植物內生菌提取物對玉米生長特性及產量的影響

郎宸用

(吉林化工學院生物與食品工程學院，吉林吉林 132022)

植物內生菌屬于微生物類群，它在健康植物組織間隙或者組織內廣泛存在，是在宿主內進行正常繁殖和生長的同時又產生次生代謝產物的一種新的微生物資源[1-3]。內生菌與植物在長期系統進化過程中形成的關系極為特殊，內生菌的營養和能量須要植物提供，而植物生長過程中對于非生物和生物脅迫的抵抗能力又受到內生菌代謝物的影響而增強，二者互惠互利[4-5]。內生菌對于植物的生長發育有著直接的促進作用，因為植物生長所需的各種激素都是收到內生菌的作用才能產生[6]。內生菌在研發生物農藥以及促進農業生產這2個方面有著廣闊的前景，在植物生長過程中對于磷、氮等營養元素的吸收有著較大的增強作用，還可增強植物的抗逆境性能，一方面在與病原菌競爭過程中能夠有優勢去爭取空間和營養，同時也產生拮抗物質來抑制病原菌對植物生長的影響，進而對于植物的生長發育促進作用極大[7]。

玉米不管是在改善農業生產還是調節氣候等方面均意義重大，它具有眾多優良特點，諸如生態適應性廣、高產、營養豐富等[8-9]。本研究主要探討了植物內生菌提取物對玉米生長的影響作用，研究方法主要是3年的內生菌添加試驗，在試驗過程中不斷優化配方，而最終效果的驗證則通過移栽至田間來進行。通過分析玉米生理生化特征、形態、產量、內源激素含量等受植物內生菌提取物影響情況，以期為更好地培育優質、高產玉米提供一定的試驗數據及經驗借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以龍高L2為供試玉米品種，該品種為吉林省具有代表性的品種。供試處理材料的分離和保存主要是由吉林省農業科學院微生物工程中心進行，主要是內生菌的提取物，這種提取物取自野生植物根系，內生菌株則主要是鏈格孢(Alternariaalternata)。對于玉米種子的選擇有著嚴格的標準，即過了休眠期、色澤一致、大小均勻、籽粒飽滿，選好之后用濃度為80%的乙醇進行30 min的消毒處理，然后用蒸餾水不斷沖洗之后保存在4 ℃以下的環境之中。試驗之前將玉米種子放在室內水族箱中，光照度為120 μE/(m2·s)，水的溫度為(25±0.5) ℃，此外要求pH值為7.8～8.1，鹽度值為2.9%～3.1%，在箱中適應處理1周。

1.2 試驗設計

本試驗于2015—2017年在吉林農業大學農業基地進行，采用隨機裂區的方法設置2個處理，分別為對照(CK)與植物內生菌提取物處理，每個處理3次重復。植物內生菌提取物試驗小區面積為5.0 m×5.0 m。用Fluke 2638A全能型溫度數據采集器采集數據，對照組和內生菌處理組地下與地上 10 cm 的地溫每隔1 h測定1次，必須從每個生長季中選擇晴朗無風的 1 d 來測定，在各個試驗小區的邊緣埋入土壤呼吸底座(材質為PVC管)，呼吸底座高 12 cm、直徑15 cm，底座內的雜草定期清理去除。值得注意的是，為了盡量減少影響生態環境，應提前1個月在土壤中埋入PVC測量圈，1個月后再對土壤呼吸速率進行觀測。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 玉米生長性狀 (1)玉米生長狀態測定。使用游標卡尺和卷尺測量其莖粗和株高，數值精確到0.01 cm；將玉米材料烘干并測質量，即為單株生物量。用直尺測量葉片最長、最寬處的值，葉面積=葉長×葉寬×0.75；葉面積指數=平均單株葉面積×單位土地面積內玉米株數/單位土地面積。所取葉樣品測定葉面積后烘干稱質量，比葉質量=葉干質量/葉面積。

