Microencapsulated Rhizosphere Bacteria for Promoting Growth of Corn Plants
-
摘要:目的 为了提高植物根际促生菌（Plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR）对作物促生作用的稳定性，研制出以PGPR复合菌液为原料的微胶囊菌剂，探究其对玉米的促生效果。方法 从玉米根际土壤中分离得到2株PGPR菌株并制备成复合液体菌液。分别用海藻酸钠（SA）和CaCl2作为包埋剂和交联剂，对复合菌液进行包埋以制备微胶囊菌剂。以复合微胶囊菌剂制备的难易程度和菌株包埋率、增殖前活菌数及增殖后活菌数为评价指标，确定微胶囊菌剂制备的最优条件。通过分析微胶囊菌剂在不同聚乙二醇含量、温度、pH、存储时间以及盐含量下的菌株生长及其对玉米生长和根系形态的影响确定PGPR微胶囊菌剂的特性。结果 分离得到了2株PGPR菌株，具有多种植物促生功能。使用质量分数为1%SA-3%CaCl2制备的微胶囊菌剂稳定性较好，包埋率达91.27%，增殖后的微胶囊活菌数达到8.73×109 cfu·g−1，增殖7.79倍。微胶囊菌剂在不同干旱、温度、pH、存储时间和盐浓度条件下对PGPR菌株具有较好的保护作用。PGPR微胶囊菌剂对玉米有显著的促生作用，施用微胶囊菌剂使玉米株高、苗干重和根干重分别增加91.83%、81.82%和29.57%。同时微胶囊菌剂也显著提高了玉米总根长、根表面积、根平均直径、根体积和根尖数。结论 探明了一种PGPR微胶囊菌剂的制备方法，施用该PGPR微胶囊剂能够显著促进玉米生长、改善玉米根系形态，对玉米的促生效果优于液体菌剂。Abstract:Objective Microencapsulation was applied to improve the stability of PGPRs for promoting corn growth.Method Rhizosphere bacteria that promote corn growth were isolated. The bacteria in broth were encapsulated using sodium alginate (SA) and CaCl2. Based on operation efficiency and PGPR survival rate, optimal conditions for the encapsulation were determined. Properties of the microencapsulated agent were analyzed for field applications with respect to the bacterial proliferation under varied artificial dehydration created by using polyethylene glycol (PEG) and salt, temperatures, pHs, and storage times as well as the growth and root morphology of the treated corn plants.Result Two PGPR strains with multiple plant growth promoting functions were isolated. The microcapsule microbial agent prepared with a mass fraction of 1% SA-3% CaCl2 had good stability. The embedding rate of the microcapsule microbial agent reached 91.27%, the number of live bacteria reached 8.73 × 109 cfu·g−1, and the proliferation was 7.79 times. Significant protection against the imposed adverse conditions was observed. In comparison with the virgin PGPRs broth, the encapsulation also significantly enhanced the growth of the treated corn plants with a 91.83% increase on plant height, 81.82% on seedling dry weight, and 29.57% on root dry weight over control. In addition, the total length, surface area, diameter, volume, and tip number of the roots of the corn plants grown with the encapsulated PGPRs were significantly increased as well.Conclusion Microencapsulation significantly improved the stability as well as the root morphology and growth promoting effect of PGPRs on the corn plants.
-
Keywords:
- Corn /
- rhizosphere bacteria /
- growth-promoting effect /
- microencapsulated
-
0. 引言
