鏈霉菌JD211對水稻根系形態特征和抗性酶活的影響

邵正英，聶 麗，李 張，曾麗清，魏賽金

(江西農業大學 生物科學與工程學院/江西省農業微生物資源開發與利用工程實驗室,江西 南昌 330045)

鏈霉菌JD211對水稻根系形態特征和抗性酶活的影響

邵正英，聶 麗，李 張，曾麗清，魏賽金*

(江西農業大學 生物科學與工程學院/江西省農業微生物資源開發與利用工程實驗室,江西 南昌 330045)

【目的】研究鏈霉菌JD211對水稻根系形態和抗性酶活的影響，為其在水稻旱育秧上的合理利用提供科學依據。【方法】采用施加鏈霉菌JD211固體菌劑的土壤栽培水稻，測定水稻根系形態指標和主要防御性酶酶活，初步從根系形態和酶學水平上探討鏈霉菌JD211對水稻生長和抗性誘導機制。【結果】加入鏈霉菌JD211菌劑栽培的水稻根系形態指標和抗性酶活均有不同程度的提高。當水稻生長至35 d時，鏈霉菌JD211接種量1 %處理組較對照組的根數、最長根長、根系體積分別提高了27.53 %、31.74 %、40.00 %。超氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)在秧齡25 d時，與對照組相比，分別提高69.20 %、16.75 %、103.57 %。【結論】適宜濃度的鏈霉菌JD211對水稻根系生長有促進作用，能誘發其防御性反應，提高水稻抗逆性。

鏈霉菌JD211; 水稻; 根系形態; 抗性酶

【研究意義】水稻作為人類的主要糧食，它的穩定高產一直是國內外學者研究的熱點，但世界人口逐步增長，水稻單產提高速度緩慢，水稻產量難以滿足人們需求[1]，提高水稻品質是解決問題的關鍵之一，微生物制劑現今在農業有廣泛應用，它對植物以及根系生長有著多方面的促進作用，不僅可以直接產生激素、維生素等有利物質還可以促進植物對營養物質的吸收[2]。【前人研究進展】韓慶典等人用微生物制劑作用烤煙根系，研究發現微生物制劑促進了根系的生長發育及根系對氮、磷、鉀的吸收，提高根系干鮮重[3]。微生物制劑種類繁多，包括細菌、真菌、放線菌等，其中生防放線菌在農業上有著廣泛的用途[4]，對植物的生長和誘導植物的抗病性都有一定促進作用[5]，而鏈霉菌作為抗生素產生主要菌[6]，成為人們研究熱點。本實驗采用的菌株是鏈霉菌JD211(Streptomyces JD211)，分離自江西廬山珙桐樹枝中，對多種病原菌有抑制作用[7]，許多研究表明生防菌對植物的防御酶活性以及生物量有著很大的促進作用，并發現防御酶活性的改變與植物抗性緊密相關[8-11]，如超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、過氧化物酶(Peroxidase,POD)、多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)對于細胞膜脂過氧化作用[12]、過氧化氫的消除以及抑制病原菌的傷害起著很大的作用[13]。張興梅[14]等人將4種生防菌拌種于大豆生長土壤中，發現生防菌不僅可以提高根系抗性酶活，還在一定程度上促進根系中可溶性糖的積累。【本研究切入點】目前，鏈霉菌JD211對水稻根系促生作用缺乏系統研究，【擬解決的關鍵問題】本文通過添加鏈霉菌JD211固體菌劑，研究其對水稻秧苗根系形態和抗性酶活的影響，旨在為鏈霉菌JD211在水稻旱育秧上的合理利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試菌株：鏈霉菌JD211，由江西農業大學生物科學與工程學院實訓基地提供；供試水稻品種：陸兩優996；供試土壤：取自實訓基地菜園。土壤理化性質：有機質32.58 g/kg、全氮1.756 g/kg、堿解氮109.9 mg/kg、速效磷21.6 mg/kg、速效鉀88.5 mg/kg、pH 6.4。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 采用育秧盤(規格：57.5 cm×27.5 cm×2.5 cm)旱育秧。于2015年6月2日將0、2、10、20 g 鏈霉菌JD211固體菌劑[15]，分別與2 kg 過20目篩菜園土混合均勻裝入盤中，分別標記為：CK、0.1 %、0.5 %、1 %，每處理3盤，加水室溫下孵育7 d。所有處理于6月9日落谷，落谷量為200粒芽谷/盤。每天定時定量澆灌，保持不見明水的濕度。

圖1 鏈霉菌JD211對水稻根數的影響Fig.1 Effects of Streptomyces JD211 on rice root number

1.2.2 測定指標及方法 于20、25、30、35 d秧齡時每處理取20株測定秧苗根系形態指標(20株秧苗根系的平均值)，包括根數、白根數、最長根長、根系體積(將20株洗凈的秧苗根系完全浸入事先裝好3 mL清水的5 mL量筒，上升的刻度數即為20株秧苗根系的總體積)。于25、30、35 d秧齡時，取樣測定根系的SOD、POD、PPO活性。

