曹書苗,王文科,王非,張軍
(1.長安大學(xué)旱區(qū)水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710054;2.空軍工程大學(xué)理學(xué)院,西安710054)
放線菌Act12對Pb脅迫下黑麥草根系生長及抗性生理的影響
曹書苗1,王文科1,王非2,張軍1
(1.長安大學(xué)旱區(qū)水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710054;2.空軍工程大學(xué)理學(xué)院,西安710054)
采用菌劑接種及盆栽實(shí)驗(yàn),研究了不同水平Pb脅迫條件下放線菌Act12對黑麥草根系生長和抗性生理的影響。結(jié)果顯示,土壤Pb脅迫水平不同,對黑麥草根系生長和生理特性的影響不同。接入放線菌后,黑麥草根分蘗和根鮮重較對照增加了12.3%~44.2%和19.2%~94.6%,對根系生長有顯著的促進(jìn)作用;接菌后根系過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性較對照也有所增加,尤其在高濃度Pb脅迫下(500~1000 mg·kg-1)對3種酶的促進(jìn)作用最顯著;接菌顯著降低了根系丙二醛(MDA)含量,顯著增加了根系活力。研究表明,Pb脅迫下,放線菌Act12的接入可增強(qiáng)根系抗氧化酶活性,降低質(zhì)膜過氧化損傷,提高根系活力和根系對Pb脅迫的耐受性,進(jìn)而顯著促進(jìn)黑麥草根系生長。
Pb脅迫;放線菌;黑麥草;根系生長;抗性生理
黑麥草(Loliumperenne L.)因生長迅速、生物量大、再生能力強(qiáng)等特點(diǎn),被認(rèn)為是適合普遍種植的優(yōu)質(zhì)牧草和草坪草。研究報(bào)道,黑麥草是一種相對耐重金屬的代表植物,可在Pb、Cd、Cu等重金屬污染土壤中生長和吸收重金屬,并對Pb有一定的富集能力[1-2]。因其生物量高且有較強(qiáng)的重金屬耐性,被認(rèn)為是一種很有潛力的重金屬修復(fù)植物。然而,植物對重金屬表現(xiàn)出富集能力的同時(shí),也會引起植物體內(nèi)一系列生理生化過程的紊亂。研究發(fā)現(xiàn),高濃度Pb可降低黑麥草各項(xiàng)生理指標(biāo),如光合色素含量、植物抗性酶活性等[3-4],使其生長受阻,對黑麥草具有很強(qiáng)的毒性效應(yīng)。因此,研究緩解Pb脅迫對植物毒性效應(yīng)的方法,促進(jìn)植物在含Pb土壤中生長,對植物修復(fù)效率的提高具有重要意義。
目前,利用有益菌來提高植物的耐Pb特性已有相關(guān)報(bào)道。扁豆根部接種4種耐Pb細(xì)菌可提高植物在Pb脅迫下葉片的3種抗氧化酶(CAT、SOD和POD)活性,促進(jìn)植物生長[5];含Pb土壤種植的水稻接種一株內(nèi)生真菌(EF0801),可增強(qiáng)Pb脅迫下葉片的抗氧化酶活性,降低Pb脅迫產(chǎn)生的丙二醛的含量,緩解Pb脅迫對植物的傷害[6]。然而,關(guān)于利用放線菌增強(qiáng)植物在Pb脅迫下的耐受性的研究很少,尤其對黑麥草在Pb污染土壤中的抗性生理罕有報(bào)道。而放線菌是土壤中三大類微生物之一,是抗生素的主要產(chǎn)生菌,其中密旋鏈霉菌具有促進(jìn)植物根系發(fā)育、抗病促生等多種功能[7-8]。
本文以耐Pb性植物黑麥草為研究對象,采用盆栽試驗(yàn),探索不同水平Pb脅迫下,一株放線菌對黑麥草根系生長和根系抗性生理的影響。通過測定在不同Pb脅迫下的根系生長情況,分析根系抗氧化酶活性、丙二醛含量和根系活力,闡明放線菌提高植物對Pb的耐受性機(jī)理,從而為提高植物修復(fù)Pb污染的效率提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 供試材料
