光合細菌促進黃瓜幼苗生長作用的研究

邵 雙, 崔心棟

(沈陽化工大學環境與生物工程學院,遼寧沈陽 110142)

光合細菌促進黃瓜幼苗生長作用的研究

邵 雙, 崔心棟

(沈陽化工大學環境與生物工程學院,遼寧沈陽 110142)

采用光合細菌中的泥生綠菌 (Chlorobium lim icola)菌株Ⅰ-2和沼澤紅假單胞菌 (Rhodopseudom onas palustris)菌株Ⅳ-3,分別以 107個/mL、108個/mL及 109個/mL三種濃度菌懸液根灌處理黃瓜幼苗,考查光合細菌對黃瓜的促生效果.研究結果表明,菌株Ⅳ-3在以 108個/mL濃度處理黃瓜時,可使幼苗株高增高、莖粗增粗、增加鮮質量干質量、提高葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量,促進生長效果顯著,是最佳處理菌株的濃度;Ⅳ-3在以 107個/mL濃度處理黃瓜時有相同趨勢,只是促進效果次之;Ⅰ-2以 109個/mL濃度處理黃瓜時,幼苗的株高、莖粗、鮮質量干質量均顯著增加.

光合細菌; 黃瓜幼苗; 光合作用; 生長

在現代農業生產體系中,施用以氮、磷、鉀為主體的化學肥料對作物增產起了決定性作用,而長期過量施用化肥引起的土壤肥力下降、土壤板結、環境污染等問題已經引起世界范圍內的廣泛重視,發展生物肥料 (Bio-Fertilizer)是實現環保型生態農業的重要措施之一[1].近十多年以來,國內外都在加緊開展基于各種功能微生物菌肥的研究[2].微生物肥料按其作用機理可分為根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌類肥料、解鉀菌類肥料等[3],光合細菌是一類含有細菌葉綠素和多種類胡羅卜素等光合色素而進行光合作用的原核微生物,是固氮菌中非常重要的一類.它具有固碳、固氮、脫氮等獨特的生理特性,在自然界碳、氫、硫等元素的物質循環中起著重要作用.同時,相較于其他固氮生物資源,光合細菌可利用最經濟、最廣泛的太陽能為固氮能源,成本低廉[4].日本、美國、德國早在 20世紀 70年代就著手光合細菌的研究,近年來的研究表明,一些活性菌株還含有抗病毒物質和生長激素,甚至菌體分泌的胞外組分對固氮根瘤細菌也有刺激作用,能顯著提高其固氮活性[5].目前,光合細菌已廣泛用于農業、畜牧業、水產養殖業、環境保護以及醫藥工業,尤其在提高農作物和家畜的產量和品質方面效果顯著[6].本研究旨在探究光合細菌對黃瓜幼苗的促生效果,以期為新型生物肥料的研制奠定基礎.

1 材料與方法

1.1 材料

實驗采用 2種光合細菌菌株,分別為泥生綠菌 (Chlorobium l im icola)Ⅰ-2和沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudom onas palustris)Ⅳ-3,由沈陽化工大學環境與生物工程學院分離、富集、篩選而得;黃瓜品種為天津密刺.對照葉面肥為北京曹氏天正生物技術開發中心監制的“頂花賣瓜”黃瓜專用肥,B+Zn+Mg≥10%.

1.2 實驗方法

分別將菌株Ⅰ-2和Ⅳ-3配制成107個/mL、108個/mL、109個/mL三種濃度的菌液,在黃瓜幼苗 2片真葉期、4片真葉期和 6片真葉期根灌,以清水和上述黃瓜葉面肥為對照,每個處理10株,隨機區組設計,重復 3次.最后一次處理 2周后,每個處理選取 3株代表性植株分別測定其形態指標 (株高,莖粗,濕質量,干質量)和生理指標 (葉片葉綠素和類胡蘿卜素的含量),株高通過皮尺測量;莖粗用游標卡尺測量;葉面積的測定是將葉片復印在標準紙上,用秤質量法計算;取黃瓜幼苗期整株地上部分,電子天平稱鮮質量,然后烘干稱干質量.葉綠素和類胡蘿卜素含量的測定分別采用分光光度法[7]和色譜法[8].樣本多重比較采用 SSR法.

2 結果與分析

2.1 光合細菌對黃瓜幼苗株高莖粗的影響

光合細菌對黃瓜幼苗株高莖粗的影響見表1.從表 1可以看出,灌溉 3種濃度的Ⅰ-2和Ⅳ-3的光合細菌菌液都可以顯著增加黃瓜幼苗的株高,而且除Ⅳ-3(109個/mL)處理外,均達到了極顯著水平 (P<0.01),增高的效果并未隨著菌液濃度的增大而增強,各處理間以 Ⅳ-3(107個/ mL)和Ⅳ-3(108個/mL)增高幅度最大,極顯著的高于其他處理(P<0.01).增高幅度其次的是Ⅰ-2(107個/mL)和Ⅰ-2(109個 /mL).與清水對照相比,各處理菌液均能顯著增加黃瓜幼苗的莖粗,增粗的效果顯示出隨著菌液濃度的增大而增加,其中以Ⅰ-2(108個 /mL)和Ⅰ-2(109個/mL)最為有效,達到極顯著水平 (P<0.01).黃瓜幼苗的徒長現象很常見,即株高較高,而莖粗較細,幼苗纖弱、生長勢弱,不利于后期生長和抗病.表1中的Ⅳ-3(107個/mL)和Ⅳ-3(108個/mL)處理就似乎呈現出徒長的態勢,株高增加幅度很大,而莖粗增加相對較小,但究竟是徒長還是菌液的作用偏重于株高,還要考察其他指標.而Ⅰ-2 (108個 /mL)和Ⅰ-2(109個/mL)兩個處理的黃瓜幼苗莖粗和株高協同增加.