SOD的測定采用氮藍四唑(NBT)光還原法[16]；POD活性的測定參照文獻[11]進行，在1 min內470 nm處吸光值每變化0.01為1個酶活單位U；PPO活性的測定參照文獻[8]進行，以每5 min內398 nm處吸光值每變化0.01為1個酶活單位U。

2 結果與分析

2.1 鏈霉菌JD211對水稻根數的影響

由圖1可知，施加不同濃度的鏈霉菌JD211菌劑后，水稻根數均高于對照，在20 d時，各處理的根數有明顯的上升趨勢，其中接種量1 %根數最多，達到7.9。比對照組高出39.47 %。在隨后的15 d內，各處理的根數均在提高，且均高于對照，在水稻秧苗生長至第35天時，0.1 %、0.5 %、1 %處理根數分別為11.55、12.40、11.35，比對照分別提高了29.78 %、39.33 %、27.53 %。鏈霉菌JD211接種量為0.1 %～1 %有效促進水稻根數的增加。

2.2 鏈霉菌JD211對水稻最長根長的影響

由圖2可知，施加0.1 %、0.5 %鏈霉菌JD211菌劑的處理組水稻根系最長根長均高于對照，其中水稻秧齡25 d時，接種量為0.1 %、0.5 %處理組的水稻根長分別為9.66、10.83 cm，比對照提高了43.31 %、62.13 %。秧齡為35 d時，與對照相比，0.5 %處理組根長增加了16.02 %，0.1 %處理組增加了4.78 %，結果表明鏈霉菌JD211濃度為0.1 %～0.5 %均能提高水稻最長根長。

2.3 鏈霉菌JD211對水稻白根數的影響

如表1所示，隨著水稻秧齡的增長，白根數上升，鏈霉菌JD211接種量為0.1 %處理組水稻白根數在25 d時為8.15，比對照高出18.98 %，此后接種量為0.1 %處理組均高于對照，表明接種量為0.1 %處理組對水稻白根數的生長具有促進作用。

圖2 不同接種量對水稻最長根長的影響Fig.2 Effects of Streptomyces JD211 on rice maximum root length

表1 鏈霉菌JD211對水稻白根數的影響Table 1 Effects of Streptomyces JD211 on white root number of rice

表2 鏈霉菌JD211對水稻根系體積的影響Table 2 Effects of Streptomyces JD211 on rice root volume

2.4 鏈霉菌JD211對水稻根系體積的影響

由表2可看出，施加不同濃度鏈霉菌JD211，隨著秧苗生長，根系體積變大，在水稻秧苗生長至25 d時，鏈霉菌JD211接種量0.1 %、0.5 %、1 %處理組與對照組相比，分別提高了17.65 %、88.24 %、41.18 %，生長至第35天時處理組0.5 %，1 %與對照組相比，分別提高了13.33 %、40.00 %。結果表明施加鏈霉菌JD211有效提高了水稻根系體積。

2.5 鏈霉菌JD211對水稻根系抗性酶活的影響

2.5.1 鏈霉菌JD211對水稻根系SOD的影響 由圖3可知，施加菌劑處理組的SOD活性與對照差異顯著，水稻生長到第25天，各處理組SOD活性均比對照高，接種量0.1 %的處理組酶活最高，達626.77 U·g-1。當水稻秧齡為30、35 d時，1.0 %處理組酶活最高，且在水稻秧齡為35 d時，1.0 %處理組與對照相比增加了96.74 %。由此可見，施加鏈霉菌JD211對根系SOD的活性有促進作用，在供試濃度中，1 %處理組效果最為明顯。

圖中不同小寫字母表示經Duncan新復極差法檢驗差異顯著(P<0.05)。下同Different small letters within figure mean by Duncans new multiple range method test significant difference (P < 0.05).The same as below圖3 鏈霉菌JD211對水稻根系超氧化物歧化酶的影響Fig.3 Effects of Streptomyces JD211 on superoxide dismutase of rice root

2.5.2 鏈霉菌JD211對水稻根系PPO的影響 水稻生長至第25天時接種量0.1 %處理組PPO活性高于對照組，其他處理的PPO活性低于對照，隨著時間的延長，各處理組酶活有所變化，水稻生長到第35天時，各個處理組PPO活性與對照組相比略有提高，但差異不顯著(圖4)，結果表明，施加鏈霉菌JD211對根系多酚氧化酶略有影響，且低濃度處理組效果較穩定。

2.5.3 鏈霉菌JD211對水稻根系POD的影響 由圖5可知，25 d時各處理水稻幼苗根系的POD活性均高于對照，且與對照相比達顯著水平(P<0.05)，0.1 %、0.5 %、1 %處理組較對照分別提高了53.74%、109.34 %、128.56 %。30 d時，接種量0.1 %、0.5 %處理的POD活性分別為8301.33、6510.67 U·g-1，與對照相比分別提高了47.54 %、15.71 %。但35 d時，POD活性隨菌劑濃度的升高，而逐漸下降。由此說明，施加鏈霉菌JD211在30 d前對水稻幼苗根系POD活性提高效果顯著。

