VDAL、Harpin拌种对马铃薯生长发育的影响

2022-08-19桑有顺张庆沛

中国农学通报 2022年20期

淳俊，桑有顺，陈涛，冯焱，李倩，张庆沛

（成都市农林科学院，成都 611130）

0 引言

马铃薯(Solanum tuberosum L.)是重要的粮菜兼用作物，在世界和中国均为第四大作物，对粮食安全和增产增收意义重大[1-2]。块茎是马铃薯的繁殖器官，拌种播种十分必要，其在出苗率达标、株高增高、单株匍匐茎数和单株结薯数增多、病虫害防效增强、大中薯率和产量提高等方面均表现出促进作用[3-5]。特别是马铃薯土传病害逐年加重，拌种处理对马铃薯土传病害的防治和增产稳产表现了较好作用[6-7]。罗磊[4]发现药剂拌种有利于出苗率和产量提高等，其中72%农用链霉素+滑石粉拌种，对马铃薯黑痣病的防治效果最好、可达60.1%。郑果[8]的试验表明，100万孢子/g寡雄腐霉可湿性粉剂对马铃薯黑痣病防效最佳、最高为68.16%，较对照增产29.53%。陈宇飞[9]发现40%噻唑锌悬浮剂拌种对马铃薯疮痂病的防效最好，防效最高为50.28%，其次是100亿cfu/g枯草芽孢杆菌可湿性粉剂拌种和12%中生菌素可湿性粉剂拌种。马丽杰[10]针对榆林马铃薯产区常年发生的田间烂薯问题，利用50%烯酰吗啉种薯处理和茎叶喷施防控，实现增产15.7%。但现阶段研究和生产中，单纯采用化学药剂拌种，不能满足马铃薯抗性诱导和绿色投入品增加需求。

VDAL[大丽轮枝孢(Verticillium dahliae)Asp f2类锌离子结合蛋白]是源于棉花黄萎菌的一种植物免疫激活蛋白，通过工程菌发酵工艺制成蛋白干粉，能激活植物免疫反应和促进植株生长发育[11]。有研究人员发现，将VDAL稀释后进行叶面喷施，可增强水稻抗病性和促进水稻生长[11-12]。用VDAL对小麦进行拌种显著提高了盐胁迫下幼苗的生长发育[13]，在冬灌期和返青期叶面喷施能够提高抗逆性和促进生长[14]，于灌浆期喷雾较清水对照增产3.47%以上[15]。用VDAL进行种子包衣后，再采用其原粉及水溶肥可显著提高玉米产量[16]。在花生初花期叶面喷施2次，可起到控旺增产效果[17]。在生菜、花椰菜、青梗菜上采取VDAL喷施，也表现出不同程度的壮苗促产作用[18-20]。

Harpin是一类由hrp N(Hypersensitive response and pathogenicity)基因编码的能诱导植物产生系统抗性的重要致敏信号蛋白质，也称超敏蛋白，广泛存在于植物革兰氏阴性致病菌中，迄今为止，Harpin蛋白已经发展成了一个Harpin家族，其功能是多重的，应用也较为广泛[21-22]。例如水稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)Hpa1蛋白能够增强植物防卫反应与抗逆性，通过激活乙烯信号转导通路、提高光合作用速率来促进植物生长，表达Hpa1功能片段的转基因小麦可诱导对麦长管蚜的防卫反应[23-25]。李文学等[26]用Harpin浸泡水稻种子，发现不同浓度能不同程度地诱导水稻防御酶活性，对植株生长发育有促进作用，任元等[27]在旱直播水稻的蘖初期、灌浆期进行叶面喷施，在综合性状、抗逆性和丰产性上均明显优于对照；桑贤强等[28]在小麦孕穗前和灌浆初进行喷雾，可增强小麦的光合作用和抗逆抗病能力，具保产效果；丁正[29]发现Harpin对防治玉米细菌性病害有效果；同时，在多种作物上进行叶面喷施，体现了不同程度的诱抗增产效果，比如提高大豆对害虫的趋避作用及抗病性[30]，提升油菜抗逆性和产量[31]，提高花生结实率、成熟度和千粒重[32]，诱导心叶烟产生黄瓜花叶病毒抗性[33]，增强草莓幼苗长势[34]，缓解葡萄受盐碱、霜霉病和病毒病的胁迫伤害[35-36]，促进冬枣叶片发育和果实膨大增重[37]，增强核桃的抗寒性[38]等。

