張學青, 胡蒙愛,2, 王曉卓, 張雪艷

(1.寧夏大學農(nóng)學院,寧夏銀川 750021; 2.寧夏盛旭昊春農(nóng)業(yè)科技有限公司,寧夏銀川 750021)

我國為蔬菜種植大國,蔬菜產(chǎn)業(yè)在我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中具有獨特的地位和優(yōu)勢,種植面積逐年增加。2021年我國蔬菜播種面積約為 2 187.221萬hm2,同比增長1.8%;蔬菜產(chǎn)量約為76 710.8萬t,同比增長2.4%[1]。根據(jù)國家統(tǒng)計局最新數(shù)據(jù)顯示,中國以109.8 kg的人均蔬菜消耗量一直高居全球第一。從人均蔬菜產(chǎn)量來看,即便是在對外出口的情況下,我國的蔬菜不僅可以自給自足,甚至依舊有盈余。由此可見,發(fā)展綠色蔬菜對改善城鄉(xiāng)居民生活、穩(wěn)定發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收人、擴大農(nóng)產(chǎn)品出口都有極其重要的意義[2]。

香菇多糖是從優(yōu)質(zhì)香菇子實體中提取的有效活性成分。研究表明,香菇多糖處理植株可使植株產(chǎn)生抗性,且提高其過氧化物酶和多酚氧化酶活性,有助于植株抵抗逆境脅迫,對植株生長也起到促進作用[3]。香菇多糖具有抗病毒、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫和刺激干擾素形成等功能[4]。香菇多糖處理使寄主植株產(chǎn)生誘導抗性,菌物多糖中的核酸、糖蛋白等都是誘導抗病毒物質(zhì),這些物質(zhì)通過植株感受點而產(chǎn)生抗性[5]。研究表明,香菇多糖對煙草花葉病毒(TMV)的誘導抗性在1.00 mg/mL誘導濃度下最明顯;香菇多糖噴施煙草,誘導葉片組織過氧化物酶和多酚氧化酶活性提高,且香菇多糖對煙草種子萌發(fā)有較明顯的促生作用[6]。

解淀粉芽孢桿菌可改善作物根際微生物群落,在促進作物生長方面作用顯著[7]。解淀粉芽孢桿菌與黃瓜分泌物存在互作作用,可在黃瓜根際定殖,占據(jù)根部有利生態(tài)位點,為促進幼苗生長提供有利條件[8]。有研究表明,解淀粉芽孢桿菌可通過溶解磷酸鹽、生物固氮等提高植物根際養(yǎng)分的可利用性,直接促進作物生長[9]。接種固氮、溶磷菌株,可以增加土壤中速效氮、磷、鉀含量,促進作物生長[10]。王琪媛等發(fā)現(xiàn),分泌ACC脫氨酶的根際細菌能促進植株生長[11]。在長勢及光合作用方面,解淀粉芽孢桿菌也表現(xiàn)出顯著的促進作用。這可能與解淀粉芽孢桿菌可以分泌生長素、細胞分裂素、脫落酸、赤霉素和亞精胺等生長因子有關[12]。喬俊卿等發(fā)現(xiàn),使用B1619菌液能夠增強番茄葉片的蒸騰速率、光合速率,從而達到促進番茄生長的效果[13]。張德珍等發(fā)現(xiàn),用稀釋的JF-1發(fā)酵液灌根,可以顯著提高黃瓜幼苗的壯苗指數(shù),有效增加黃瓜幼苗的側(cè)根數(shù)、葉面積和葉綠素含量[14]。微生物對植物生長具有促進效果,一方面因為微生物可以通過分泌植物生長素促進植物發(fā)育;另一方面因為微生物可以刺激植物根系發(fā)育,從而達到促進作物生長的效果[15]。

前期試驗表明,500 mg/L殼寡糖+107CFU/mL解淀粉芽孢桿菌復配香菇多糖為黃瓜幼苗促生效果的最優(yōu)處理[16]。本研究以清水灌根為對照(CK),設置香菇多糖700倍液(X700)單一處理、500 mg/L殼寡糖+107CFU/mL解淀粉芽孢桿菌(F1)、500 mg/L殼寡糖+107CFU/mL解淀粉芽孢桿菌+香菇多糖700倍液(F1-X700)處理,通過對比不同處理的基質(zhì)養(yǎng)分特性、黃瓜幼苗長勢、光合特性、根系發(fā)育的變化,探究殼寡糖、解淀粉芽孢桿菌、香菇多糖混配施用對黃瓜幼苗生長和對黃瓜幼苗低溫抗性的影響,旨在為黃瓜幼苗越冬技術提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