圖4 鏈霉菌JD211對水稻根系多酚氧化酶的影響Fig.4 Effects of Streptomyces JD211 on polyphenol oxidase of rice root

圖5 鏈霉菌JD211對水稻根系過氧化物酶的影響Fig.5 Effects of Streptomyces JD211 on peroxidase of rice root

3 討 論

根系是水稻吸收養分的重要器官，水稻最長根長、根數、根系體積、白根數均是反應水稻根系生長的指標，任軍[17]研究發現秧苗氮積累量與水稻單株根長、根數和根重呈顯著或極顯著正相關，張耗[18]等人運用回歸分析發現根干重、根長、根直徑、根系氧化力、根系總吸收表面積和根系活躍吸收表面積與產量呈極顯著線性正相關關系。且良好的根系形態有利于低氮條件下植株的生長[19]，鏈霉菌JD211對水稻根系最長根長、根數、白根數、根系體積有明顯地促進作用，說明鏈霉菌JD211對水稻根系生長具有促進作用，不同的濃度效果有所差異，0.5 %處理組對根系形態促進作用更為明顯。

PPO作為一種含銅的氧化酶，可將酚類物質氧化生成醌，而酚類物質可通過莽草酸途徑或乙酸途徑產生植保素，植保素在病原菌侵染或紫外線照射等逆境中表達活性會發生改變[20-21]，說明PPO活性與植物的抗逆性有關。陳秦[22]等人對番茄接種對植株有明顯促生作用的放線菌劑，發現對番茄根系PPO的活性有所提高，鏈霉菌JD211對水稻根系PPO有提高作用，但影響效果較小，可能是加入菌劑時間較早，處理時間較長，酶活測定時間偏后期，而PPO的表達活躍時期處于秧苗生長前期，所以該時期的PPO酶活已經開始下降，因而效果不顯著。

POD是植物體內重要的活性氧清除劑，與植物抗性有密切聯系，而且過氧化物酶也具有催化木質素合成，進一步硬化細胞壁的作用，可以提高對病原菌的防御力。陳伯清[23]等人用木霉HT-O3孢子懸浮液處理番茄幼苗，結果發現，處理后的幼苗根長、根重、株高高于對照，POD活性得到提高。張良[24]等人用長柄木霉與涇陽鏈霉菌復配處理煙苗發現加入菌劑對多種病原菌有抑制作用，提高了抗性酶如過氧化物酶的活性。本試驗中加入鏈霉菌JD211對水稻根系過氧化物酶活性產生促進作用，說明鏈霉菌對水稻防御反應產生作用，誘導過氧化物酶酶活提高，對水稻的抗性有一定促進作用。

防御酶系統共同對植物起到一個保護作用，但不同酶活性在表達時間上有所差異，PPO可能在前期起作用，而SOD、POD在后期對水稻起到積極的保護作用。試驗結果充分表明鏈霉菌JD211對水稻根系形成以及抗性酶活性有一定的促進作用。但鏈霉菌JD211對水稻作用的研究還是僅限酶活水平，為了深入了解鏈霉菌JD211對水稻的促生機制，今后還應在分子水平上進行深入探討。

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EffectofStreptomycesJD211onRootMorphologyandResistiveEnzymeActivityofRice

SHAO Zheng-ying,NIE Li,LI Zhang,ZENG Li-qing,WEI Sai-jin*

(College of Biological Science and Engineering/Jiangxi Province Engineering Laboratory for Development and Utilization of Agricultural Microbial Resources,Jiangxi Agricultural University,Jiangxi Nanchang 330045,China)

【Objective】 The effect of Streptomyces JD211 on rice root morphology and resistance enzyme activity were investigated to provide the scientific basis for rational utilization of Streptomyces JD211 in upland rice seedling.【Method】The soil cultivation of rice by the addition of Streptomyces JD211 solid inoculant was conducted,the rice root morphology indexes and main defensive enzymes activities were determined,and In the root morphology and enzyme levels，the mechanism of growth and resistance of rice induced by Streptomyces JD211 was preliminarily discussed.【Result】Adding Streptomyces JD211 inoculant,the rice root morphology index and resistive enzymes activity could be improved in some extent.When the rice was grown up to 35 days,root number,the longest root length and root volume of the 1 % treatment group were increased by 27.53 %,31.74 %,40.00 % than that of control group.Superoxide dismutase (SOD),polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POD) in rice seedling age for 25 days,compared with the control group,were increased by 69.2 %,16.75 % and 103.57 %,respectively.【Conclusion】The suitable concentration of Streptomyces JD211 could promote the growth of rice roots,induce the defensive reaction and improve the resistance of rice.

Streptomyces JD211; Rice; Root morphology; Resistive enzyme

1001-4829(2017)4-0739-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.4.005

2016-05-18

國家自然科學基金項目(31460469，31360450)

邵正英(1993-)，女，江西樂平人，碩士研究生，主要從事微生物研究，E-mail:shaozhengying123@126.com，Tel:0791-183813460，*為通訊作者：魏賽金，教授，主要從事微生物與植物相互作用研究，E-mail:weisaijin@126.com。

Q939.96

A

(責任編輯 陳 虹)