供試放線菌為一株密旋鏈霉菌(Streptomyces pactum,Act12),是由西北農(nóng)林科技大學(xué)微生物資源研究室從青藏高原、黃土高原土壤極端生境下的近萬株微生物中分離篩選而來,該放線菌具有防病、促生、抗旱等多種功能[8]。將該菌通過固態(tài)發(fā)酵制成菌粉,用于本研究的盆栽試驗(yàn),其活菌數(shù)量為4.6×1010CFU·g-1。
黑麥草種子千粒重2.2 g,出苗率90%,在種植前先用0.5%NaClO室溫下消毒10 min,再用蒸餾水沖洗后,均勻種植在花盆中,種子覆土約1 cm厚。
供試土壤采自長安區(qū)農(nóng)田表層30 cm土壤,農(nóng)田當(dāng)季作物為小麥,風(fēng)干后過5 mm尼龍篩備用。參照鮑士旦[9]的方法測定土壤基本理化性狀,詳見表1[10]。
表1 土壤基本理化性狀Table 1 The basic physico-chemical properties of soil
1.2 試驗(yàn)裝置
選用直徑23 cm、高度21 cm的塑料花盆,為防止花盆底部小孔漏水,裝土前盆內(nèi)套兩層塑料薄膜。每盆裝土3 kg(風(fēng)干土),土層填充高度約19 cm。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理:不接菌對照(CK)、菌劑接種。根據(jù)中國土壤Pb含量及分布情況、中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618—1995),并結(jié)合黑麥草對修復(fù)Pb污染的相關(guān)文獻(xiàn),每個(gè)處理設(shè)5個(gè)Pb脅迫濃度梯度,分別為0、200、300、500、1000 mg·kg-1,每個(gè)濃度水平設(shè)置3個(gè)重復(fù)。用硝酸鉛[Pb(NO3)2]配制10 g·L-1的Pb原液,分別向5個(gè)大燒杯中加入0、360、540、900、1800 mL的Pb原液,補(bǔ)充蒸餾水至3600 mL。然后將燒杯中的Pb溶液分別均勻噴灑在5堆風(fēng)干土壤中(每堆土重18 kg),攪拌均勻,使土壤與Pb溶液充分混勻(預(yù)試驗(yàn)中3600 mL的溶液加入18 kg風(fēng)干土中,土壤濕度約為20%,接近田間土壤含水率),即得到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所需的5堆Pb濃度梯度的土壤。用塑料薄膜密封,置于黑暗處保存3個(gè)月,使金屬與土壤平衡穩(wěn)定。裝盆前將土樣風(fēng)干,每個(gè)Pb濃度土樣等分成兩份,不接菌對照按試驗(yàn)設(shè)計(jì)稱重裝盆,每盆裝土3 kg;接菌處理5個(gè)Pb脅迫水平土樣中,分別按1.5 g· kg-1干土的量加入菌劑,使菌劑與土樣充分混勻后稱重裝盆。
黑麥草種子每盆種50粒,出苗后每盆統(tǒng)一保留
15株。試驗(yàn)在日光溫室進(jìn)行,溫度控制在22~25℃,每天夜間澆水一次(用稱重法計(jì)算水分差),保持土壤濕度約為20%,觀察記錄生長情況,60 d后將地上部分和根系分開收獲。植物根系先用自來水反復(fù)沖洗干凈后,再用去離子水沖洗3遍,最后用吸水紙吸干根系表面的游離水,稱總重。根鮮樣保存在液氮中用于測定根系生理生化指標(biāo)。
1.4 測試指標(biāo)和方法
超氧化物歧化酶(SOD)活性:參照Marklund等[11]的方法,由抑制氮藍(lán)四唑(NBT)在光下的還原作用來確定,一個(gè)酶活單位以抑制NBT光還原的50%表示。
過氧化氫酶(CAT)活性:根據(jù)測量240 nm下吸光率的變化速度來反映過氧化氫分解,以1 min內(nèi)減少0.1的酶量為1個(gè)酶活單位[12]。
過氧化物酶(POD)活性:按照Polle等[13]的方法測定。
丙二醛(MDA)含量:利用硫代巴比妥酸(TBA)在酸性條件下加熱與組織中的丙二醛發(fā)生顯色反應(yīng),生成紅棕色的三甲川,分別在532、600、450 nm波長處測定其吸光度,計(jì)算出丙二醛的含量[12]。
