不同植物促生菌处理对黄瓜种子萌发的影响

吕 鑫，王宇慧，刘全兰

(青岛科技大学海洋科学与生物工程学院，山东青岛 266042)

在农业上，几百年前就有植物接种有益微生物的记录。随着科学的发展，这些有益微生物被称为植物促生菌，即PGPB(plant growth promoting bacteria)，它们被界定为在一定条件下有利于植物生长的自由生活在土壤、根际、根表、叶际的细菌[1]。植物促生菌促进植物生长是以微生物的代谢潜力为基础，代谢产物包含能够产生直接促进植物生长的植物激素[2]，或者通过产生抗生素、诱导系统抗性、分泌溶菌酶等生物防控手段，减少各种病原菌对植物生长和发育的抑制效应等方式间接促进植物生长[3]。植物促生菌多以合成微生物群落的方式作为一种植物生长调节剂，更好地适应植物、土壤、病害等生物和非生物因素，它们在代谢上分工协作，催化更为复杂的反应以促进植物生长[4-5]。目前，已鉴定出多种植物促生菌菌株，其中主要种类包括芽孢杆菌属(Bacillus)和假单孢菌属(Pseudomonas)。该研究挑选了在农业生产领域被广泛应用的固氮菌如芽孢杆菌、根瘤菌和乳酸菌如戊糖片球菌、植物乳杆菌等菌株，可以显著提升种子的萌发率，并提高农作物的产量[6]。

“十四五”规划明确指出，要围绕种业振兴重点任务，聚焦资源保护、育种创新、测试评价和良种繁育四大环节。在蔬菜、花卉和一些大田作物中，种子预处理是一种有用且被推荐的做法，这有助于保护种质资源，提高种子发芽率、幼苗活力和产量[7-9]。随着生活质量的提高，食品安全问题受到人们广泛的关注，绿色无公害蔬菜生产成为蔬菜栽培技术推广的重要部分，培育绿色无公害种苗也成为蔬菜栽培中的重要技术。采用植物促生菌处理植物种子是一种被倡导的种苗培育措施。植物促生菌可在种苗和其栽培土壤中定殖，调节植物生长，增强植物抗性，抑制病原菌生长，培育绿色无公害抗病种苗。

黄瓜(Cucumissativus)又称胡瓜、青瓜，是葫芦科黄瓜属草本植物，在我国多地区广泛种植[10]。黄瓜种子在种植过程中经常面临发芽率低、长势不一致等问题。笔者采用植物促生菌合成的微生物群落处理黄瓜种子以提高种子萌发率，旨在筛选出对黄瓜种子萌发生长最具有促进作用的微生物群落组合，以助力黄瓜育苗的生产需要[11-12]。

1 材料与方法

1.1 试验材料选自由山东鲁寿种业有限公司提供且在当地广泛种植的黄瓜种子。供试植物促生菌分别为苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)、戊糖片球菌(pentosaceus)、肠杆菌(Enterobactersoli)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)、根瘤菌(Rhizobium)。以上供试菌株由青岛科技大学刘全兰老师课题组提供。这些菌株形成3种合成微生物群落的组合，组合一包括苏云金芽孢杆菌、戊糖片球菌、肠杆菌，组合二包括植物乳杆菌、戊糖片球菌、肠杆菌，单一菌三只有根瘤菌。

1.2 试验方法

1.2.1菌悬液的制备。将苏云金芽孢杆菌、肠杆菌、根瘤菌分别接种在YMA液体培养基上，戊糖片球菌、植物乳杆菌分别接种在MRS液体培养基上35 ℃振荡培养12 h后，以8 000 r/min 离心8 min后，倒掉上清液并收集菌体，用无菌水将菌体稀释至OD600=2.5×108CFU/mL，再用无菌水稀释10倍。将稀释后的菌悬液以相同比例混合成组合一、组合二和单一菌三。

1.2.2种子催芽处理。挑选籽粒饱满的“511”“518”“519”3个品种黄瓜种子各480粒并分成4份分别放入培养皿中。将每个品种的黄瓜分别用稀释后的组合一、组合二、单一菌三在培养皿中浸泡40 min，空白用清水浸泡。浸泡完成后用纱布包裹并放回培养皿中，纱布保持表面湿润。最后将培养皿统一放入托盘内。用薄膜将托盘封闭保湿后，放入组培箱内，28 ℃黑暗条件下催芽24 h。