(2)根系質量測定。采用壕溝挖掘法挖取玉米根系，用塑料袋分開每株的地下與地上部分，之后放到實驗室中沖洗，沖洗工具是40目篩網，接著在65 ℃下烘干，再測定其干質量。

(3)采用CCM-200葉綠素儀測定葉綠素含量。主要測定對象是不同時期玉米葉片，測定時必須進行烘干和粉碎；蛋白質含量和碳水化合物含量的測定分別使用考馬斯亮藍法、蒽酮法；丙二醛含量、過氧化氫酶(CAT)活性、過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定分別采用硫代巴比妥酸法、紫外分光光度法、愈創木酚顯色法、氮藍四唑法[10]。

1.3.2 玉米葉片相關生理指標測定 隨機盡量多地采取玉米植株上部、下部、中部的葉片洗凈并進行混合，在溫度為 80 ℃ 的烘箱中進行烘干后粉碎操作，然后用1.5 mm的篩過1遍，一般準備3份平行樣品。葉片中的全氮含量以及全碳含量采用元素分析儀進行測定，全磷含量采用釩鉬黃吸光光度法進行測定，用光焰光度計法測定葉片中的全鉀含量[11]。

1.3.3 玉米產量及構成情況測定 成熟期每小區抽取10株玉米，并測量穗粒質量、穗粒數以及百粒質量[12]。

2 結果與分析

2.1 植物內生菌提取物對玉米生長發育的影響

2.1.1 生長特性 結果(表1)表明，單株生物量、比葉質量、葉面積指數、株高、莖粗等方面表現為內生菌>CK，這些生長性狀隨著生長期進行而不斷增加，2種處理方式下不同生長特性的差距也增大，并在成熟期階段二者都表現為顯著差異水平(P<0.05)。內生菌

表1 植物內生菌提取物對玉米植株生長特性的影響

注：*、**分別表示內生菌與CK差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)。下表同。

2.1.2 生理生化特性 由表2可知，內生菌對于植物不同時期生理生化特性的影響均大于CK，主要表現在玉米葉片蛋白質含量、碳水化合物含量、葉綠素a和葉綠素b的含量上，隨著生長期的進行，內生菌的影響比CK更為明顯，這表明植物玉米的生長發育受到內生菌的顯著影響，尤其是在成熟期的影響更大。

表2 植物內生菌提取物對玉米植株生理生化特性的影響

2.1.3 葉片酶活性和丙二醛含量 由表3可知，內生菌對于植物不同時期中過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性及丙二醛含量的影響均大于CK，且隨著生長期的進行，各保護酶活性不斷增加，丙二醛含量不斷減少，2種處理下葉片中各種酶活性和丙二醛含量之間的差異也在增加。在成熟期各種保護酶活性達到最大，丙二醛含量達到最小，抽雄期2種處理間的差異達到最大。這表明玉米葉片中丙二醛含量、過氧化物酶活性、過氧化氫酶活性、超氧化物歧化酶活性都受到了內生菌的影響，而且影響最為明顯的階段是在抽雄期。

2.2 植物內生菌提取物對玉米植株養分積累的影響

在植物的成熟期，不同部位的碳、氮、磷和鉀積累量受到植物內生菌提取物的影響，表4的結果表明這種影響比較顯著。碳、氮、磷和鉀積累量因部位而異，穗部較高，最低的是根部。但是內生菌提取物的碳、氮、磷和鉀積累量不管在什么部位都顯著比CK高。這證明玉米碳、氮、磷和鉀的積累量的增加受到了植物內生菌的影響。

2.3 植物內生菌提取物對玉米內源激素含量的影響

在植物種子早期生長、種子萌發的抑制或促進過程中，植物中的細胞分裂素(6-BA)、吲哚乙酸(IAA)這2種內源激素起著重要的作用。圖1為玉米內源激素含量受植物內生菌提取物影響結果。結果表明，植物內生菌顯著增加了35.17%細胞分裂素(6-BA)含量和42.36%的吲哚乙酸(IAA)含量。

