光合細菌復配檸檬酸銅對移栽稻田水綿防效的研究

曹東陽 程鵬 丁偉

摘要

水綿是對水稻危害較重的低等藻類，本研究采用盆栽試驗方法研究沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅對水綿的鮮重防效

及施用后水綿中Mg2+、Fe2+、葉綠素含量和抗逆酶活性，同時測定了

施用后水稻生長指標及抗逆酶活性。結果表明，施藥后28?d，沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅對水綿的鮮重防效達92.17%，顯著高于沼澤紅假單胞菌或檸檬酸銅單獨施用。與對照相比，水綿葉綠素、Mg2+和Fe2+含量分別顯著降低60%，43%和39%，POD和SOD活性分別顯著降低72%和71%，MDA含量顯著升高50%。水稻葉片POD和SOD活性分別顯著增加44%和104%，MDA含量顯著降低51%，單株鮮重顯著增加43%，分蘗數顯著增加65%，株高增加5%。綜上，沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅對水綿防效顯著且對水稻安全，水綿葉綠素合成受到抑制和細胞膜過氧化作用是其對水綿防除的重要作用機理。

關鍵詞

水稻;?沼澤紅假單胞菌;?檸檬酸銅;?水綿;?防效

中圖分類號：

S?451

文獻標識碼：?A

DOI：?10.16688/j.zwbh.2022123

Control?effect?of?photosynthetic?bacteria?（Rhodopseudomonas?palustris）?combined?with?copper?citrate?on?spirogyra?（Spirogyra?communis）?in?transplanted?rice?fields

CAO?Dongyang1，?CHENG?Peng2，?DING?Wei1*

（1.?College?of?Agriculture，?Northeast?Agricultural?University，?Harbin?150030，?China;

2.?Heilongjiang?Agricultural?Technology?Extension?Station，?Harbin?152500，?China）

Abstract

Spirogyra?communis?is?an?algae?causing?serious?damage?to?rice?growth?in?paddy?fields.?In?this?study，?a?pot?experiment?was?performed?to?investigate?the?fresh?weight?control?effects?of?Rhodopseudomonas?palustris?combined?with?copper?citrate?against?S.communis，?and?the?Mg2+，?Fe2+，?chlorophyll?content?and?antistress?enzyme?activities?of?S.communis?were?measured?and

growth?indexes?and?the?related?enzyme?activity?of?rice?plant?were?also?studied.?The?results?showed?that?the?fresh?weight?control?effect?of?R.palustris?combined?with?copper?citrate?on?S.communis?was?92.17%?28?days?after?application，?which?was?significantly?higher?than?that?of?R.palustris?or?copper?citrate?alone.?Compared?with?the?control，?the?contents?of?chlorophyll，?Mg2+?and?Fe2+?in?S.communis?were?significantly?decreased?by?60%，?43%?and?39%;?POD?and?SOD?activities?were?significantly?decreased?by?72%?and?71%，?while?MDA?content?was?significantly?increased?by?50%.?Compared?with?the?control，?POD?and?SOD?activities?in?rice?leaves?were?significantly?increased?by?44%?and?104%;?MDA?content?of?rice?leaves?was?significantly?decreased?by?51%;?the?fresh?weight?of?rice?leaves?was?significantly?increased?by?43%，?and?tiller?number?and?plant?height?of?rice?were?significantly?increased?by?65%?and?5%.?The?results?suggested?that?R.palustris?combined?with?copper?citrate?had?a?significant?control?effect?on?S.communis?and?is?safe?for?rice.?Inhibition?of?chlorophyll?synthesis?and?peroxidation?of?cell?membrane?in?S.communis?are?the?important?prevention?mechanisms.

