不同浓度深色有隔内生真菌浸种对玉米幼苗生长的影响

薛子可， 毕银丽,2， 王 义

(1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室(北京)， 北京 100083；2.西安科技大学中国西部矿区生态环境修复研究院， 陕西 西安 710054；3.国家能源集团神东煤炭集团, 内蒙古 鄂尔多斯 017209)

植物种子在播种前的浸泡，可促进种子充分吸水吸胀，起到一定的“催芽”效果，使幼苗茁壮成长[1]。为促进种子发芽，探索了如生长调节剂浸种[2]，营养液浸种[3]，多胺浸种[4]等，均起到一定的促进作用。然而，不同的浸种浓度和时间，其效果也存在差异。浓度为500 mg/L的GA3浸种大白杜鹃种子，增强种子活力，极显著提高种子发芽率和发芽势[5]。刘开力等[6]以不同浓度硝普钠(SNP)浸泡水稻种子后，受盐胁迫的水稻幼苗耐盐比率提高，地上和地下部产量提高。也有研究表明，不同浓度EM(有效微生物群)稀释液浸种可提高玉米种子发芽率和发芽势，促进幼苗的生长发育[7]。

深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes，DSE)具有与菌根真菌类似的生物学功能，不仅能与植物形成共生体，且不引起植物病变[8]。DSE生态分布广泛，在不同生境植物中的定值表明它们很少或没有宿主特异性，并能与植物建立了互惠互利以及相互调节的生理整体，但各自具有其形态特征[9-10]。研究表明，DSE通过菌丝的生长扩大了植物根系吸收面积，提高了根系吸收能力，在植物生长过程中发挥着重要的作用[11-12]。然而，DSE液体菌剂浸种的研究较少。

以不同浓度DSE菌液浸种玉米种子，研究DSE菌液浸种对种子萌发和幼苗生长的影响，筛选出玉米浸种最适宜的DSE菌液浓度及最佳时间，以期为矿区微生物修复过程提供新的研究方向。

1 材料与方法

1.1 土壤和种子的准备

土壤选择沙土，所有土壤121 ℃，0.1 MPa灭菌90 min。玉米品种为中糯1号(认证号：0103006-2000，北京中农作科技发展有限公司)。

1.2 DSE菌液的制备

称取MMN培养基(Cat#MM 8650,Coolaber science & technology,pH=5.5)21.18 g，加蒸馏水定容至1 L，分装置于250 mL三角瓶中，每瓶100 mL，121 ℃高压灭菌30 min备用。取直径6 mm的DSE菌饼(保藏编号为CGMCC No.17463)，接种至100 mL液体MMN培养基，160 r/min，28 ℃振荡培养8 d，得到源菌液。

1.3 菌液的稀释

用无菌水将源菌液进行稀释，得到5个浓度的稀释菌液，具体如下：

20%菌液：取源菌液20 mL，用无菌水稀释至100 mL；

40%菌液：取源菌液40 mL，用无菌水稀释至100 mL；

60%菌液：取源菌液60 mL，用无菌水稀释至100 mL；

80%菌液：取源菌液80 mL，用无菌水稀释至100 mL；

100%菌液：源菌液。

1.4 试验设计

选取大小相近，颗粒饱满的玉米种子，先用75%的酒精浸种5 min，无菌水清洗5遍。随后用10%次氯酸钠浸种10 min，无菌水清洗5遍。

以无菌水和MMN液体菌剂为对照组，用不同浓度的菌种浸泡玉米种子，浸泡时间分别为12 h和16 h，共设置14个组，每组9个重复。

用镊子取出玉米种子并播种至塑料杯中(每个塑料杯装有125 g无菌土)进行培养。培养过程：第1～3天，22 ℃黑暗培养，空气相对湿度为70%；第4～13天，光暗交替培养(16 h光照/8 h黑暗，光照培养时的光照强度为1 800 lx，光照培养时的温度为25 ℃，黑暗培养时的温度为22 ℃)，空气相对湿度为70%。

1.5 侵染率的测定

第7～13天，每天每组随机取3株植株幼苗，检测供试菌株DSE定殖率(又称为侵染率)。检测方法：取幼苗的根，采用酸性品红染色法进行处理后，切成长度约为1 cm的根段，在显微镜下进行镜检，计算侵染率：

侵染率(%)=(DSE定殖的根段数/总根段数)×100%。

1.6 DSE贡献率

以无菌水处理后的植株作为参比植株，计算不同处理的DSE菌液贡献率。对于株高，菌液贡献率(%)=[(各组处理后的植株的株高-参比植株的株高)/参比植株的株高]×100%。对于叶绿素含量(SPAD值)，菌液贡献率(%)=[(各组处理后的植株的SPAD值-参比植株的SPAD值)/参比植株的SPAD值]×100%。对于地上部干重，菌液贡献率(%)=[(各组处理后的植株的地上部干重-参比植株的地上部干重)/参比植株的地上部干重]×100%。