黃瓜促生長試驗于2021年9月10日在寧夏大學實訓溫棚進行。試驗材料為1葉1心德爾LD-1黃瓜幼苗(購自寧夏天緣種業(yè)有限公司)。供試解淀粉芽孢桿菌XY-13由寧夏大學微生物實驗室提供;殼聚糖由黑龍江八一農(nóng)墾大學提供;香菇多糖為有效成分含量為1%的水劑,購自北京三浦百草綠色植物制劑有限公司。以清水灌根為對照(CK),用香菇多糖700倍液(X700)、500 mg/L殼寡糖+107CFU/mL解淀粉芽孢桿菌(F1)、500 mg/L 殼寡糖+107CFU/mL解淀粉芽孢桿菌+香菇多糖700倍液組合(F1-X700)分別進行灌根處理。在處理開始的第1天、第10天、第20天進行3次灌根處理,灌溉量為每次15 mL/株,每個處理總計40株。重復3次,第30天測定幼苗長勢。

黃瓜耐低溫試驗于2022年1月7日開始,于寧夏大學農(nóng)學院光照培養(yǎng)箱內(nèi)進行。試驗以2葉1心德爾LD-1黃瓜幼苗為試材,幼苗期各不同處理根據(jù)黃瓜生長需求進行統(tǒng)一灌水,每個穴盤(72穴)灌水 1 L/次。將黃瓜幼苗放置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)以正常溫光環(huán)境培養(yǎng),以清水灌根為對照,以500 mg/L殼寡糖+107解淀粉芽孢桿菌+香菇多糖700倍液混合液對黃瓜幼苗進行為期3 d的預處理。第4天進行低溫脅迫處理,至第10天取樣,測定長勢、抗氧化酶活性等指標。試驗中設置3個不同的溫度組合:以晝/夜溫度28 ℃/18 ℃為對照,低溫處理的晝/夜溫度分別控制為20 ℃/12 ℃、16 ℃/8 ℃,光照時間及強度統(tǒng)一(表1),耐低溫試驗設計詳見表2。

表1 光照處理

表2 耐低溫試驗設計

1.2 取樣和測定方法

1.2.1 幼苗長勢測定 分別在試驗第1天至第30天,隨機選擇長勢良好均一的代表性植株10株,同時測定并計算幼苗的株高相對生長率(RGR-PH)、莖粗相對生長率(RGR-SV)。葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素儀測定。

RGR-PH=[ln(h2)-ln(h1)]/(t2-t1);

(1)

RGR-SV=[ln(d2d2h2)-ln(d1d1h1)]/(t2-t1)。

(2)

式中:h1、h2代表2次測量的株高;d1、d2代表2次測量的莖直徑;n1、n2代表2次測量的葉片數(shù);t1、t2代表2次取樣時間[17]。

2021年9月20日取代表性植株6株。用電子天平稱量地上部、地下部的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。

1.2.2 光合特性測定 2021年9月20日,每個處理取代表性植株,測定黃瓜幼苗光合特性。于晴天 09:00—11:00,用美國LI-6800便攜式光合儀測量葉片熒光特性。

1.2.3 基質(zhì)化學特性分析 2021年9月21日,隨機選取50 g基質(zhì)樣品,風干后過1 mm篩,用于測定基質(zhì)養(yǎng)分。pH值采用pH計測定;EC值采用電導率儀測定;總氮(TN)含量采用H2SO4-H2O2硝化-半微量凱氏定氮法[18]測定;有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定;速效氮含量采用堿解擴散法測定;速效磷含量采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提,鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量采用1.0 mol/L醋酸銨浸提,火焰光度法[19]測定。

1.2.4 抗氧化酶活性測定 2022年1月17日稱取0.5 g不同處理黃瓜幼苗新鮮葉片,使用硫代巴比妥酸法測定MDA含量。使用氮藍四唑(NBT)法測定鮮樣黃瓜葉片SOD活性,采用愈創(chuàng)木酚法測定POD活性,采用紫外分光光度法[20]測定CAT活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019、SPASS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。采用單因素ANOVA進行顯著性分析(α=0.05),使用Origin 2018軟件作圖。所有數(shù)據(jù)重復3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對基質(zhì)養(yǎng)分特性的影響