Key?words

rice;?Rhodopseudomonas?palustris;?copper?citrate;?Spirogyra?communis;?control?effect

水綿屬于水生藻類，廣泛分布于靜水水域，在稻田及排水溝渠中常有水綿，水綿與水稻競爭養分、降低水層溫度，嚴重影響水稻正常生長發育，致使水稻減產，品質下降［1］。在移栽稻田中，防除水綿的常見方式是施用硫酸銅，但使用不當會造成藥害且銅離子會污染環境［2］。除傳統的防除方法，李向陽等［3］報道苯乙錫·銅等化學除草劑對水綿有一定的防效，但長時間單一施用化學藥劑不僅對環境造成污染，而且易造成雜草產生抗藥性［4］。因此，研究可替代的生物藥劑防除水綿是未來環保農藥的發展方向。近幾年，生物藥劑與肥料相結合應用于稻田防治病、蟲、草害的研究已有較快發展，生物藥、肥具有對水稻安全且環境友好等一系列的優點，對農業生產可持續發展具有重要作用［56］。光合細菌對稻曲病、稻瘟病具有較好的防效，且研究發現光合細菌對水綿也有一定的防效［7］。光合細菌不僅可抑制水綿生長而且可促進水稻生長，但其在田間防治水綿的應用研究仍較匱乏［89］。此外，光合細菌作用效果受環境因素制約，受田間溫度影響較大，溫度低時防除效果不穩定［10］。本試驗采用沼澤紅假單胞菌Rhodopseudomonas?palustris與檸檬酸銅復配，旨在減少化學藥劑用量，探討高效且效果穩定的水綿綠色防控技術，對解決稻田水綿防除和農藥綠色應用具有重要實踐意義。通過探討沼澤紅假單胞菌與檸檬酸銅復配應用對水綿的防除效果，對葉綠素合成及水綿細胞膜抗氧化酶活性進行研究，以期為明確沼澤紅假單胞菌與檸檬酸銅復配對水綿的防除機理提供參考依據。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

供試水稻品種為‘龍粳46號。?供試光合細菌（NEAUB1）由東北農業大學農藥學科雜草生物學實驗室提供。菌株是從哈爾濱市郊區養魚塘中分離、純化獲得，鑒定為沼澤紅假單胞菌Rhodopseudomonas?palustris，加工成顆粒劑，有效成分5×108cfu/g;檸檬酸銅顆粒，有效成分含量≥1%。

1.2?試驗設計

盆栽試驗在東北農業大學校內盆栽試驗場進行，試驗期間白天平均溫度19～27℃，水稻4葉期秧苗于5月中旬移栽于盆中，盆規格為上口半徑20?cm，下底半徑15?cm，高30?cm。保證盆中土層高度達20?cm。每盆盛土8?kg，所用土壤為黑土，盆栽水稻在移栽前灌水沉降同時每盆中接種2?g水綿，待移栽水稻時水綿覆蓋面積30%左右，移栽水稻時平均溫度19℃左右。2020年進行沼澤紅假單胞菌和檸檬酸銅最佳用量篩選試驗，每盆施用劑量是在檸檬酸銅和沼澤紅假單胞菌推薦劑量分別為1.00?g/m2和3.75×109?cfu/m2的基礎上，分別設置低中高濃度梯度處理，設9個處理，每處理3個盆栽，每盆3穴，每穴3株，3次重復;調查水綿鮮重防效。2021年5月20日將4葉期秧苗移栽至盆栽中，水稻移栽7?d后施用藥肥，2021年對防效好的沼澤紅假單胞菌和檸檬酸銅最佳劑量進行復配，研究其作用機理，設4個處理，3次重復。兩年試驗中沼澤紅假單胞菌和檸檬酸銅均在水稻移栽7?d后撒施，在施用后7，14，21?d和28?d取樣調查，各項指標均重復測定3次。

