免疫誘抗劑ZNC 對水稻的促生增產效果初探

馮雯杰 王秋云 高發(fā)瑞 丁新華 劉淑珍 張巧玲 黃信誠*

（1 濟寧市農業(yè)科學研究院，山東濟寧272031；2 山東農業(yè)大學/作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018；3 濟寧市任城區(qū)農業(yè)農村局，山東 濟寧 272032；*通訊作者：huang.xinc@163.com）

水稻是重要的糧食作物，我國是水稻生產大國。近年來，水稻紋枯病、稻曲病、稻瘟病等病害給我國水稻生產造成巨大經濟損失，嚴重制約水稻產業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展，威脅國家糧食安全[1]。化學藥劑防治是目前水稻病害防控最有效的措施[2-3]。然而農藥的不合理使用造成水稻抗藥性提高、環(huán)境生態(tài)風險凸顯[4-5]。為確保水稻產業(yè)綠色高質高效發(fā)展，我國開展了農藥化肥使用“零增長行動”，其中重要措施是尋求環(huán)境相容性好、經濟且高效的生物農藥[6]。

相較于傳統(tǒng)農藥，生物農藥具有選擇性強、不易產生抗藥性、對環(huán)境友好等特點，可作為高毒農藥的替代品，從而保障農產品的質量安全和生態(tài)安全[7]。通過誘導或激發(fā)植物免疫系統(tǒng)的植物免疫誘抗劑是當下生物農藥的熱門研究領域[8-9]。植物免疫誘抗劑來源于植物內生菌，具有促進植物吸收礦物營養(yǎng)和分泌植物激素或抗生素等化學物質的能力，可以產生有利于植物生長的代謝產物[10]，從而提高抗病性、抗逆性[11]，增加作物產量[12]、改善品質[13]，還可以減輕化肥農藥對環(huán)境帶來的負面影響。“智能聰”（ZNC）是一種超高活性的新型植物免疫誘抗劑，是從野生沙棘內生菌宛氏青霉（Paecilomyces variotii）菌絲體中提取出來的次生代謝產物[14]。植物免疫誘抗劑施用劑量有嚴格要求，其對作物的促生或抑制作用濃度間存在很大差異[15-16]。為明確ZNC 在水稻上使用的適宜濃度，特進行了本試驗。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2020年在山東省濟寧市任城區(qū)唐口鎮(zhèn)進行，該地屬溫帶大陸性氣候。供試土壤理化性質為：有機質 10.1 g/kg，堿解氮 81 mg/kg，速效磷 75 mg/kg，速效鉀51 mg/kg，pH 值6.7。供試水稻品種為圣稻18 號，生育期為150 d。供試植物免疫誘抗劑5 mg/mL“智能聰”（ZNC）為宛氏擬青霉（Paecilomyces variotii）發(fā)酵后的乙醇粗提物，由山東蓬勃生物科技有限公司提供。

1.2 試驗設計

根據ZNC 噴施濃度的不同共設5個處理：T1，10 ng/mL；T2，100 ng/mL；T3，200 ng/mL；T4，4 00 ng/mL；CK，空白對照。

不同濃度 ZNC 配制方法：分別取 40、408、833 和1 739 μL 母液（5 mg/mL）于 20 L 水中配成 4個濃度，試驗小區(qū)面積88 m2，3 次重復，行株距30 cm×12 cm，設隔離區(qū) 2 行。6月23日移栽，10月10日收獲。苗期噴霧1 次ZNC；孕穗期噴霧2 次ZNC，間隔1 周。采用背負式噴霧器，1 次20 L 均勻噴灑3個小區(qū)。

1.3 測試項目及方法

1.3.1 水稻生物量

水稻生物量主要是測定不同濃度ZNC 對水稻種子處理后第5 d 的根長和芽長，以及水稻成株期根系干物質量。根系干物質量是將鮮根置于90℃烘箱烘干后的質量。

1.3.2 紋枯病病菌接種水稻

對孕穗初期的水稻施藥10 d 后接種紋枯病菌，即將馬鈴薯培養(yǎng)基上的紋枯病菌取4 mm 菌餅置于帶有20 根左右長度為 3~4 cm 牙簽的PDA 平板上，25℃恒溫培養(yǎng)使菌絲布滿整個平板，采用人工嵌入法將菌株接種于成株期水稻葉鞘內側，每個處理隨機接種10 株水稻，做好標記，3 次重復。接種7 d 后調查發(fā)病情況，以稍加修改的Rush 0~9 級標準[17]進行調查并統(tǒng)計分析。

