、c、d)。地上部分整体表现出长势旺盛，茎粗壮。通过烘干称重发现实验组玉米地上部分含水量高于对照组(如图2c)。因此我们可以初步推测SDB9可能促进玉米植株对水分的运输和储藏。

图2 不施肥条件下不同处理对玉米根茎叶的影响

2.2.2 SDB9菌对玉米产量性状的影响

表1 玉米产量性状

在不施肥条件下，玉米的总体产量较低。但试验发现，如表1，试验组玉米百粒重(鲜重平均31.07 g，干重平均16.38 g)对比对照组(鲜重平均29.47 g，干重平均12.32 g)增加，穗粒数显著增加，果穗显著增大，玉米对照组的亩产为291.28 kg，试验组的亩产为333.22 kg。试验组的产量比对照组的产量增加了14.40%，二者差异显著。由此可见，SDB9显著提高了玉米的产量。

2.3 SDB9菌对玉米植株及土壤中氮、磷、钾含量的影响

2.3.1 SDB9菌对玉米植株中氮、磷、钾含量的影响

表2 不施肥条件下不同处理玉米植株各部位N、P、K含量(ppm)

如表2，在不施肥条件下，试验组与对照组相比，茎与籽粒中N含量均高且差异显著；茎和叶中P含量均低且差异显著；茎中K含量高且差异显著；其余差异均不显著。试验组地上部分(茎、叶、籽粒)N和K的含量均显著高于对照组，而P的含量均显著低于对照组。由此可见，SDB9增强了N和K的吸收及转运，而降低了P的吸收及转运。

2.3.2 SDB9菌对玉米根际土壤中氮、磷、钾含量的影响

两组土壤中氮和磷含量相似，无明显差异(见图3a、b)；但是钾含量差异极显著(见图3)，经过考克氏菌SDB9处理后的植株土壤中钾含量极显著高于对照组，提高了57.02%。这说明SDB9可以将土壤中矿物性钾转化为被植物吸收利用的速效钾，所以SDB9具有解钾作用。

图3 不施肥条件下SDB9对土壤中氮、磷、钾含量影响

3 讨论与结论

玫瑰色考克氏菌SDB9是本实验室首次从陕北耐寒耐旱且耐盐碱的植物沙地柏中分离的[17]。前期在实验室的盆栽实验证明其具有促生作用[14]。为了进一步研究该菌在作物中的促生效果，将其应用到不施肥的田间玉米中。实验过程中对抽雄期鲜叶进行植物体内的保护酶进行测定，发现接种考克氏菌的试验组与不接种的对照组相比，SOD活性、CAT和脯氨酸含量降低，MDA含量升高，但差异均不显著，只有POD 活性有了显著的提高。作为植物体内内源保护系统中重要的酶POD，它能够参与植物细胞壁的合成、氧化植物体内的毒性过氧化物，并且可去除H2O2[18]。说明SDB9与玉米互作可能保护玉米免受(缺肥)逆境的影响，能进行正常的生长发育，且可进一步说明SDB9能增强玉米的耐受性。

完熟期后对收获的植株进行研究发现，用SDB9菌处理的植株根数显著多于对照，根重(鲜重和干重)及根冠比低于对照组，茎部变粗，果穗变大，产量提高14%以上，植株整体呈现出更加旺盛的生长势头，说明经过SDB9菌与玉米互作，延展根部作用空间，这样更有利于植株对周围环境水分和营养物质的吸收，保证了地上部分生长发育；因此我们可以初步确认SDB9可以促进玉米植株对水分与营养物质运输和储藏。

再结合玉米各部位的N、P、K含量变化的结果来看，试验组地上部分(茎、叶、籽粒)N和K的含量均显著高于对照，说明SDB9增强了N和K的吸收及转运。在根，叶，籽粒中K含量差异不显著的情况下，试验组植株茎部K含量提高尤为显著，在不施肥条件下，而根际土壤中试验组钾含量极显著高于对照组，提升57.02%。作为表征土壤中钾元素供应状况的重要指标之一，土壤中速效钾含量对农作物的产量和质量具有重要的影响[16]。而在沙地土壤中，钾主要以矿物中的钾形式存在，它的含量大约占整体钾含量90%，但是只有交换性钾即速效钾和水溶性钾可以被植物直接吸收利用。因此，结合玉米根部速效钾含量对比，得出SDB9菌具有解钾功效，并促使植物很好的完成K的吸收及转运。

综上试验结果，说明植物内生菌SDB9与玉米互作后，玉米的耐逆性增强，玉米营养器官(根、茎、叶)生长更加旺盛，促进了籽粒对自身必需营养元素的富集，尤其是K的吸收及转运，从而达到增产的效果，还能对根际土壤有解钾的作用。