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解淀粉芽孢杆菌HM618对盐胁迫下小麦幼苗生长及生理特性的影响

范文

王鲁魏宏达方可徐秋曼

摘? ? 要：为了研究解淀粉芽孢杆菌HM618对盐胁迫下的小麦幼苗生长及生理的影响，采用解淀粉芽孢杆菌HM618发酵液处理不同浓度盐胁迫下的小麦幼苗，测定根长、株高、叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛含量以及叶绿素荧光等生长和生理指标。结果表明：对小麦施加解淀粉芽孢杆菌可以对幼苗有一定的促生作用，对根的促生作用尤为显著。在高盐胁迫下，小麦幼苗的叶绿素、可溶性蛋白含量、Fm、F0、Fv/Fm、qp和Y（Ⅱ）显著下降;可溶性糖、丙二醛（MDA）含量和qN增加。当施加解淀粉芽孢杆菌后，小麦幼苗的叶绿素、可溶性蛋白含量、Fm、F0、Fv/Fm，qp和Y（Ⅱ）显著增加;可溶性糖、MDA含量和qN显著减少。总体来说，适宜浓度的解淀粉芽孢杆菌HM618在一定程度上会缓解小麦幼苗遭受的盐胁迫，这为其成为一种新型生防菌剂提供了可能。

关键词：解淀粉芽孢杆菌;盐胁迫;小麦幼苗;生理活性;缓解

中图分类号：S512.1? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.12.010

Effects of Bacillus amyloliquefaciens HM618 on the Growth and Physiological Characteristics of Wheat Seedlings under Salt Stress

WANG Lu， WEI Hongda， FANG Ke， XU Qiuman

（College of Life Sciences，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

Abstract： In order to study the effects of Bacillus amyloliquefaciens HM618 on the growth and physiology of wheat seedings under salt stress， the fermentation broth of Bacillus amyloliquefaciens HM618 was used to treat wheat seedlings under salt stress at different concentrations.The growth and physiological indexes such as root length， plant height， the content of chlorophyll，soluble protein， soluble sugar and malondialdehyde and chlorophyll fluorescence were measured.The results showed that the application of Bacillus amyloliquefacienson wheat could promote the growth of seedings， and the growth promotion effect on roots wss particularly significant. The content of chlorophyll， soluble protein， Fm， F0， Fv/Fm， qp and Y（Ⅱ） of wheat seedings decreased significantly under high salt stress， and the content of souble sugar， malondialdehde and qN increased. After applying Bacillus amyloliquefaciens， the content of chlorophyll， soluble protein，soluble protein， Fm， F0， Fv/Fm， qp and Y（Ⅱ） of wheat seedings increased significantly， and soluble sugars， malondialdehyde and qN decreased significantly. In general， the suitable concentration of Bacillus amyloliquefaciens HM618 can alleviate the salt stress suffered by wheat seedings to a certain extent， which makes it possible to become a new type of biocontrol agent.

Key words： Bacillus amyloliquefaciens; salt stress; wheat seedings; physiological activity; ease

鹽胁迫现已成为生物所面临的主要非生物胁迫之一，我国盐渍化土壤在19个省份均有分布。大多数农作物都对盐非常敏感[1]，当土壤中的盐浓度高于70 mM时，农作物已表现出胁迫作用，当高于100 mM时，农作物生长发育受到严重影响，产量急剧下降[2]。

小麦是我国主要的粮食作物，它的整个生长发育阶段对盐胁迫都较敏感。在这种条件下，提高小麦的耐盐性或者选择适合的修复方式降低盐胁迫对小麦的伤害，有利于改良盐渍土和提高农作物产量。从保护环境和生物的角度来说，微生物的应用因其独特性、多样性和与植物之间的关联性，为缓解植物胁迫提供了新方式[3]。许芳芳等[4]证明肠杆菌FYP1101对盐胁迫下小麦幼苗根形态的建成具有积极影响，它这一促生效应可以很好的应用到植物对逆境的适应上。对于微生物缓解植物盐胁迫的作用，研究人员发现番茄耐盐性的提高是PGPR菌株ARV8在代谢过程中产生的ACC脱氨酶的结果[5]。莫文萍等[6]研究证明，使用杆菌Rs15-4处理盐胁迫下的棉花种子能够提高种子的发芽率、根茎长和生物量。枯草芽孢杆菌BBG111产生的丰霉素能抑制根霉菌，诱导水稻防御系统发挥作用，增强植株抗病性[7]。