1.7 数据处理

所有数据均在Excel 2016软件中进行处理，单因素方差分析采用SPSS 19.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 对玉米生长的影响

培养第13天，每组随机取3株植株，检测株高、根长、SPAD值和地上部干重。结果如图1所示，20%菌液浸种12 h的幼苗株高最高并显著高于对照组，16 h浸种的各处理株高无显著差异。20%和100%菌液浸种12 h的幼苗地上部干重最高，20%和40%菌液浸种16 h的幼苗地上部干重显著增高。20%菌液浸种12 h的幼苗SPAD值显著最高，16 h浸种的各处理幼苗SPAD值无显著差异。40%菌液浸种12 h的幼苗根长最长，但与20%菌液浸种12 h的无显著差异。研究表明，菌液浸种能够显著促进玉米幼苗的生长，其中20%低浓度的菌液效果最显著。同时，DSE菌液浸种玉米种子显著提高幼苗叶绿素含量，表明DSE菌液浸种能够促进玉米苗期的光合作用。

图1 接种DSE对玉米生长的影响Fig.1 Effect of inoculation with DSE on growth

2.2 DSE菌液贡献率

菌液贡献率的结果见表1。菌液浸种的玉米植株的株高、叶绿素含量和地上部干重均高于无菌水浸种的玉米植株。20%菌液浸种12 h对玉米植株综合指标的贡献率明显高于其他各组。结果表明，种子依靠自身的胚乳提供营养，使用DSE菌液浸种过程中，玉米种子吸收菌液中的养分及其他活性物质，促进了玉米的生长。

表1 不同菌液处理对植物促生长的贡献率Table 1 Contribution rate of different concentrations of DSE treatment to plant growth promotion

2.3 DSE侵染

从种子发芽开始(第7～13天)，检测结果显示，随着培养天数的增加定植率不断上升，到第13天时，定植率均达到80%以上(图2)。结果表明，低浓度的DSE菌液浸种对植物的定植影响效果与高浓度相似。

图2 不同处理下玉米根系侵染率 Fig.2 Infection rate of corn root under different treatments

3 结论与讨论

玉米种子从萌发到生长都依赖土壤，然而，土壤环境的不断变化对种子的萌发是不利的，加快种子的出土时间，能够显著增强种子在不利环境中的生长[13-14]。

大量的研究与实践证明，种子活力是可以通过若干处理而获得恢复和提高的[15]。播种前适当的处理，可以提高种子发芽出苗率，减轻病虫害，有利于植物的生长，是提高作物产量的有效措施之一[16]。

黄艳胜[3]在研究营养液浸种时发现，用2～3倍营养液浸种12 h，显著提高玉米种子的发芽势和发芽率，促进幼苗茁壮生长。DSE菌液使用MMN培养基，含有大量的营养元素，DSE菌液浸种促进玉米幼苗和根系发育，与之前浸种处理的研究结果一致[17-18]。同时，DSE菌液中含有多种营养物质及微量元素，包括有机质、N、P、K、Fe2+、Mg2+和维生素等，浸种后，这些营养物质为幼苗生长提供了必要的养分，促进幼苗的生长。

此外，DSE作为与植物共生的根内生真菌，自身也能分泌活性物质，这些活性物质也可能在菌液中发挥着积极的作用。例如，赤霉素作为广泛存在的植物激素，其促进种子发芽的功能在多种植物上已得到证实[19-20]，适宜浓度的赤霉素浸种可明显提高玉米种子胚乳中的α-淀粉酶活性[21]，促进种子的发芽势、发芽率、发芽指数以及幼芽根系的活力。也有研究发现，低浓度(<1 mg/L)的三氟吲哚丁酸同系物促进玉米种子萌发及幼苗生长，提高α-淀粉酶活性、叶绿素含量及根系活力，且随着浓度的增加促进效果逐渐增强，在浓度为1 mg/L时效果最显著[22]。而高浓度水杨酸处理限制部分可溶性糖含量和酶的活性，不利于植株和根系的生长[23]。本研究中高浓度的DSE菌液处理的玉米根长最低，DSE分泌活性物质可能与植物激素具有类似的功能，其浓度影响了玉米种子的生长发育。

综上所述，在生产中可通过一定浓度的DSE菌液浸种促进玉米萌发及幼苗生长，提高植物对逆境的抗性。其中：DSE菌液中含有大量农作物生长所需的多种微量元素和水溶性养分，在浸种过程中，种子充分吸收菌液中的各种营养与活性物质，从而显著提高玉米的生长；DSE菌液浸种对玉米株高，地上部干重和根长有一定的刺激作用，但浸泡时间不宜过长，且浸泡浓度不宜过大，以20%浓度、浸种12 h时综合效果最佳。