1.2.3种子移栽。在育苗穴盘内铺上一层营养土，24 h后将初步萌发的黄瓜种子从培养皿中取出，不同处理的黄瓜芽分别撒在育苗穴盘的营养土上，再铺上一层营养土使种子被营养土覆盖，浇适量的水，使营养土湿润。每个穴盘种植40粒黄瓜种子，重复3次，每天记录种子发芽数量并计算其发芽率。

发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%

1.3 数据分析利用SPSS 26软件对试验数据进行单因素方差分析、显著检验并用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 植物促生菌对“511”萌发的影响从图1可以看出，黄瓜种子种植3 d后普遍萌发，其中组合二和单一菌三处理过的黄瓜种子萌发率一直比空白高。组合二、单一菌三处理组的黄瓜种子在5 d后萌发率接近平稳；组合一的黄瓜种子一直处于持续增长状态。萌发率最高的为组合二处理，最终萌发率为96.67%;其次是单一菌三，为91.67%；组合一为90.83%；空白为84.17%。萌发率组合二比空白提高了12.5百分点，效果最显著。

图1 “511”黄瓜品种萌发率

2.2 植物促生菌对“518”萌发的影响从图2可以看出，植物促生菌对“518”品种的黄瓜种子萌发率随时间而不同。3 d时，空白萌发率最高；4 d时，组合一的萌发率超过空白；6 d后组合二超过空白；8 d后，单一菌三处理超过空白；最终3个处理组的萌发率都比空白高。空白、组合一、单一菌三的黄瓜种子在5 d后萌发率接近平稳，组合二在6 d后萌发率接近平稳。萌发率最高的为组合二，最终萌发率为89.17%；其次是组合一，为88.33%；单一菌三为84.17%；空白为81.67%。组合二萌发率比空白显著提升7.5百分点。

图2 “518”黄瓜品种萌发率

2.3 植物促生菌对“519”萌发的影响从图3可以看出，最终萌发率最高的为组合一，萌发率为86.67%；其次是组合二，为85.83%；空白为85.00%；单一菌三为84.17%。对“519”黄瓜品种萌发率提升最高的为组合一，萌发率比空白提升1.67百分点，提升效果不显著。“519”品种用菌液处理后，组合一和组合二的黄瓜种子萌发率比空白稍高，单一菌三的萌发率比空白低，总体来看萌发率未显著提升(P>0.05)，这3个处理对“519”品种的萌发率没有明显的提升作用。

图3 “519”黄瓜品种萌发率

3 结论与讨论

目前对植物促生菌的研究集中在促进植物生长和抑制或减轻某些植物病害对植物生长发育和产量的不良影响上，对提高种子萌发率的研究相对较少。该研究通过构建合成微生物群落探究了不同组合处理对黄瓜种子萌发的影响。确定了不同黄瓜品种种子萌发所需的最优植物促生菌不同，组合二对“511”和“518”黄瓜品种种子萌发率的提升最大，分别提升12.5和7.5百分点，组合一对“519”品种黄瓜种子萌发的提升率高于其他2种组合，为1.67百分点。

种子发芽是黄瓜生长的第一步，而提高发芽率是培育良好性状植株的基础，直接关系到黄瓜的产量。该研究发现，组合一和组合二对黄瓜种子萌发的提升最大，可能是因为这2种组合中都含有固氮菌和乳酸菌。目前，固氮菌是研究最深入的植物促生菌。曹毅等[13]发现用固氮菌菌剂浸种对刺黄瓜种子出苗率有明显的提高。乳酸菌是一种广泛分布的细菌，占据不同的生态位，也被称为对人体健康有益的微生物。Limanska等[14]研究发现，乳酸菌可以释放活性物质来促进种子萌发。该研究创新性地将固氮菌与乳酸菌构建合成微生物菌落，并应用于黄瓜种子萌发，使黄瓜种子的萌发率得到了较大的提升。

种子萌发是一个复杂的过程，用植物促生菌处理黄瓜种子，对其萌发率进行综合评价，对后续的黄瓜生产具有重要意义，也为植物促生菌的开发利用提供了新思路。植物促生菌与植物之间的互作关系复杂，植物促生菌与植物内部的酶活性和激素之间如何互作来调控种子萌发的分子机制，还有待于进一步深入研究。