芽孢杆菌产生的孢子具有极强的耐受性，菌株对环境无污染，对人畜没有致病性，因而广泛分布在自然界[8]。芽孢杆菌还可分泌胞外多糖和铁载体，抑制有毒离子的运动，维持离子平衡，抑制病原微生物的生长[9]。解淀粉芽孢杆菌作为一种植物根际促生菌（PGPR），可诱导植物发生物理和化学变化，帮助植物抵御所受到的胁迫。另外，解淀粉芽孢杆菌基因组小，产生的次级代谢物稳定性好，抑菌促生及抗逆性强[10]。研究表明，解淀粉芽孢杆菌L-H15是良好的生防菌，具有成为植物促生菌剂的应用价值[11]。本研究以小麦为材料，探究盐胁迫下解淀粉芽孢杆菌发酵液对小麦幼苗生理及光合特性的影响，进一步了解解淀粉芽孢杆菌缓解植物盐胁迫的效应机制。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 菌株解淀粉芽孢杆菌HM618 （ Bacillus amyloliquefaciens HM618），由天津大学化工学院程景胜课题组提供。

1.1.2 植物材料小麦品种‘鲁麦22种子，由天津师范大学动植物抗性重点实验室提供。

1.2 试验方法

1.2.1 幼苗处理试验设置蒸馏水处理、蒸馏水和HM618发酵液共处理、0.2%Nacl溶液处理、0.2%Nacl溶液和发酵液共处理、0.5%Nacl溶液处理、0.5%Nacl溶液和发酵液共处理等六种处理方式，分别标记为CK，T0、T1、T2、T3和T4，每种处理设置三组重复。

1.2.2 幼苗培养先用质量分数为10%的次氯酸钠溶液将小麦种子浸泡30 min，然后用去离子水仔细洗涤以除去所有氯化物含量，冲洗3～5次后，蒸馏水浸种12 h。将预先处理后的种子腹沟向下，排列在铺有纱布的培养皿中，一皿40粒种子进行培养。当出现一叶一心时，对幼苗进行上述不同处理。

1.3 测定

1.3.1 生长参数上述处理进行5 d后，随机在每组处理中选取6株幼苗，测量株高和根长。

1.3.2 生理参数叶绿素的含量采用比色法[12]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法[13];可溶性糖含量采用蒽酮法[14];丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥法[15]，叶绿素荧光参数采用叶绿素荧光仪测定。

1.4 数据处理

利用SPSS19.0软件进行数据分析，利用Excel软件进行绘图处理。

2 结果与分析

2.1 生长参数

由表1可以看出，单独添加解淀粉芽孢杆菌HM618（T0），小麦幼苗株高和根长较CK分别显著提高了5.5%和34.1%（P<0.05），说明解淀粉芽孢杆菌HM618对小麦有一定促生作用，且对根的作用尤为显著。T1组株高和根长较CK分别下降了2.1%和12.3%（P>0.05），T3组株高和根长较CK分别下降了6.9%和41.1%（P<0.05）;解淀粉芽孢杆菌HM618与盐溶液共处理后，T2组小麦幼苗株高较T1组显著增加了5.9%（P<0.05），T2组小麦幼苗根长较T1组增加了14.1%，差异不显著（P>0.05）;T4组株高和根长较T3组分别增加了7.8%和38.4%（P<0.05）。

2.2 生理参数

由图1可知，与CK相比，T0组小麦幼苗可溶性蛋白和可溶性糖的含量明显升高（P<0.05），MDA含量明显降低（P<0.05），叶绿素含量增加不显著（P>0.05）;0.2%Nacl处理（T1），小麦幼苗叶绿素和可溶性蛋白含量分别降低了6.5%和0.2%（P>0.05），可溶性糖和MDA含量分别增加了66.7%和195%（P<0.05）;0.5%Nacl处理（T3），小麦幼苗叶绿素和可溶性蛋白含量分别下降了28.9%（P<0.05）和4.5%（P>0.05），可溶性糖和MDA含量分别增加了100%和329%（P<0.05）。解淀粉芽孢杆菌HM618与盐溶液共处理后，T2组较T1组相比，小麦幼苗叶绿素含量稍有增加（15.9%），但二者差异不显著，可溶性蛋白、可溶性糖和MDA含量分别下降了1.9%，13.6%和61%，其中MDA含量较T1差异显著（P<0.05）;T4组较T3组相比，叶绿素和可溶性蛋白含量分别增加了48.1%和12.3%（P<0.05），可溶性糖和MDA含量分别下降了16.7%和27%（P<0.05）。