1.3?測定方法

1.3.1?水稻苗期形態指標測定

分別在藥劑施用后14、28?d測定水稻株高、鮮重和分蘗數。

1.3.2?水綿和水稻SOD、POD、MDA含量測定

分別在藥劑施用后7、14、21、28?d，取新展開水稻葉片和藥劑處理的水綿，采用氮藍四唑光還原法測定超氧化物歧化酶（superoxide?dismutase，SOD）活性，愈創木酚法測定過氧化物酶（peroxidase，POD）活性，硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量［11］。

1.3.3?水綿鮮重防效測定方法

分別在藥劑施用后14、28?d，調查水綿鮮重，?按下式計算鮮重防效：

鮮重防效=（對照組水綿鮮重—處理組水綿鮮重）/對照組水綿鮮重×100%。

1.3.4?水綿葉綠素含量測定

分別在藥劑施用后14、28?d取回水綿，并用蒸餾水清洗干凈，參照Ding等［12］的DMSO浸提法測定水綿葉綠素含量。

1.3.5?水綿中Mg2+、Fe2+含量測定

分別在藥劑施用后14、28?d取回水綿，并用蒸餾水清洗干凈，烘箱中105℃殺青10?min，70℃烘干至恒重，粉碎后放入封口袋中備用。采用原子吸收光譜法測定樣品中Mg2+和Fe2+含量［13］。

1.4?數據處理

利用WPS進行數據整理，SPSS?13.0軟件對試驗數據進行單因素方差分析和Duncan氏新復極差法檢驗，檢驗水平α=0.05。

2?結果與分析

2.1?沼澤紅假單胞菌和檸檬酸銅最佳用量篩選

檸檬酸銅和沼澤紅假單胞菌對水綿的鮮重防效均隨用量增加而提高，施藥后28?d，檸檬酸銅1.50?g/m2和2.00??g/m2處理的水綿防效最優且無顯著差異（表1），為減少銅離子用量，確定檸檬酸銅1.50??g/m2作為本試驗檸檬酸銅最佳施用量。沼澤紅假單胞菌4.75×109?cfu/m2和5.75×109?cfu/m2對水綿的防效最優且無顯著差異，以4.75×109?cfu/m2為沼澤紅假單胞菌最佳用量。

2.2?沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅對水綿的防除效果

2.2.1?對水綿的鮮重防效

施藥后28?d，各處理組水綿鮮重均顯著降低，對水綿的防效均顯著增加，其中沼澤紅假單胞菌4.75×109?cfu/m2復配檸檬酸銅1.50?g/m2處理的防效最高。施藥后28?d，單獨施用檸檬酸銅對水綿防效為77.39%，單獨施用沼澤紅假單胞菌對水綿防效為82.60%，沼澤紅假單胞菌4.75×109?cfu/m2復配檸檬酸銅1.50?g/m2處理對水綿鮮重防效達92.17%（表2）。表明沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅后對水綿的防除效果具有顯著的增效作用。

2.2.2?對水綿抗逆酶活性的影響

施藥后7～28?d，與清水對照相比，3個處理的水綿MDA含量均顯著升高，其中沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅處理的MDA含量顯著高于對照50%～64%（圖1）。施藥后28?d，復配處理水綿SOD和POD活性顯著低于其他處理，且與對照組相比，SOD活性顯著降低71%，POD活性顯著降低72%（圖2和圖3）。綜合水綿MDA含量及SOD和POD活性變化，可以看出沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅施用后對水綿膜系統的破壞程度最大，這與該處理對水綿防效最高相一致。

2.2.3?對水綿Fe2+、Mg2+和葉綠素含量的影響

水綿Fe2+、Mg2+和葉綠素含量測定結果表明：3個處理的水綿中Mg2+、Fe2+和葉綠素含量均顯著低于空白對照。

沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅處理的Fe2+、Mg2+和葉綠素含量均顯著低于其他處理。施藥后28?d，沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅處理的Fe2+、Mg2+和葉綠素含量與對照相比分別顯著降低39%、43%和60%（表3，表4）。