根系活力:稱取根尖樣品0.5 g,加入0.4%TTC溶液和磷酸緩沖液,37℃暗保溫約2 h,加1 mol·L-1硫酸停止反應(yīng),將根取出,吸干水分后加4 mL乙酸乙酯研磨,提取液在485 nm測定吸光度,求出TTC還原量,用四氮唑還原強(qiáng)度表示根系活力[14]。
1.5 數(shù)據(jù)處理
相對增率(Δctrl%)是表示接菌處理與不接菌對照的差值占不接菌對照比值的百分?jǐn)?shù)。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS20.0(IBM,USA)軟件,用Duncan法做差異顯著性檢驗(yàn),在P<0.05水平(表示差異達(dá)顯著性水平)下進(jìn)行分析。
表2 Pb脅迫下放線菌對黑麥草根系生長的影響Table 2 Effects of inoculation with actinomyces on root growth of ryegrass under Pb stress
2.1 Pb脅迫下放線菌對黑麥草根系生長的影響
由表2可知,隨著土壤Pb脅迫水平的升高,對照和接菌處理黑麥草根分蘗數(shù)和根鮮重均呈先增加后降低的趨勢,在Pb含量為300~500 mg·kg-1時(shí)測定值最大。然而不同Pb脅迫水平下,土壤接入放線菌后,黑麥草根分蘗和根鮮重較對照分別增加了12.3%~44.2%和19.2%~94.6%,其中根分蘗數(shù)在土壤Pb加入量為200 mg·kg-1時(shí)增率最大,根鮮重在土壤Pb加入量為300 mg·kg-1時(shí)增率達(dá)最大。方差分析結(jié)果顯示,放線菌Act12、Pb處理及其交互作用對黑麥草分蘗和根鮮重都有顯著性影響,根分蘗除了500 mg·kg-1處理,其他Pb脅迫水平處理加菌均顯著高于對照,根鮮重不同Pb脅迫下接菌均顯著高于對照(P<0.05)。這表明不同Pb脅迫下,土壤接入放線菌Act12增加了
黑麥草根分蘗和根鮮重,對根系生長有顯著的促進(jìn)作用。
2.2 Pb脅迫下放線菌對黑麥草根系抗氧化酶活性的影響
由表3可知,對照和加菌處理下,黑麥草根系抗氧化酶CAT和POD的活性隨Pb脅迫水平的升高而呈降低趨勢,而SOD的活性呈先升高后降低的趨勢。但土壤接入放線菌Act12后,在不同的Pb脅迫下3種抗氧化酶活性較對照都有一定程度的增加,CAT增加了13.0%~49.1%,SOD增加了14.6%~61.3%,POD增加了11.6%~50.6%;在土壤Pb加入量為500 mg· kg-1和1000 mg·kg-1時(shí),3種抗氧化酶活性的增加均達(dá)顯著性水平(P<0.05)。方差分析顯示,放線菌Act12、Pb處理及其交互作用對黑麥草根系3種抗氧化酶活性都有顯著性影響(P<0.05),表明根系抗氧化酶活性的變化與Pb脅迫水平有關(guān),Pb脅迫增大可降低部分抗氧化酶活性。然而,放線菌Act12加入土壤后,不同程度地增強(qiáng)了抗氧化酶活性,特別是在高濃度Pb脅迫下,放線菌Act12對抗氧化酶活性作用明顯,對緩解脅迫帶來的氧化傷害非常重要。
2.3 Pb脅迫下放線菌對黑麥草根系MDA含量和根系活力的影響
表3 Pb脅迫下放線菌對黑麥草根系抗氧化酶活性的影響Table 3 Effects of inoculation with actinomyces on antioxidant enzyme activities of ryegrass root under Pb stress
表4 Pb脅迫下放線菌對黑麥草根系MDA含量和活力的影響Table 4 Effects of inoculation with actinomyces on root MDA content and activity of ryegrass under Pb stress
由表4可知,放線菌Act12、Pb處理及其交互作用對黑麥草根系MDA含量和根系活力都有顯著性