2.3 叶绿素荧光参数

2.3.1 HM618对盐胁迫下小麦幼苗叶片Fm、F0和Fv/Fm的影响 F0代表PSⅡ完全开放时的荧光产量，Fm为PSⅡ完全关闭状态下的荧光产量，反映PSⅡ的电子传递情况，Fv/Fm代表PSⅡ最大光化学效率，反映PSⅡ反应中心捕获光能激发的能力。由表2可知，与CK相比，T0组小麦叶片的最大荧光Fm和PSⅡ最大光化学量子效率Fv/Fm增加，初始荧光F0减少，结果均与对照组相差无异（P>0.05）。0.2%Nacl处理后，T1组Fm和F0较CK分别降低了17.5%和44.1%（P<0.05），Fv/Fm增加了2.2%（P>0.05）。0.2%Nacl與HM618共处理后，T2组Fm较T1增加了15.9%（P<0.05），F0、Fv/Fm较T1差异不显著（P>0.05）。0.5%Nacl处理（T3），Fm、F0和Fv/Fm较CK分别降低了21.4%，39.7%和9%（P<0.05）。0.5%Nacl与HM618共处理后，T4组Fm和Fv/Fm较T3组增加了16.7%和13.7%（P<0.05），F0较T3组增加了10.9%（P>0.05）。

2.3.2 HM618对盐胁迫下小麦幼苗叶片qp、qN和Y（Ⅱ）的影响光化学淬灭系数qp代表反应中心的开放程度，非光化学猝灭系数qN代表叶片吸收的光能以热耗散形式散失的程度，PSⅡ实际光合效率参数Y（Ⅱ）代表实际原初光能的捕获效率。由图2可知，与CK相比，T0组qp和qN变化不显著， Y（Ⅱ）增加了55.4%（P<0.05）;T1组qp降低了6.4%（P<0.05），qN无明显变化，Y（Ⅱ）增加了41.9%（P<0.05）;T3组qp和Y（Ⅱ）分别降低了19.4%和45.7%（P<0.05），qN增加了9.7%（P<0.05）。解淀粉芽孢杆菌HM618与盐溶液共处理后，T2组qp、qN和Y（Ⅱ）较T1组无显著变化;T4组qp和Y（Ⅱ）较T3组分别增加了38.1%和60.7%（P<0.05），qN较T3组降低了20.7%（P<0.05）。

3 讨论与结论

植物受盐胁迫时，各器官及其组织的生长分化减慢，植株生长速率下降，最终影响植株的整体生长[16]。本研究表明对小麦幼苗进行0.5%Nacl与HM618共处理，显著缓解了其受到的生长抑制。解淀粉芽孢杆菌HM618可能参与了植物体内离子的转运，避免细胞中Na+、Cl-的过量积累，为植物生长代谢提供稳态环境，但其发挥的具体作用还有待研究。

植物遭受盐胁迫时，细胞内的蛋白质分解成氨基酸的速率提高，蛋白质合成受阻，可溶性糖作为渗透调节物含量增加。当添加解淀粉芽孢杆菌HM618后，可溶性蛋白继续积累，可溶性糖含量下降，以此保证植物正常获取水分[17-18]。说明解淀粉芽孢杆菌HM618可能参与植物渗透调节，维持正常生理代谢活动。李明等[19]研究发现，MDA含量可反映植物细胞膜的损坏程度。本试验发现，盐胁迫导致植物膜脂过氧化产物MDA含量积累;添加解淀粉芽孢杆菌HM618后，MDA的含量较盐处理组均有显著差异，表明HM618可能作为一种抗氧化剂参与活性氧的清除，从而减轻植物因盐胁迫造成的氧化伤害。

植物光合能力的强弱和营养状况可通过叶绿素含量的多少来反映，有研究发现当遭受盐胁迫时，番茄叶片的叶绿素含量和类胡萝卜素含量都不断减少[20]。本研究表明，将不同浓度的盐与HM618共处理后，叶绿素含量较胁迫组均增加，其中0.5%Nacl处理之间缓解更显著。盐胁迫使小麦叶绿素分解，而解淀粉芽孢杆菌HM618可以作为一种保护物质，避免植物细胞受到伤害，进而增加叶绿素含量，达到缓解盐胁迫的作用。对小麦进行盐胁迫时，与CK相比，F0和Fm呈下降趋势，这与前人研究结果一致[21-22]。0.2%Nacl+HM618共处理，小麦叶片叶绿素荧光参数变化不明显。0.5%Nacl+HM618共处理，小麦叶片的Fm、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qp和qN较0.5%Nacl处理组差异显著，进一步表明HM618对0.5%Nacl胁迫缓解显著。Na+、Cl-作为逆境因子通过降低PSII反应中心捕获光能的效率[23]，从而抑制了小麦的光合作用，而解淀粉芽孢杆菌HM618作为一种促生菌可能在一定程度上保护了PSII反应中心，从而使植物免受盐毒害。综上所述，添加适宜浓度的解淀粉芽孢杆菌HM618，可有效缓解小麦幼苗在0.5%Nacl浓度下受到的胁迫。

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