2.3?水稻安全性

2.3.1?對水稻生長的影響

施藥后28?d，各處理對水稻均未產生明顯目測藥害癥狀。施藥后28?d，沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅處理的水稻株高、單株鮮重和分蘗數顯著高于其他處理，與對照相比，株高增加5%，鮮重增加43%，分蘗數增加65%（P<0.05，表5）。

2.3.2?對水稻抗逆酶活性的影響

施藥后7～28?d，沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅處理的水稻葉片POD和SOD活性均顯著高于空白對照和兩種藥劑的單施處理。除沼澤紅假單胞菌處理的水稻POD活性在施藥后21?d達到峰值外，對照和其他處理的水稻葉片POD和SOD活性均在藥后14?d達到峰值。施藥后14?d，與對照相比，復配處理組POD和SOD活性分別顯著增加68%和81%。施藥后28?d，水稻葉片POD和SOD活性有所降低，但復配處理組POD和SOD酶活性仍顯著高于其他處理，且與對照相比水稻葉片的POD和SOD活性分別顯著升高44%和104%（圖4，圖5）。施藥后7～28?d，復配處理的水稻葉片MDA含量始終顯著低于其他處理，且與對照相比MDA含量顯著降低28%～51%（圖6）。

3?結論與討論

水稻栽培過程中環境和栽培措施的綜合作用下經常出現水綿大量發生［14］，對水稻生長造成嚴重的危害。施用含銅離子藥劑抑制水綿的發生是目前常用的方法，大量施用銅離子不僅對環境造成污染，也易使水綿產生抗藥性［15］。利用枯草芽胞桿菌和光合細菌等生物菌劑防除水綿雖已有相關報道，但常需要在水綿未見發生時提前施用進行預防，生產中常被水稻種植戶忽視而造成田間水綿大面積發生并對水稻生產帶來嚴重危害［16］。此外，微生物菌劑對水綿防除效果易受氣候等因素制約導致防效不穩定［1718］。本文把沼澤紅假單胞菌與檸檬酸銅進行復配，對水綿的防效顯著，一方面可增加對水綿的預防和治療效果，另一方面減少了銅離子施用量而對環境友好。

研究認為：銅離子進入水綿細胞內部，引起水綿亞細胞新陳代謝紊亂，誘導產生脅迫，產生活性氧，抗逆酶不足以清除活性氧，膜系統被破壞，細胞死亡［19］。此外王寧等研究發現光合細菌對水綿造成脅迫，造成細胞代謝紊亂，抗逆酶活性下降，導致細胞死亡［20］。本研究發現：沼澤紅假單胞菌和檸檬酸銅施用后水綿細胞中Fe2+和Mg2+離子含量逐漸下降，水綿細胞逐漸黃化，表明沼澤紅假單胞菌具有與銅離子相似的作用機制，即施用后導致水綿葉綠素合成障礙，且沼澤紅假單胞菌與檸檬酸銅復配施用對水綿葉綠素合成破壞表現為增效作用，這就為生產上開發高效、復合型水綿防除藥劑提供了新思路。此外，沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅施用后，水綿細胞內膜系統的過氧化作用導致水綿生理生化代謝異常也是其有效防除水綿的另一個重要機理。銅離子作為水稻生長必需的微量營養元素之一，在本試驗用量范圍內對移栽后水稻無明顯藥害癥狀，加之光合細菌可作為清除水稻田水中有害物質的益生菌，二者復配應用在防除水綿的同時促進了水稻的生長發育，這也為光合細菌復配檸檬酸銅防除水綿的田間應用提供了很好的參考依據。

綜上，沼澤紅假單胞菌復配檸檬酸銅對水稻田間水綿具有顯著的防除效果且對水稻安全，施用后，水綿體內Mg2+和Fe2+含量顯著降低，葉綠素合成受到破壞。此外，水綿膜系統MDA含量增加，SOD和POD活性降低，造成膜系統的過氧化作用。

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（責任編輯：楊明麗）