表3 植物內生菌提取物對玉米植株葉片酶活性和丙二醛含量的影響

表4 植物內生菌提取物對玉米植株養分積累的影響

2.4 植物內生菌提取物對玉米產量特性的影響

圖2表明，植物內生菌提取物與CK相比增加了7.12%的穗粒質量、13.27%的穗粒數、6.59%的百粒質量，植物內生菌提取物與CK之間的穗粒數與百粒質量差異極顯著(P<0.01)，穗粒質量差異顯著(P<0.05)。實際生產中，玉米產量的2個重要構成因子就是穗粒數和百粒質量，直接對玉米產量的提高有著正面的影響，結果表明，內生菌能夠增加玉米的穗粒數，從而達到增產的效果。

3 討論與結論

試驗組的玉米比CK有著較大的差異，比葉質量、葉面積指數都大，分蘗數多，植株增長快，這些差異表明內生菌能夠提高玉米新陳代謝的能力，促進玉米增長和增產[13-14]。對于植物的生長而言，光合作用至關重要，在此過程中生成的有機物質決定了玉米籽粒狀況及最終的產量， 內生菌處理下的玉米植株葉面積指數較大，更加有利于光能的捕捉；在玉米植株新陳代謝不斷加快的適應機制中，最為重要的就是較小的根冠比和發達的根系[15]，在本次試驗中，受到內生菌處理的玉米生長更好。

玉米生長和發育各個生理與生化過程中伴隨著能量和物質的代謝，均受到內生菌的影響[16-17]。用內生菌處理過的玉米植株在生長期階段中的蛋白質含量、碳水化合物含量、葉綠素含量都比CK的高。玉米葉片的光合生產能力間接受到葉綠素含量影響，而葉綠素含量受內生菌的直接影響[18]。由此可見，葉綠素含量與內生菌對玉米葉片光合生產能力的變化影響趨勢相同。內生菌對玉米生長的促進作用隨其生長階段不同而有所差異，作用最大的時期為抽雄期。丙二醛(MDA)是一種反映膜結構穩定性和膜脂過氧化程度的物質，產生于膜脂過氧化過程中，如果其含量較高則表明組織中有氧化脅迫現象產生[19-20]。本試驗中，內生菌對MDA含量的降低起到較大的作用，對玉米植株起到了保護作用，使玉米葉片各項生理功能和代謝功能增強。

在某種程度上，玉米植株對于養分的積累作用主要得益于內生菌，主要原理是內生菌對土壤有機質的分解起到了很大的激發和促進作用，對植株養分含量起到了較大的提高作用，這增加了玉米的各項特征指標，如穗數、穗粗、穗長、百粒質量以及穗粒數，自然而然產量也得到了極大的提高。土壤中的營養遠遠無法滿足玉米生長所需，必須依靠外界輸入各種營養物質，因此，在玉米生長過程中影響外界營養輸入方面的因素須要考慮到養分的固定和淋洗作用[21-22]。

綜上所述，不管是玉米的產量指標，還是生長特性等相關指標都明顯受到了施用植物內生菌提取物的影響。玉米內源激素含量及激素之間的平衡會受到植物內生菌提取物的調控，改變其生理生化特征，并引起其形態的相關變化，由此可知玉米生長發育受到了植物內生菌提取物的顯著調控[23]。在實際中，對于如何來使用植物內生菌比較復雜，玉米體內激素之間的平衡以及不同激素的含量勢必會受到外用植物內生菌提取物的明顯影響，進而改變玉米的生理生化特征及形態等[22-23]。所以在植物內生菌提取物的正確、科學使用上，必須明確其對植物內源激素的詳細影響情況，對內生菌提取物對不同時期生物生育作用的效用進行了解和掌握，科學把控其濃度及作用時間。