内生细菌活性物质促进毛竹生长的生化机理研究

袁宗胜

(福建农林大学 生命科学学院,福建 福州 350002)

毛竹(Phyllostachysedulis)属禾本科刚竹属植物,其生长快,适应性强,用途多,经济价值大,是我国南方地区重要的森林资源。根据第6次森林资源清查统计,我国的毛竹林面积约为337.2万hm2,约占世界毛竹林总面积的47%。毛竹笋是一种全天然营养食品,竹笋中纤维素含量最高,其在保健上起着重要作用。竹材被广泛应用于各行工程领域和人们日常生活的各个方面,毛竹发达的根系和坚固的竹株还起着水土保持的作用。

植物内生细菌是指其生活史的一定阶段或全部阶段均在健康植物的各种组织和器官内部进行,并且与植物建立了和谐联合关系的细菌[1]。内生细菌因能在植物体内长期定殖、传导,且不易受环境条件的影响,对植物生长发育、抵抗疾病以及不良环境具有广泛的生物学作用,是非常难得的天然生物资源[2-5],因此,加强植物内生细菌资源的研究,建立各种功能内生细菌的资源库具有重要的意义[6-9]。

本文选用从毛竹体内分离并筛选出的具有高效解磷解钾固氮功能的促生内生细菌菌株CT-B09-2、JL-B06、WYS-A01-1[10],通过灌根处理的方式初步探讨了内生细菌活性物质促进毛竹生长的生化机理,旨在为促生微生物菌剂的开发和利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试菌株

促生内生细菌菌株CT-B09-2、JL-B06、WYS-A01-1,由本实验室从毛竹体内分离并筛选出。

1.2 培养基及主要试剂

内生菌分离和培养采用NA培养基:牛肉膏3 g、蛋白胨10 g、NaCl 5 g、琼脂18 g、水1000 mL,pH 7.0～7.2(液体培养基则不加琼脂)。其余试剂均为国产分析纯。

1.3 促生菌株菌悬液的制备

将筛选出的促生菌株CT-B09-2、JL-B06、WYS-A01-1分别接种于NA液体培养基中,在28 ℃下以180 r/min的转速振荡培养72 h,用无菌水稀释制成1×108cfu/mL的菌悬液。

1.4 用灌根法接种盆栽毛竹幼苗

取毛竹种子,用温水浸泡24 h，然后将它们播种于装有无菌土的盆钵中,置于温室大棚中进行常规管理。待毛竹幼苗长到4叶1芽时,分别实施下列处理:对照组，用30 mL清水灌根;处理组，用30 mL促生细菌悬浮液灌根接种。每处理5株,6次重复。定期进行田间管理,并分别于接种后15、30、60 d对毛竹幼苗的叶片进行叶绿素、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖含量，以及过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性等生理生化指标的测定。

1.5 毛竹叶片生理生化指标的测定

采用SPAD-502叶绿素快速测定仪(Minolta, Japan),选取10片毛竹叶片,分别在叶基、叶中、叶尖处测得SPAD值,重复测定3次，求出每片叶的平均值，用SPAD值表示叶片叶绿素含量的相对值。

采用紫外分光光度法测定毛竹叶片的过氧化氢酶活性；参照硫代巴比妥酸法测定毛竹叶片的丙二醛含量；参照愈创木酚法测定毛竹叶片的过氧化物酶活性；参照氮蓝四唑光还原法测定毛竹叶片的超氧化物歧化酶活性；采用考马斯亮蓝比色法测定毛竹叶片的可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法测定毛竹叶片的可溶性糖含量[14]。