由表3可知,香菇多糖700倍液處理(X700)的基質(zhì)EC值、有機質(zhì)、速效氮、速效磷、全氮含量均顯著高于CK處理。相較于CK處理,F1處理的基質(zhì)養(yǎng)分含量顯著增加,且F1處理對基質(zhì)EC值和速效鉀含量增加效果優(yōu)于X700處理。F1、X700、F1-X700處理的各基質(zhì)養(yǎng)分指標基本顯著高于CK處理,其中F1-X700處理的有機質(zhì)、速效氮、速效鉀、速效磷含量均為最高,比CK處理顯著高32.2%、294.1%、67.9%、38.0%。

表3 不同處理對基質(zhì)養(yǎng)分的影響

2.2 不同處理對黃瓜幼苗長勢的影響

由表4可知,F1、F1-X700處理的莖粗相對生長率、葉綠素含量均顯著高于CK處理。X700、F1、F1-X700處理之間的株高相對生長率無顯著差異,但都顯著高于CK處理。F1-X700處理的莖粗相對生長率、葉綠素含量、壯苗指數(shù)均為最高,分別比CK處理顯著高61.4%、67.5%、20.8%。

表4 不同處理對黃瓜幼苗長勢的影響

2.3 不同處理對黃瓜幼苗根系發(fā)育的影響

由表5可知,F1、X700、F1-X700處理的根系生長指標均顯著高于CK處理。X700處理的總根長、根表面積、根體積均顯著高于CK處理。F1-X700處理的總根長、根表面積、根直徑、根體積最高,比CK處理顯著高47.7%、140.2%、32.5%、171.3%。

表5 不同處理對黃瓜幼苗根系發(fā)育的影響

2.4 不同處理對黃瓜幼苗光合作用的影響

由表6可知,F1、X700、F1-X700處理凈光合速率均顯著高于CK處理。X700處理的蒸騰速率、凈光合速率顯著高于CK處理。F1-X700處理的蒸騰速率、凈光合速率、氣孔導度均為最高,比CK處理顯著高60.0%、68.6%、28.6%。

表6 不同處理對黃瓜幼苗光合作用的影響

2.5 低溫脅迫下復配處理對黃瓜幼苗生物量的影響

由圖1可知,隨溫度的降低,黃瓜幼苗地上部、地下部干鮮質(zhì)量呈現(xiàn)減小的趨勢。相同溫度環(huán)境下,各CK處理與T處理間的地上部、地下部干鮮質(zhì)量無顯著差異,但T2處理的地下部干質(zhì)量顯著比CK2處理高27.2%?？傮w來說,溫度變化對地下部鮮質(zhì)量的影響最大。

2.6 低溫脅迫下復配處理對黃瓜幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖2、圖3可知,在不同溫度環(huán)境中,所有T處理的SOD、POD、CAT活性在各個時期大于或等于CK處理,而MDA含量則與之相反。常溫與低溫處理下,各時期T處理與CK處理的酶活性、MDA含量變化趨勢相近,T處理酶活性指標高于CK處理,丙二醛含量低于CK處理。亞低溫處理下,T2處理的POD與SOD活性均在2 h時下降,隨后大幅增加,于6 h達到峰值,CK處理的POD、SOD活性在低溫脅迫處理下,先下降再小幅上升,后又降低。在處理后6 h,T2處理的POD、SOD活性顯著高于CK處理38.3%、77.2%。T2處理與CK2處理的CAT活性均在2 h下降,隨后增加,但T2處理增長較快,且其峰值高于CK2處理;T2處理的MDA含量在 2 h 達到峰值,隨后先下降后小幅上漲,但CK2處理于4 h才達到峰值,隨后下降。T2處理的MDA累積量顯著低于CK2處理。

3 討論

農(nóng)藥化肥對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害日益凸顯,為了達到農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展,研究發(fā)現(xiàn)一些生物源物質(zhì)可有效促進植株生長,且能提高植物的抗逆性。生物刺激素、芽孢桿菌、植物免疫誘抗劑均是當下有利于植物生長且對環(huán)境友好的創(chuàng)新研究方向[21]。3類生物源物質(zhì)對作物均有一定的抗逆促生作用。本試驗探究生物刺激素、芽孢桿菌、植物免疫誘抗劑配施對基質(zhì)養(yǎng)分提升、作物生長及黃瓜幼苗低溫抗性的影響,對培育黃瓜壯苗及黃瓜幼苗安全越冬具有重要意義。