影響(P<0.05)。隨著Pb脅迫水平的升高,對照和接菌處理黑麥草根系中MDA含量均呈增加的趨勢。與對照相比,接菌顯著降低了根系MDA含量,降幅達(dá)19.2%~35.3%(P<0.05)。說明了Pb脅迫能引起細(xì)胞脂質(zhì)過氧化,脅迫程度越大,脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的MDA量越大,而土壤加入放線菌Act12能極大地降低這種脂質(zhì)過氧化作用。
由表4可知,對照處理黑麥草根系活力在低水平Pb脅迫下呈增加趨勢,在高水平Pb脅迫下降低,300 mg·kg-1Pb脅迫時(shí)根系活力達(dá)最大;接菌處理也呈類似的變化趨勢,但在200 mg·kg-1Pb脅迫下達(dá)最大值。與對照相比,接菌顯著增加了黑麥草根系活力(P<0.05),增幅達(dá)30.9%~166.8%,且在Pb加入量為200 mg·kg-1時(shí)增幅最大。說明了根系活力受Pb脅迫程度的影響很大,低水平Pb脅迫能刺激根系生長,但超過根系的耐受性后生長受阻,而放線菌Act12加入土壤后,對提高根系活力有積極的作用。
Pb是植物生長的非必需元素,與根系作用直接影響植物的生長和生理狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)Pb易于在黑麥草根部吸收和積累,根中Pb濃度和積累均大于地上部[2]。因此,Pb對黑麥草根系的脅迫強(qiáng)度大于地上部,研究Pb脅迫下根系的生長和抗性生理具有重要意義。已有研究表明,低濃度Pb(<500 mg·kg-1)對黑麥草生長有促進(jìn)作用,高濃度時(shí)有顯著的抑制作用[3],與本研究結(jié)果一致。這可能與黑麥草對Pb脅迫的耐受性有關(guān)。
Pb脅迫下土壤接入放線菌Act12后,促進(jìn)了黑麥草根的分蘗,顯著增加了根鮮重,對根系生長表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用。這可能與該菌首先具有較強(qiáng)的Pb耐受性,能在含Pb土壤中良好繁殖有關(guān);其次,放線菌在繁殖時(shí),可能會產(chǎn)生如抗生素、有機(jī)酸、氨基酸、維生素、酶等代謝產(chǎn)物,分枝狀的菌絲體能夠產(chǎn)生各種胞外水解酶[8],這些物質(zhì)本身可刺激植物根系發(fā)育及養(yǎng)分吸收。此外,放線菌Act12可調(diào)整植物根域土壤微生態(tài)平衡,抑制有害微生物的生長,促進(jìn)有益微生物的繁殖,改善微生物區(qū)系[7,15]。以往的研究中放線菌Act12對多種作物如甜瓜、黃瓜等均表現(xiàn)出良好的促生效果[8,14],進(jìn)一步證實(shí)Act12可能是一種廣譜的促生菌。然而,在Pb脅迫下放線菌Act12對黑麥草生長的影響沒有報(bào)道,我們將進(jìn)一步深入研究該菌在Pb脅迫下的促生機(jī)理。
植物抗氧化酶(POD、SOD、CAT)能夠維持自由基在植物體內(nèi)產(chǎn)生和清除的動態(tài)平衡,它們是維持和提高植物耐重金屬脅迫的物質(zhì)基礎(chǔ)之一,SOD可以將有活性和有毒性的超氧自由基轉(zhuǎn)化成H2O2,隨后H2O2可被CAT和POD轉(zhuǎn)化為H2O和O2而清除[16-17]。本研究中黑麥草CAT和POD活性隨著Pb脅迫水平增加而降低,而SOD活性呈先增加后降低。這表明CAT和POD活性受到Pb脅迫的抑制,其活性降低主要由Pb脅迫增強(qiáng)引起,這種抑制作用導(dǎo)致了黑麥草體內(nèi)受Pb脅迫產(chǎn)生超氧自由基的積累。在低濃度Pb(<500 mg·kg-1)脅迫下,黑麥草的抗氧化系統(tǒng)可產(chǎn)生適應(yīng)性誘導(dǎo)反應(yīng),Pb能激活SOD活性和促使SOD活性快速升高,以減緩或消除Pb污染引起的氧化脅迫,使黑麥草對鉛脅迫產(chǎn)生了一定的耐受性;然而當(dāng)Pb脅迫強(qiáng)度增加,Pb在黑麥草體內(nèi)的積累超過一定量時(shí),細(xì)胞內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)就遭到了破壞,SOD活性降低,其防御功能也會下降。這與劉慧芹等[18]對黑麥草,劉碧英等[19]對沿階草受到鉛脅迫后SOD活性變化的研究結(jié)果一致。
