枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片抗氧化特性的影响

卢娇娇，刘明庆，王 寒，王 梅*，张凯煜，贺 英

（1.榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000；2.榆林市横山区农业技术推广中心，陕西 横山 719100；3.四川农业大学，四川 雅安 625000）

0 引言

枯草芽孢杆菌分布广、繁殖快［1-2］，可分泌多种活性物质，且分泌物不含内、外毒素［3］，其在防控病虫害［4］、调节土壤养分［5］及改善土壤微生物群落结构［6］等领域发挥重要作用。杨超才等［7］研究发现经枯草芽孢杆菌菌剂处理后的烟草，其根际土壤微生物增加。刘文欢等［8］研究发现，施加枯草芽孢杆菌后有利于增强柑橘根系的氮磷钾吸收，植株吸收养分增强，果实品质有所改善。Tan等［9］研究发现施加含有芽孢杆菌菌肥的T-5及CM-2菌株可明显抑制番茄枯萎，其酶活性与防御基因的表达显著提高。枯草芽孢杆菌配制的菌肥与化学农药混用不失活，有利于增强植株抗病性，有助于农药减量化，推进现代农业绿色和可持续发展。生物炭是缺氧低温条件下热裂解形成富含碳的有机质［10-11］，其孔隙结构发达且吸附性强［12-13］，这些特性有利于增强土壤固碳、优化土壤结构，是优质的土壤改良剂。张进红等［14］研究发现，施加生物炭的紫花苜蓿，可缓解逆境胁迫、提高叶片光合效率、促进植株生长。赵晓军等［15］研究发现，配施菌剂与生物炭能增强土壤活性、酶活性，提高有机碳含量、微生物数量和多样性等。有研究表明：施加菌肥和生物炭后的白菜［16］、玉米［17］、水稻［18］等作物，不仅改善了土壤，还提高了作物对营养成分的利用率，其产量和品质也得到提升。综上，配施菌肥和生物炭能充分发挥肥效、提升作物的产量和品质，其在农业领域应用潜力大，对农业生产现代化模式具有重要的指导作用。

马铃薯是我国的第四大主粮。近年来，马铃薯病害逐年加重，研究发现黑痣病的病情指数达到30.73［19］；病毒病导致的减产达20%～50%，部分严重的田块甚至高达80%以上［20］；晚疫病的发病面积年均约197.47万hm2，产量损失占所有病害的63.54%［21］。目前，关于枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片抗氧化特性的研究报道甚少。基于此，笔者通过施加枯草芽孢杆菌与生物炭来测定其对马铃薯叶片抗氧化酶活性及其产量和品质的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

供试马铃薯叶片选自陕西省榆林市榆阳区现代农业科技示范园区，经常规基肥与常规基肥的（70%、80%、90%）处理后，施加枯草芽孢杆菌与生物炭，于马铃薯花期后期（8月13日）采样，带回榆林学院保存备用，供试品种为冀张薯226。

1.2 试验设计

试验设计详见表1。施枯草芽孢杆菌375 kg/hm2、生物炭2250 kg/hm2。施追肥（尿素150 kg/hm2，硝酸钙镁300 kg/hm2，硝酸钾450 kg/hm2，专用复合肥600 kg/hm2）和叶面肥（多元微肥3000 g/hm2，液体微量元素3000 mL/hm2）。小区面积54 m2（5.4 m×10.0 m），每个处理重复3次，重复之间设置宽0.5 m的走道，最外侧设置2 m的保护行。马铃薯单垄栽培，每小区起6垄，垄高0.3 m、行距0.9 m。

表1 枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片施加不同 处理的试验设计

于5月23日播种，播种后铺设滴灌带；6月11日马铃薯出苗，7月16日为马铃薯现蕾期，7月21日马铃薯开花，9月22日收获马铃薯。于8月13日采集不同处理后的马铃薯叶片，带回榆林学院植物保护实验室。试验测定施加枯草芽孢杆菌与生物炭后对马铃薯叶片抗氧化酶活性的影响，所用检测试剂均购自索莱宝生物科技有限公司。

1.3 试验方法

依据试剂盒使用说明，计算酶活性。

1.4 数据处理与分析

用SPSS 19.0软件进行数据统计分析。使用SPSS软件单因素方差分析进行统计分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片PPO、CAT、GOD、POD、SOD活性的影响

如表2所示，通过施用枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片的影响发现，KS80和KS90处理后，马铃薯叶片PPO的活性分别为1156.80和1147.60 U/g，较CK分别提高了29.40%和28.37%。KS80和KS90处理后马铃薯叶片CAT的活性较CK分别提高了84.84%和94.62%。K80与KS70处理后马铃薯叶片GOD的活性较CK无显著性差异；KS80和KS90处理后马铃薯叶片GOD的活性较CK分别提高了14.08%和16.31%，两者显著高于其他处理。K90处理后马铃薯叶片POD的活性较KS70处理显著提高；KS80和KS90处理后马铃薯叶片POD的活性分别为0.46和0.49 U/g，较CK分别提高了48.39%和58.06%。K90处理后马铃薯叶片SOD的活性较KS70高；KS80和KS90处理后马铃薯叶片SOD的活性最高，较CK分别提高了81.98%和80.87%。