不同于用有性种子繁殖的作物，马铃薯是以脱毒种薯切块播种，切口易被病虫害侵入，同时，霜冻、干旱等苗期极端气候多发频发，均易导致出苗率低、出苗不整齐、苗弱等不利情况，引起产量和商品性下降，而现有拌种方法多侧重于切口封闭。基于上述问题和本团队前期研究基础，本研究选择了VDAL和Harpin的工程菌发酵产物，分别以不同浓度进行种薯处理，与常规化学药剂拌种方法进行比较，从种薯萌发、出苗、植株生长、块茎发育和产量性状等方面进行综合评价，调查其对马铃薯生长发育的影响。该研究可以为上述2种免疫激活蛋白提供以马铃薯为代表的无性繁殖作物的应用参考，有利于马铃薯拌种新方法、新产品的研究与利用，也符合农业绿色发展的要求。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为马铃薯早熟品种‘希森3号’。

供试试剂见表1。

1.2 试验方法和试验设计

试验于2020年12月—2021年5月在四川省崇州市羊马镇成都市农林科学院现代农业产业园(2 hm2)进行，土壤类型为棕色水稻土(pH 6.01)。选用‘希森3号’脱毒种薯，于2020年12月18日切薯拌种，种薯处理方法如表1所示，设置5个处理，其中CK（对照）为常规化学拌种，V3和V5为VDAL 3ppm和5ppm（按维大力中VDAL蛋白含量进行折算）拌种，H0.5和H1为Harpin 0.5ppm和1ppm（按超免蛋白中Harpin蛋白含量进行折算）拌种。2020年12月22日播种，底肥为N15-P5-K25复合肥1200 kg/hm2，垄上双行，覆膜播种，种薯播种深度和覆土厚度尽量保持一致，栽种密度约为90000株/hm2。小区试验，面积20m2（0.9m/垄×4垄×5.5m），重复3次。2021年2月19日揭膜，5月8日收获。

表1 供试制剂及相应的种薯处理方法

1.3 试验调查与数据分析

调查3个小区，取3次重复平均值。调查种薯萌发情况、出苗期（出苗率达50%的日期）、出苗率、主茎数、株高、块茎发育情况。对各区进行收获测产。按照马铃薯块茎分级标准：150 g以上为大薯，50～150 g为中薯，50 g以下为小薯，将所收块茎分为大中薯和小薯，分别计算重量和比例，并同时记录总产量。

采用DPS7.0进行Duncan新复极差法方差分析（小写字母表示5%显著水平差异，大写字母表示1%极显著水平差异），Prism 8和Excel 2007进行数据分析和图表制作。

2 结果与分析

2.1 不同制剂拌种对马铃薯种薯萌发和出苗的影响

如图1和图2所示，2021年2月3日即播种后43天，CK种薯出苗率最低、仅为8.89%，工程菌发酵产物拌种处理为17.04%～32.59%，其中，V3的出苗率最高、为32.59%，H0.5次之、为28.89%，两者分别较CK增加23.70%和20%，差异达极显著水平。总体来看，在该阶段，工程菌发酵产物拌种处理的种薯萌芽情况均优于CK。

图1 播种后43天的种薯萌发情况对比

图2 不同处理的出苗率变化

在随后的出苗率调查中（2月7日—19日），工程菌发酵产物拌种处理的出苗率均高于CK，但均未表现出显著差异，处理H0.5在第4次出苗率调查中表现最好、较CK提高10.12%（图2）。工程菌发酵产物拌种处理的出苗期为2月12日—13日，较CK提前0～1天，处理间差异不大（表2）。

表2 不同处理的出苗期对比（2021年）

2.2 不同制剂拌种对马铃薯植株发育的影响

如表3所示，CK的株高为27.10 cm，工程菌发酵产物拌种处理的株高为29.17～30.82 cm、较对照增加7.64%～13.73%，株高最高的是H0.5、也是唯一较CK表现出极显著差异的处理。各处理的主茎数为1.23～1.37个，处理间未表现出显著性差异。