2 结果与分析

2.1 促生内生细菌活性物质对毛竹叶片叶绿素含量的影响

叶绿素仪是一种简单、快速、非破坏性测定叶片中叶绿素含量的仪器[11],叶绿素含量与SPAD值密切相关,因此SPAD值可代表叶绿素含量的高低。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素,其含量对光合速率有直接的影响。孟军等[12]研究表明叶绿素含量在一定范围内与叶片净光合速率呈正相关。从图1可以看出,经内生细菌活性物质灌根接种处理后毛竹叶片的SPAD值均高于清水对照,以接种处理后30 d时的效果最明显。因此内生细菌活性物质灌根处理可以增加毛竹叶片的叶绿素含量,从而提高毛竹的光合作用速率,促进其植株生长。

2.2 促生内生细菌活性物质对毛竹叶片丙二醛(MDA)含量的影响

陈少裕[13]的研究结果表明，寄主体内丙二醛(MDA)含量是膜脂过氧化程度的一个重要标志,MDA含量增加是植物细胞损伤的直接因素。图2显示：与清水对照相比,用内生细菌活性物质接种后15～60 d内各处理毛竹叶片的MDA含量基本上保持平稳并稍有下降。因此,内生细菌活性物质处理可以降低毛竹叶片的MDA含量,从而起到保护毛竹细胞膜的作用。

2.3 促生内生细菌活性物质对毛竹叶片过氧化物酶(POD)活性的影响

由图3可以看出：在内生细菌CT-B09-2处理后15 d时，毛竹叶片的过氧化物酶(POD)活性较对照略有降低,但差异不显著;经内生细菌JL-B06和WYS-A01-1处理后的毛竹叶片POD活性均高于清水对照；在3种内生细菌处理后30 d和60 d时,毛竹叶片的POD活性均高于清水对照。

图1 内生细菌处理后毛竹叶片SPAD值的变化

图2 内生细菌处理后毛竹叶片MDA含量的变化

图3 内生细菌处理后毛竹叶片POD活性的变化

2.4 促生内生细菌活性物质对毛竹叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

经内生细菌CT-B09-2、JL-B06及WYS-A01-1处理后毛竹叶片的超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化趋势与对照基本相似,呈现平稳并上升的趋势。经内生细菌CT-B09-2、JL-B06及WYS-A01-1处理后15 d、30 d和60 d的毛竹叶片的SOD活性均高于清水对照(图4)。

2.5 促生内生细菌活性物质对毛竹叶片可溶性蛋白含量的影响

毛竹叶片可溶性蛋白含量的测定结果(图5)表明：内生细菌活性物质各处理及清水对照的毛竹叶片的可溶性蛋白含量均呈逐渐增加的趋势;在内生细菌接种后15 d、30 d和60 d时,经JL-B06、CT-B09-2和WYS-A01-1处理后的毛竹叶片的可溶性蛋白含量与清水对照相比,差异显著。由此可见,接种内生细菌活性物质可诱导毛竹叶片内可溶性蛋白含量的增加。

图4 内生细菌处理后毛竹叶片SOD活性的变化

图5 内生细菌处理后毛竹叶片可溶性蛋白含量的变化

2.6 促生内生细菌活性物质对毛竹叶片可溶性糖含量的影响

由图6可见：各内生细菌活性物质处理及清水对照的毛竹叶片的可溶性糖含量均呈逐渐增加的趋势;在内生细菌活性物质接种后15 d、30 d和90 d时,经CT-B09-2、JL-B06及WYS-A0-1处理的毛竹叶片的可溶性糖含量均显著高于清水对照的。

3 结论与讨论

本研究结果表明：促生内生细菌能提高毛竹叶片的叶绿素含量,增强毛竹叶片的保护酶活性,从而提高毛竹对不良环境条件的抗性。经促生菌株处理后,除丙二醛(MDA)含量低于对照外,毛竹叶片的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均高于对照,表明内生细菌对毛竹具有促生作用。另外,还可以根据不同促生内生细菌菌株对毛竹生化指标的不同表现,对它们进行合理配伍,制备成功能复合性微生物菌剂,从而充分发挥微生物资源的作用。

图6 内生细菌处理后毛竹叶片可溶性糖含量的变化