枯草芽孢桿菌對基質(zhì)的改善作用與其本身具有的溶磷、固氮能力及ACC脫氨酶活性有關?？莶菅挎邨U菌與殼寡糖復配后,顯著提升基質(zhì)的有機質(zhì)含量和速效氮養(yǎng)分。殼寡糖作為一種安全綠色的外源促生物質(zhì)在農(nóng)業(yè)領域已廣泛應用,多用于促進種子萌發(fā)、促進植物生長、改善果實品質(zhì)等方面[22]。本試驗施用500 mg/L殼寡糖和芽孢桿菌復合,黃瓜幼苗壯苗指數(shù)、葉綠素含量、莖粗相對生長率、地下部鮮質(zhì)量、根系發(fā)育、凈光合速率均顯著提升。郭衛(wèi)華等發(fā)現(xiàn),黃瓜幼苗添加殼寡糖可顯著增加株高、葉面積、凈光合速率,殼寡糖處理調(diào)控黃瓜葉片的氣孔導度、胞間的CO2濃度,提升光合作用速率,促進植株生長[23]。這可能與殼寡糖誘導的葉綠體直徑增加及葉綠體中基因表達的調(diào)節(jié)有關[24]。香菇多糖是一種具有潛在激活植物防御響應活性的線性β-1,3-葡聚糖。本試驗中,香菇多糖700倍液處理相對CK處理也可顯著提高黃瓜幼苗根長、根表面積、根體積指標。500 mg/L殼寡糖+107CFU/mL 解淀粉芽孢桿菌+香菇多糖700倍液復配液處理的促進作用更為顯著。

不適宜的環(huán)境條件對植物生長發(fā)育產(chǎn)生負面影響,低溫脅迫是限制設施蔬菜生產(chǎn)的主要因素。前人研究發(fā)現(xiàn),低溫脅迫會明顯抑制作物的生長,尤其限制株高、莖粗及生物量的積累,同時影響作物的葉綠素含量及光合作用[25]。本研究中的低溫脅迫試驗的結(jié)果與之一致。研究表明,殼寡糖處理均能提高低溫脅迫下黃瓜幼苗的根系活力[26]。根際細菌能夠誘導提高植物抗逆相關酶活性,提高作物的抗逆能力[27]。殼寡糖、解淀粉芽孢桿菌、香菇多糖混配處理對黃瓜幼苗的促生抗逆效果顯著優(yōu)于CK處理,這可能與解淀粉芽孢桿菌和殼寡糖之間的相互作用有關。一方面是因為,解淀粉芽孢桿菌能分泌殼聚糖酶,形成生物活性更高的殼寡糖,增強殼寡糖的生物活性[28-29];另一方面是因為,基質(zhì)添加殼聚糖對根際細菌具有定向調(diào)控作用,可明顯改善根際基質(zhì)的細菌群落結(jié)構(gòu),促進優(yōu)勢細菌群的保留與增殖,有助于解淀粉芽孢桿菌XY-13定殖于黃瓜幼苗根系,促進基質(zhì)養(yǎng)分活化與作物根系發(fā)育[30]。

低溫脅迫下,復配處理的POD、SOD活性顯著比CK處理高38.3%、77.2%,丙二醛含量顯著低于CK處理?？寡趸富钚蕴岣吲c丙二醛含量減少與復配處理中添加殼寡糖有關。陳芊如等研究發(fā)現(xiàn),施用外源殼寡糖能夠顯著降低煙草幼苗葉片中活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)含量,增強煙草葉片中抗氧化酶活性,同時還能夠顯著提高煙草幼苗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量[31]。復配處理可增強植株清除活性氧自由基的能力,防止膜系統(tǒng)的氧化損傷和過氧化損傷,誘導黃瓜幼苗的抗寒性,幫助黃瓜幼苗度過低溫逆境。

4 結(jié)論

單一香菇多糖處理可提高基質(zhì)養(yǎng)分并促進黃瓜幼苗生長,但F1處理對黃瓜幼苗的促進作用優(yōu)于單一香菇多糖處理。香菇多糖700倍液與F1復配,以及F1處理均可顯著提高基質(zhì)養(yǎng)分、黃瓜幼苗長勢、蒸騰速率、凈光合速率、氣孔導度、根系生長指標。綜合來說,F1-X700處理對提高基質(zhì)養(yǎng)分、促進黃瓜幼苗生長和光合特性增加效果最顯著。香菇多糖、殼寡糖和芽孢桿菌復合在低溫條件下可提升黃瓜幼苗的低溫抗性,且在亞低溫環(huán)境下的黃瓜幼苗抗寒作用效果優(yōu)于低溫處理。