土壤加入放線菌后提高了Pb脅迫下黑麥草體內(nèi)3種抗氧化酶活性,尤其是在高濃度Pb脅迫下(500~1000 mg·kg-1),放線菌的增強(qiáng)作用顯著。其可能的作用機(jī)理是:放線菌的代謝產(chǎn)物含有有機(jī)酸、氨基酸等小分子化合物,能以與根系中游離態(tài)的Pb形成螯合物的方式解毒[20],或者放線菌的加入促進(jìn)了Pb從黑麥草根系向地上部轉(zhuǎn)移,來緩解Pb脅迫對根系的毒害作用,因此CAT和POD活性受Pb脅迫的抑制程度降低;此外,放線菌在促進(jìn)黑麥草在Pb污染土中生長時(shí),也可能提高了黑麥草自身對Pb的耐受性,增強(qiáng)了抗氧化酶系統(tǒng),使3種抗氧化酶活性均提高。Li等[6]對水稻接種內(nèi)生真菌(EF0801),Jebara等[21]對扁豆(Lens culinaris)聯(lián)合接種3種細(xì)菌,在Pb污染土壤中,提高了植物體內(nèi)3種抗氧化酶活性,與本研究結(jié)果一致。而閻巖等[22]報(bào)道,4%的Act12可顯著提高丹參毛狀根中活性氧的含量,對丹參毛狀根生物量產(chǎn)生抑制作用,與本研究中Act12對黑麥草的作用結(jié)果相反。這可能與植物的種類和根際土壤環(huán)境有關(guān)。本研究Act12的加入促進(jìn)了黑麥草根系生長,而黑麥草根系在Pb的刺激下有機(jī)酸的分泌量增加[23],這種弱酸性環(huán)境能緩解Pb脅迫下活性氧的積累;而丹參受Act12刺激,培養(yǎng)基中pH上升,表現(xiàn)為細(xì)胞外堿化,進(jìn)而引起了細(xì)胞內(nèi)活性氧的積累,這種積累誘導(dǎo)了丹參酮的合成。
本研究中,Pb脅迫水平越高,黑麥草根系中MDA積累越多。MDA是質(zhì)膜過氧化損傷的產(chǎn)物,是反映逆境脅迫下細(xì)胞膜受傷害程度的一個(gè)重要指標(biāo),其含量的高低可反映出細(xì)胞質(zhì)膜過氧化的水平,重金屬離子濃度越高,MDA積累越多,對植物毒害效應(yīng)越強(qiáng)[24]。放線菌加入緩解了植株膜脂過氧化,可能是因?yàn)榉啪€菌增強(qiáng)了黑麥草根系抗氧化系統(tǒng),對Pb脅迫產(chǎn)生的自由基的清除能力增強(qiáng),中斷了自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng),降低了細(xì)胞質(zhì)膜氧化損傷。
植物根系是活躍的吸收器官和合成器官,根系活力是根系生理的主要指標(biāo)之一,直接影響地上部的生長和營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平。本研究中,低水平Pb(<500 mg·kg-1)脅迫對黑麥草根系有刺激作用,高水平Pb(1000 mg·kg-1)脅迫下根系活力降低。放線菌Act12加入土壤對提高根系活力有顯著的作用。這可能與放線菌既能促進(jìn)根系養(yǎng)分吸收,又能改善根際環(huán)境有關(guān),如調(diào)整根域微生態(tài)環(huán)境[7];另外,與根系抗氧化系統(tǒng)的增強(qiáng)和MDA積累降低直接相關(guān)。已有研究表明,根系活力的增加對根系生長和提高根系對Pb的吸收能力具有重要的貢獻(xiàn)[25]。
(1)隨著土壤Pb脅迫水平的升高,黑麥草根分蘗數(shù)和根鮮重呈先增加后降低的趨勢,而土壤接入放線菌Act12后,增加了黑麥草根分蘗和根鮮重,對根系生長有顯著的促進(jìn)作用。