1.3.3 產量及產量構成要素

每個小區(qū)隨機取樣3個點，每點1 m2，調查有效穗數、穗粒數、空癟粒數、千粒重等。在水稻成熟期各小區(qū)實割實收測產。

1.3.4 數據分析方法

用Excel 軟件和SPSS 數據處理系統(tǒng)進行試驗數據分析。

2 結果與分析

2.1 對水稻根長和芽長的影響

由表1 可以看出，T1 和T2 處理根長分別為6.056 cm 和5.789 cm，較CK 分別增加17.2%和12.0%，差異顯著；T3 和T4 處理較CK 分別增加11.3%和11.2%，差異不顯著。 T1、T3 和 T2 芽長分別為 1.346、1.288 和1.268 cm，分別較CK 增加33.7%、27.9%和25.9%，差異顯著。可見，較低濃度ZNC 對水稻種子有較好的促生效果。

表1 ZNC 不同濃度處理對水稻根長、芽長和根系干物質量的影響

2.2 不同處理對水稻根系生物量的影響

從表1 可見，T3 處理的每株根系干物質量最高為3.14 g，T2 和 T4 處理分別為 3.08 g 和 2.85 g，較 CK 分別提高46.7%、43.9%和33.2%，差異均顯著；T1 處理根系干物質量為2.38 g，較CK 提高11.2%，差異不顯著。可見，ZNC 能有效促進根系健壯生長，利于植株從土壤中吸收水分與營養(yǎng)。

2.3 對水稻紋枯病的影響

由表2 可以看出，在接種紋枯病菌后7 d，T3 處理對水稻紋枯病表現出較好的預防效果，其次是T2 和T1 處理，防治效果均明顯優(yōu)于CK，表明ZNC 可以增強水稻抗紋枯病的能力。另外，T4 處理與CK 的病級等級差異不大。結果表明ZNC 濃度為200 ng/mL 時水稻抗紋枯病能力最高，而當濃度為400 ng/mL 時，水稻抗紋枯病能力較低濃度處理弱。

表2 5個不同處理的水稻成株期接種紋枯病的抗病能力

2.4 對水稻產量及構成因素的影響

從表3 可見，T3 處理增產效果最好，實收產量658.74 kg/667 m2，比CK 增產8.45%，其中有效穗數21.51 萬/667 m2，每穗粒數 146.63 粒，結實率 88.1%，千粒重25.1 g；其次為T2 和T1 處理，與CK 相比分別增產4.94%和3.68%。當ZNC 濃度增加到400 ng/mL 時，對水稻生長有抑制作用，實收產量598.73 kg/667 m2，比CK 減產1.43%。

表3 不同試驗處理的水稻產量及構成因素差異

3 討論與結論

植物內生菌是重要的微生物資源，可提高宿主作物激素水平，促進作物生長，提高抗逆能力，其與植物的互作機制逐漸成為研究熱點。目前已經開放并推廣應用的產品有蛋白激發(fā)子、寡糖、脫落酸等。劉權等[18]研究報道，蛋白激發(fā)子PeaT1 可以誘導水稻提高抗旱性。肖文斐等[19]研究報道，3%殼寡糖水劑對水稻和葡萄浸種處理，對水稻紋枯病和白葉枯病的防效達80%以上，對葡萄霜霉病的防效達71%。植物免疫誘抗劑ZNC與蛋白激發(fā)子、寡糖等具有相似的效果。LU 等[15]研究發(fā)現，ZNC 在1~10 ng/mL 的低濃度下可誘導ROS 積累、胼胝質沉淀和PR 基因表達，誘導抗性依賴于SA生物合成及信號途徑，表明ZNC 在擬南芥上具有促生抗病作用。在本研究中，對水稻施用ZNC 可以有效提高水稻的抗紋枯病能力，最佳濃度為200 ng/mL；ZNC在10 ng/mL 的濃度可以使水稻根長提高17.2%、芽長提高33.7%，表明ZNC 在較低濃度下具有促生作用；在200 ng/mL 的濃度處理下，成株期每叢根系干物質積累量最高為3.14 g，較對照增加46.7%，表明ZNC 可以促進根系生長，有利于植物增強抗逆性；在10~200 ng/mL的濃度范圍處理下，增產率可達3.68%~8.45%，表明低濃度ZNC 可以提高水稻產量。另外，本研究使用的植物免疫誘抗劑ZNC 源自野生沙棘內生菌宛氏擬青霉菌（Paecilomyces variotii），其作為內生菌本身具有與植物互惠共生、與環(huán)境相容性高且安全等優(yōu)勢，應用前景廣闊。