表2 不同处理对马铃薯叶片PPO、CAT、GOD、POD、SOD活性的影响 U/g

2.2 枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片总抗氧化能力的影响

如图1所示，通过施加枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片的影响发现，K80和K90处理后马铃薯叶片总抗氧化能力分别为6.15和7.01 μmol/g，较CK分别提高了25.53%和43.28%。KS70处理后马铃薯叶片总抗氧化能力为7.03 μmol/g，其与K90无显著性差异，较CK提高了43.53%；KS80和KS90处理后马铃薯叶片总抗氧化能力分别为8.90和9.12 μmol/g，较CK分别提高了81.80%和86.36%。在施加相同基肥的条件下，经过KS80和KS90处理后的叶片总抗氧化能力较K80、K90更强。

2.3 枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片非蛋白巯基含量的影响

如图2所示，通过施加枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片的影响发现，K80和K90处理后马铃薯叶片非蛋白巯基含量分别为5.93和6.84 μmol/g，两者差异不显著，较CK分别提高了96.80%和126.84%。KS80和KS90处理后马铃薯叶片非蛋白巯基含量分别为8.46和9.00 μmol/g，较CK分别提高了180.50%和198.45%，且两者之间差异不显著。施用相同基肥的条件下，经KS80和KS90处理后的非蛋白巯基含量较K80和K90高。

2.4 枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片羟自由基清除能力的影响

如图3所示，通过施加枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片的影响发现，K70处理后马铃薯叶片羟自由基清除能力为1.11 μmol/g，显著低于CK，降低幅度为22.19%；K80和K90处理后马铃薯叶片羟自由基清除能力与CK无显著性差异，且两者处理后马铃薯叶片羟自由基清除能力显著高于K70。KS80和KS90处理后马铃薯叶片羟自由基清除能力分别为1.89和2.00 μmol/g，较CK分别提高了31.85%和39.59%，且两者之间差异性不显著。施用相同基肥的条件下，经过KS80和KS90处理后的羟自由基清除能力较K80和K90强。

2.5 枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片总巯基含量的影响

如图4所示，通过施加枯草芽孢杆菌与生物炭对马铃薯叶片的影响发现，K70和K80处理后马铃薯叶片总巯基含量分别为5.72和5.99 μmol/g，较CK分别提高了175.12%和188.14%；K90处理后马铃薯叶片总巯基含量为6.41 μmol/g，显著高于CK，其与K80处理之间差异性不显著。KS70处理后马铃薯叶片总巯基含量为3.65 μmol/g，较CK提高了75.64%；KS80和KS90处理后马铃薯叶片总巯基含量分别为7.41和7.00 μmol/g，较CK分别提高了256.26%和236.74%，且两者处理后马铃薯叶片总巯基含量显著高于KS70，但两者之间差异不显著。施用相同基肥的条件下，马铃薯叶片总巯基含量经KS80和KS90处理后较K80和K90的高。

3 讨论

诸多胁迫因子影响着植株的生长发育，在此过程中植株会产生相应的防御系统并相互协调，维持植物体内的正常代谢［22］。PPO在植物生长中参与逆境胁迫、抗病虫害、生物组织修复等过程［23-24］，本研究通过试验测定发现，经KS80处理后马铃薯叶片的PPO活性为1156.80 U/g，较其他处理高，这与Uiiah等［25］研究发现角豆在逆境中的PPO活性显著增强的结果相类似。CAT和POD与植物抗病能力和活化土壤中难溶性养分有关，尤其在逆境中植物开启自我防御机制［26］，通过测定发现用枯草芽孢杆菌和生物炭处理后马铃薯叶片CAT和POD活性显著高于其他处理，与唐汉萌［27］的研究结果一致，即施用微生物菌剂和生物炭处理半夏后，半夏叶片CAT和POD的活性显著增强。SOD是抗氧化防御第一线的关键酶之一，保护植物在正常细胞代谢活动期间免受各种环境压力产生的活性氧的毒性作用［28］，研究发现用KS80处理后马铃薯的叶片SOD活性为2013.26 U/g，与KS90处理之间无显著差异，但显著高于其他处理，这与刘亚东等［29］研究结果一致，即配施生物菌肥后的盐碱土，使生长中后期的燕麦SOD活性显著增强。总抗氧化能力是抗氧化酶类或多种抗氧化物质的综合反映［30-31］，研究发现KS80和KS90处理后马铃薯叶片的总抗氧化能力分别为8.90和9.12 μmol/g，两者显著高于其他处理，这与吴东等［32］研究复合益生菌发酵饲料组中总抗氧化能力的结果类似。含巯基化合物对植物自身生理十分重要，还为其他生命体提供延缓衰老、抗氧化、抗病等生物活性［33］，非蛋白巯基参与植物新陈代谢、清除活性氧、抵抗过氧化损伤、保护酶及抗耐性等［34］，研究发现用KS80和KS90处理后马铃薯的叶片总巯基和非蛋白巯基的含量显著增加，这与谢童等［35］的研究结果一致。植物体内抗氧化活性物质的增多，增强了羟自由基的清除能力［36］，研究发现KS80和KS90处理后马铃薯叶片羟自由基清除能力显著增强。

4 结论

施用80%常规基肥和枯草芽孢杆菌处理后，施加生物炭的马铃薯叶片的理化性质优于未施加生物炭的；施用80%常规基肥加入枯草芽孢杆菌和生物炭，在显著提高马铃薯叶片PPO、CAT、GOD、POD和SOD活性的同时，总抗氧化能力、非蛋白巯基的含量、羟自由基清除能力和总巯基也显著增强。因此，在大田试验中，可选用KS80代替常规基肥的实施，为马铃薯减施化肥和农药奠定理论基础。