表3 不同处理的株高和主茎数

2.3 不同制剂拌种对马铃薯块茎发育的影响

于2021年3月29日即块茎膨大期调查不同处理的单株块茎数，5 g以上（预计收获期能发育为50 g以上的块茎）记为大中薯，50 g以下的记为小薯，两者之和为总的单株块茎数。如图3所示，CK的单株块茎数为4.9个，工程菌发酵产物拌种处理为5.2～6.4个、较CK增加6.12%～30.61%，增幅最大的前2位依次为H0.5和V3，分别较CK增加30.61%和16.33%，但处理间差异未达显著水平。其中，单株大中薯数较CK增加25%～58.33%，增幅最大的前2位依次为V3和H0.5，分别较CK增加58.33%和54.17%；除H0.5的单株小薯数较CK增加8%以外，其余处理较CK减少4%～24%；各处理的大中薯数和小薯数的差异均未达显著水平。

图3 不同处理的单株结薯情况对比

不同处理的单株块茎重如表4所示，CK最低、仅为85.20 g，工程菌发酵产物拌种处理的单株块茎重有不同程度的增加、为96.41～111.53 g，其增幅为13.16%～30.90%，其中H0.5和V3表现较好，分别较CK增加30.90%和20.69%、达极显著差异水平。此阶段的小薯重量过低，30株植株的小薯加在一起的总重仅50 g左右，即小薯重量约1.67 g/株，处理间基本无差异。

表4 不同处理的单株块茎重统计

2.4 不同制剂拌种对马铃薯产量性状的影响

各处理的现蕾期、成熟期基本一致，于2021年5月8日统一收获，产量性状统计结果如表5所示。工程菌发酵产物拌种处理的产量较CK有不同程度的提高、增幅为7.74%～20.04%，除V5以外，其他处理均较CK达显著差异水平，其中，V3和H0.5分别较CK增产12.99%和20.04%、达极显著差异水平。各处理的大中薯率均达85%以上，未发现明显差异。

表5 不同处理的产量性状对比

3 讨论与结论

在本研究中，工程菌发酵产物拌种对马铃薯的生长发育体现了不同程度的促进作用，主要表现在促进种薯萌发、株高、块茎发育和产量提高上（表6）。其中，H0.5即Harpin 0.5ppm拌种表现最好，与CK相比，早期出苗率提高20%，株高增高13.73%，块茎膨大期的单株块茎重量增加30.90%，产量提高20.04%，上述4个调查性状均较CK表现出1%极显著差异水平。其次为V3即VDAL 3ppm拌种，与CK相比，早期出苗率提高23.70%，株高增高9.30%，块茎膨大期的单株块茎重量增加20.69%，产量提高12.99%，较CK出现3个极显著差异。较高浓度即VDAL 5ppm和Harpin 1ppm的促进作用反而有所降低，与本研究团队前期在网室进行的原原种拌种试验结果一致，将在最佳使用浓度和安全浓度范围上开展进一步研究。

表6 工程菌发酵产物拌种带来的显著性差异

值得注意的是，本研究团队在2019—2020年进行的试验中，VDAL拌种有利于促进种薯萌发和芽根同生，出苗期较对照提前了7天，播种后49天的出苗率提高17.78%，且在霜冻、干旱同时出现的情况下，较对照增产18.97%，体现了极端天气下的保产效果[5]。而在本研究中，虽然VDAL拌种在播种后43天的出苗率较对照提高23.70%，但在随后的几次调查中出苗率仅较对照略高，出苗期提前1天。VDAL拌种在两季试验中均体现出对马铃薯生长发育的促进作用，但效果有所差异，推测原因主要源于本季试验中出苗期即2021年2月5日—25日的持续性异常高温，如图4和表7所示，日最高温度基本在20℃，平均温度和最低温度都较往年有不同程度的升高，且这种升温是连续出现的，对马铃薯的出苗带来了更为显著的影响，致使工程菌发酵产物拌种处理在种薯萌发和早期出苗的显著性优势未能在后期得以持续性体现。推测VDAL和Harpin拌种的有益效果在低温情况下更为明显，计划继续进行多年、多生态点、多品种的综合试验与示范，同时，在试验室内结合低温胁迫开展相关研究。