(2)黑麥草根系抗氧化酶CAT和POD的活性隨Pb脅迫水平的升高而呈降低趨勢,而SOD活性在低水平Pb脅迫的增加可能是植物應(yīng)對脅迫自身的應(yīng)答機(jī)制。但土壤接入放線菌Act12后,通過提高抗氧化酶活性,清除了Pb脅迫所產(chǎn)生氧自由基,增強(qiáng)根系耐毒性。
(3)隨著Pb脅迫水平的升高,黑麥草根系中MDA積累增加,放線菌Act12接入顯著降低了MDA含量。放線菌接入提高了根系活力,是放線菌接入引起根系抗性生理增強(qiáng)的綜合體現(xiàn)。
[1]Bidar G,Pruvot C,Gar?on G,et al.Seasonal and annual variations of metal uptake,bioaccumulation,and toxicity in Trifolium repens and Lolium perenne growing in a heavy metal-contaminated field[J].Environmental Science and Pollution Research,2009,16(1):42-53.
[2]Lou Y,Luo H,Hu T,et al.Toxic effects,uptake,and translocation of Cd and Pb in perennial ryegrass[J].Ecotoxicology,2013,22(2):207-214.
[3]姚婧,王友保,李文良,等.黑麥草對土壤中Pb的富積作用及耐受性研究[J].水土保持通報(bào),2008,28(2):17-21.
YAO Jing,WANG You-bao,LI Wen-liang,et al.A study on Pb accumulation and tolerance of Lolium prenne L.in soil[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2008,28(2):17-21.
[4]沈高峰.模擬酸雨和Pb復(fù)合脅迫對2種草坪草生長及抗氧化生理的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(22):11283-11286.
SHEN Gao-feng.Effects of simulated acid rain and Pb combined stress on growth and antioxidative physiology of two kinds of turf grass[J]. Journal of Anhui Agriculture Science,2012,40(22):11283-11286.
[5]Jebara S H,Saadani O,F(xiàn)atnassi I C,et al.Inoculation of Lens culinaris with Pb-resistant bacteria shows potential for phytostabilization[J].Environmental Science and Pollution Research,2015,22(4):2537-2545.
[6]Li X,Bu N,Li Y,et al.Growth,photosynthesis and antioxidant responses of endophyte infected and non-infected rice under lead stress conditions[J].Journal of Hazardous Materials,2012,213/214:55-61.
[7]張鴻雁,薛泉宏,申光輝,等.放線菌制劑對人參生長及根域土壤微生物區(qū)系的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2013,24(8):2287-2293.