表 1 光合細菌對黃瓜幼苗株高莖粗的影響Table 1 Effect of photosynthetic bacteria on the plant height and stem diameter of cucumber seedlings

2.2 光合細菌對黃瓜幼苗鮮質量干質量的影響

光合細菌對黃瓜幼苗鮮質量干質量的影響見表 2.從表 2可以看出,除Ⅳ-3(109個 /mL)外,其他光合細菌菌液處理均能顯著增加黃瓜幼苗的鮮質量,其中又以Ⅰ-2(109個/mL)、Ⅳ-3 (108個 /mL)和Ⅳ-3(107個 /mL)處理極顯著地高于其他處理(P<0.01),這三個處理也顯著增加黃瓜幼苗的干質量,Ⅳ-3(108個/mL)和Ⅳ-3 (107個 /mL)達到極顯著水平 (P<0.01).鮮質量和干質量能衡量植株同化作用、物質積累的能力,從表 2可知,Ⅳ-3(108個 /mL)、Ⅳ-3(107個/ mL)和Ⅰ-2(109個/mL)三個處理效果好.Ⅰ-2 (107個 /mL)和Ⅳ-3(109個/mL)處理極顯著地降低了黃瓜幼苗的干質量(P<0.01).

表 2 光合細菌對黃瓜幼苗鮮質量干質量的影響Table 2 Effect of photosynthetic bacteria on the wetweight and dryweight of cucumber seedlings

2.3 光合細菌對黃瓜幼苗葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

光合細菌對黃瓜幼苗葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響見表 3.從表 3可以看出,Ⅳ-3 (108個/mL)、Ⅰ-2(107個/mL)、Ⅰ-2(108個 / mL)和Ⅳ-3(107個/mL)四個處理能極顯著提高黃瓜幼苗葉片葉綠素含量 (P<0.01),而Ⅳ-3 (108個/mL)又顯著高于其他處理;Ⅳ-3(108個 /mL)、Ⅰ-2(108個/mL)和Ⅳ-3(107個 /mL)能極顯著提高類胡蘿卜素含量 (P<0.01).葉綠素和類胡蘿卜素是光合色素,能體現植株光合作用的強弱,色素含量高,光合作用強.由此可說明,Ⅳ-3(108個 /mL)、Ⅰ-2(108個/mL)和Ⅳ-3 (107個 /mL)能明顯提高黃瓜幼苗光合作用.

表 3 光合細菌對黃瓜幼苗葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響Table 3 Effect of photosynthetic bacteria on content of chlorophyll and carotin in leaves of cucumber seedlings

3 討論與結論

光合細菌是一類特殊的微生物菌群,不但具有光合作用、生物固氮、分解硫化物及各種胺類的能力,還可以增進土壤肥力,改善植物的營養條件.實驗研究表明,沼澤紅假單胞菌 (Rhodopseudom onas palustris)菌株 Ⅳ-3在以 108個 /mL濃度處理黃瓜時,可使幼苗株高增高、莖粗增粗、增加鮮質量干質量、提高葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量,促進生長效果顯著,是最佳處理菌株和濃度;Ⅳ-3在以 107個/mL濃度處理黃瓜時有相同趨勢,只是促進效果次之;泥生綠菌 (Chlorobi-um lim icola)Ⅰ-2在以 109個 /mL濃度處理黃瓜時,幼苗的形態指標如株高、莖粗、鮮質量干質量均有非常明顯的增加,也可作為深入實驗的參考.由此說明光合細菌確實具有促進植株生長、提高光合作用的效果.

研究中還發現,Ⅳ-3(109個/mL)處理黃瓜,除莖粗外,其他各項指標很低,且有多項指標顯著低于清水對照,提示光合細菌作為外源微生物,應用在植物上時存在二者是否相宜問題,尤其在高濃度處理時更易出現不適應,而植物和微生物的這種互作作用[9]會因微生物種類和濃度不同而呈現差異,因此也說明微生物篩選和梯度濃度處理是必要的.另外,為增進光合細菌促進黃瓜生長的效果,可以考慮與其他固氮菌或解磷菌、解鉀菌配合使用,制作成混合菌肥,以達到減少化肥、有機肥用量的目的.

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Effect of Photosynthetic Bacteria on the Growth of Cucumber Seedlings

SHAO Shuang, CU I Xin-dong
(Shenyang U niversity of Chem ical Technology,Shenyang110142,China)

The stim ulation effect of photosynthetic bacteria on the grow th of cucum ber seedlings was studied by w atering the root using Chlorobium l im icolaⅠ-2and Rhodopseudom onas palustrisⅣ-3.The results show ed that Chlorobium lim icola and Rhodopseudomonas palustris notably increased w et w eight and dry w eight as w ell as the plant height and stem diam eter of cucum ber seedlings at the concentration of 108cell/mL and109cell/mL,respectively.Furtherm ore,the contents of chlorophyll and carotin extracting from leaves of cucum ber seedlings w ere m arkedly increased,because the bacteria concentration w ould enhance plant photosynthesis.

photosynthetic bacteria; cucum ber seedlings; photosynthesis; grow th

Q939.96

A

1004-4639(2010)03-0215-04

2009-10-23

邵雙(1975-),女,遼寧莊河人,教授,博士,主要從事農業微生物工程方面的研究.