ZHANG Hong-yan,XUE Quan-hong,SHEN Guang-hui,et al.Effects of actinomycetes agent on ginseng growth and rhizosphere soil microflora[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(8):2287-2293.
[8]Zhao J,Xue Q H,Shen G H,et al.Evaluation of Streptomyces spp.for biocontrol of gummy stem blight(Didymella bryoniae)and growth promotion of Cucumis melo L.[J].Biocontrol Science and Technology,2012,22(1):23-37.
[9]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.
BAO Shi-dan.Soil agro-chemistrical analysis[M].Beijing:Agriculture Press,2000.
[10]曹書苗,王文科,王非,等.放線菌對干旱脅迫下黑麥草生長及抗氧化特性的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2016,36(4):751-756.
CAO Shu-miao,WANG Wen-ke,WANG Fei,et al.Effects of actinomycetes on the growth and antioxidative characteristics of perennial ryegrass under drought stress[J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,2016,36(4):751-756.
[11]Marklund S,Marklund G.Involvement of the superoxide anion radical in the autoxidation of pyrogallol and a convenient assay for superoxide dismutase[J].European Journal of Biochemistry,1974,47(3):469-474.
[12]Li Y,Zhang S,Jiang W,et al.Cadmium accumulation,activities of antioxidant enzymes,and malondialdehyde(MDA)content in Pistia stratiotes L.[J].Environmental Science and Pollution Research,2013,20(2):1117-1123.
[13]Polle A,Otter T,Seifert F.Apoplastic peroxidases and lignification in needles of Norway spruce(Picea abies L.)[J].Plant Physiology,1994,106(1):53-60.
[14]段春梅,薛泉宏,趙娟,等.放線菌劑對黃瓜幼苗生長及葉片PPO活性的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,19(9):48-54.
DUAN Chun-mei,XUE Quan-hong,ZHAO Juan,et al.Effects of antimicrobial actinomyces on growth and PPO activity in cucumber[J]. Acta Agriculture Boreali-occidentalis Sinica,2010,19(9):48-54.
[15]何斐,張忠良,崔鳴,等.生防放線菌劑對魔芋根域微生物區(qū)系的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2015,21(2):221-227.
HE Fei,ZHANG Zhong-liang,CUI Ming,et al.Effect of biocontrol actinomyces agents on microflora in the root-zone of Amorphophallus konjac K.Koch ex N.E.Br[J].Chinese Journal of Environmental Biology,2015,21(2):221-227.
[16]尹永強(qiáng),胡建斌,鄧明軍.植物葉片抗氧化系統(tǒng)及其對逆境脅迫的響應(yīng)研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2007,23(1):105-110.
YIN Yong-qiang,HU Jian-bin,DENG Ming-jun.Latest development of antioxidant system and responses to stress in plant leaves[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2007,23(1):105-110.
[17]Duman F,Kar M.Evaluation of effects of exposure conditions on the biological responses of Gammarus pulex exposed to cadmium[J].International Journal of Environmental Science and Technology,2015,12(2):437-444.
[18]劉慧芹,韓巨才,劉慧平,等.鉛梯度脅迫對多年生黑麥草幼苗生理生化特性影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2012,21(6):57-63.
LIU Hui-qin,HAN Ju-cai,LIU Hui-ping,et al.Influence of lead gradient stress on the physiological and biochemical characteristics of perennial ryegrass(Lolium perenne)seedlings[J].Acta Prataculturae Sinica,2012,21(6):57-63.
[19]劉碧英,潘遠(yuǎn)智,趙楊迪.沿階草不同葉片對土壤鉛脅迫的生理生化響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2011,20(4):123-128.
LIU Bi-ying,PAN Yuan-zhi,ZHAO Yang-di.Physiology&biochemical responses of different leaves of Ophiopogon bodinieri to soil lead stress[J].Acta Prataculturae Sinica,2011,20(4):123-128.
[20]Hall J L.Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance[J].Journal of Experimental Botany,2002,53(366):1-11.
[21]Jebara S H,Saadani O,F(xiàn)atnassi I C,et al.Inoculation of Lens culinaris with Pb-resistant bacteria shows potential for phytostabilization[J].Environmental Science and Pollution Research,2015,22(4):2537-2545.
[22]閻巖,趙欣,張順倉,等.活性氧在密旋鏈霉菌Act12誘導(dǎo)丹參毛狀根中丹參酮積累中的作用[J].中國中藥雜志,2014,39(11):1985-1991.
YAN Yan,ZHAO Xin,ZHANG Shun-cang,et al.Roles of reactive oxygen species in Streptomyces pactum Act12-induced tanshinone production in salvia miltirrhiza hairy roots[J].China Journal of Chinese Materia Medica,2014,39(11):1985-1991.
[23]喬冬梅,龐鴻賓,齊學(xué)斌,等.黑麥草分泌有機(jī)酸的生物特性對鉛污染修復(fù)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(12):195-199.
QIAO Dong-mei,PANG Hong-bin,QI Xue-bin,et al.Effect of biological nature of organic acid exudation from ryegrass on phytoremediation of lead pollution[J].Transactions of the CSAE,2011,27(12):195-199.
[24]Li Y,Zhang S,Jiang W,et al.Cadmium accumulation,activities of antioxidant enzymes,and malondialdehyde(MDA)content in Pistia stratiotes L.[J].Environmental Science and Pollution Research,2013,20(2):1117-1123.
[25]Islam E,Yang X,Li T,et al.Effect of Pb toxicity on root morphology,physiology and ultrastructure in the two ecotypes of Elsholtzia argyi[J]. Journal of Hazardous Materials,2007,147(3):806-816.
Effects of actinomycetes Act12 on the root growth and resistant Physiology of Perennial ryegrass under Pb stress
CAO Shu-miao1,WANG Wen-ke1,WANG Fei2,ZHANG Jun1
(1.Key Laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effects in Arid Region(Ministry of Education),Chang′an University,Xi′an 710054,China;2.College of Science,Air Force Engineering University,Xi′an 710054,China)
An inoculation pot experiment was conducted to investigate the effects of actinomycetes Act12 on the growth and resistant physiology of perennial ryegrass under Pb stress.Results showed that different levels of Pb stress affected the growth and physiological characteristics of ryegrass roots to various degrees.However,when inoculated with actinomycetes the root tiller number and root fresh weight were increased by 12.3%~44.2%and 19.2%~94.6%,respectively compared to control,indicating that actinomycetes could significantly promote root growth.Actinomycetes-inoculation increased root enzyme activities of catalase(CAT),superoxide dismulase(SOD)and peroxidase(POD)compared to control as well particularly in high level Pb stress(500~1000 mg·kg-1).Moreover,actinomycetes-inoculation decreased root malondiadehyde(MDA)content and increased root activity significantly.The study indicates that inoculation with Act12 could increase root antioxidant enzyme activities,reduce peroxidation damage of plasma membrane,improve root activity and Pb tolerance,and thus significantly promote root growth of ryegrass under Pb stress.
Pb stress;actinomycetes;perennial ryegrass;root growth;resistant physiology
X171.5
A
1672-2043(2016)10-1881-07
10.11654/jaes.2016-0302
曹書苗,王文科,王非,等.放線菌Act12對Pb脅迫下黑麥草根系生長及抗性生理的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35(10):1881-1887.
CAO Shu-miao,WANG Wen-ke,WANG Fei,et al.Effects of actinomycetes Act12 on the root growth and resistant physiology of perennial ryegrass under Pb stress[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35(10):1881-1887.
2016-03-09
國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41230314);長江學(xué)者與中國教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(IRT0811);教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和陜西省地下水與生態(tài)環(huán)境工程中心開放基金(310829151146)
曹書苗(1984—),女,在讀博士,主要從事水土污染修復(fù)研究。E-mail:shumiaocao@163.com