【研究意义】土壤盐渍化是指能溶于水的盐分随着地底层水上升至泥土表层，盐类沉积物累积在地表的现象[1]。盐分的过分累积不仅引起植物体离子稳态失衡、活性氧大量积累与营养吸收受阻等生理代谢紊乱[2]，还会使得土壤中的物理与化学特性产生变异[3]，土壤中的有效态微量元素含量也会随之减少[4]。当前全国的盐渍化的土地大约有14.9亿亩，占全国总的人均可利用耕地面积的比例约9.4%[5]，在我国的形势极为严峻[6]。因此需要一种应用性强且安全的生物技术手段，促进和推动我国盐碱化地区的作物耐盐的抗性和产量的稳定发展。【前人研究进展】丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）根系的吸收面积增强主要通过外生菌丝的扩展以此提高植物对土壤中养分的汲取，使植物能够抵抗盐胁迫[7]。根内孢囊霉（Rhiaophagus intraradices，R.i）、摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseas，F.m）、幼套近明球囊霉（Clariodeoglous etunicatum,，C.e）、地表多样孢囊霉（Diversispora versiformis，D.v）都是作为广谱型的AM真菌。研究发现，芦笋(Asparagus officinalis L.)接种R.i真菌后有助于改善其细胞内的环境和有效吸收氮元素，以此增强芦笋的耐盐性[8]。将C.e真菌接种在紫茎泽兰的植株中，可以提高紫茎泽兰地上生物量的分配以及其他指标的生长[9]。将F.m真菌接种于玉米植株，其侵染的比例和孢子的产量明显优于同类其他植物[10]。【本研究切入点】然而，这些研究多侧重于菌根真菌对植物抗盐胁迫及其生长方面的影响[11]，关于不同丛枝菌根真菌对番茄抵抗盐胁迫中作用的差异研究鲜见报道。番茄（Solanum lycopersicum L.）不论作为人类的食用蔬菜还是应用在药物研究方面，都有珍贵的价值。然而，我国土地盐渍化的形势使得番茄的产量受到极大影响[12]。通过接种合适的AMF来增强番茄对盐环境的抗性是一种解决盐渍化下番茄作物种植的安全且高效的方法。【拟解决的关键问题】本研究从4种AMF菌种中筛选出2种促生效应良好的菌种作为对比材料，采用土培法对番茄接菌处理并添加不同浓度梯度的盐溶液，在比较两者生理动态的同时，重点探究不同丛枝菌根真菌对番茄的耐盐抗性和其各类生长指标变化的影响，能够给盐渍化胁迫环境下的其他设施作物的高效安全种植和科学管理提供技术支持和理论依据。
1. 材料与方法
1.1 试验设计
试验时间为2019年5月至2020年9月，试验地点位于在浙江师范大学植物生态学实验室。番茄的种子选用颗粒饱满的中蔬4号品种，以无菌水催芽后栽种于装有等量富含有机质的红壤和河沙混合的塑料盆（规格：长420 mm、深140 mm、厚12 mm）中，其中基质土壤以红壤和河沙土各1 kg配比、栽培基质5 L，蛭石0.125 kg。其中基质土的pH值为6.31、有机质的需求占比为1.55%、全氮7.44%、速效磷、钾分别为35 mg·kg−1、477 mg·kg−1、盐分含量0.03%。在高压灭菌锅的高温下将材料灭菌2 h；其中底肥放入3～4粒有机氮肥，底肥施足后，整个苗木生长期，无需追加底肥的施肥，如果土壤泛白严重，可在番茄叶片表面进行喷洒施肥。
番茄盆栽用土量深110 mm，每盆6株，在苗株生长到两叶一心后，每盆经过筛选留下长势约为4～5 cm的植株3株。预实验从4种AMF菌种中筛选出2种促生效益最优的菌种作为材料，共设定3个处理：未接菌的对照组（CK）、接种根内孢囊霉（R.i）与摩西斗管囊霉（F.m）的接菌对照组。以上每个对照中设置2个盐浓度： 0和100 mmol·L−1 （在预试验中经过仔细筛选对比，100 mmol·L−1的效果能够达到预期目标，因此选为本试验的试验浓度），各设3个重复，均在26 ℃和15 h光照的温室环境中进行。接菌处理的番茄每盆添加60 g菌剂接种物，未接菌处理的每盆中（对照CK）添加等量的灭菌菌剂。接菌时间在30 d后进行不同浓度盐处理，每天早上每株浇50 mL盐水，一盆6株，共300 mL。每隔15 d测定番茄的生长、光合及抗氧化指标，共测3个周期，植株生长85 d时测定其菌根侵染率，并重点探究不同AMF对番茄促生作用及抗盐效应差异。
1.2 试验方法
曲利苯蓝染色法主要用于测定菌根侵染率[13]；测定过氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及过氧化氢酶（CAT）的活性方法分别采用愈创木酚法、NBT光化还原法以及紫外吸收法；测定丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量分别采用硫代巴比妥酸法[14]以及茚三酮显色法[15]；叶绿素荧光参数采用便携式荧光仪测定[16]、叶片光合参数的测定用叶片光合参数仪[17]、酶试剂盒测定RuBP羧化酶和果糖-1以及6-二磷酸酯酶（FBPase）活性[18]。
在对盆栽中的番茄苗盐处理后的第15天开始采用不同分级法测定其盐害指标[19]，共分为5级。第0级：植株处于正常健康的生长水平，未发现遭受盐害的任何影响；第1级：番茄苗生长稳定，极少数的植株底端有少数叶片出现褪绿的症状；第2级：植株的生长水平减弱，番茄植株的个别叶片已经出现黄化或枯萎的现象；第3级：番茄植株叶片有二分之一褪绿、黄化以及枯萎的症状，仅存3～4片正常生长的绿叶；第4级：番茄植株的生长水平处于极其缓慢阶段，盆中植株仅有1～2片正常绿叶；第5级：植株生长水平极度受限，此时植株的叶片已经彻底黄化。
盐害指数/%=[Σ （第N级苗×第N级株数）/5级×番茄总株数]×100；
番茄菌根依赖性指数（MD，%）测定[20]：对不同处理下的番茄苗的生物量（g）（根、茎和叶干重）进行精准测定，先将番茄的叶片用超纯水清洗后，用滤纸把叶片的水分擦干，然后对植物体杀青（时间为30 min，温度设定为105 ℃），接着放入烘箱（设定温度值为80 ℃）烘干，静置室温后用梅特勒高精度天平称其干重。
其计算公式如下：
番茄菌根依赖性指数（MD）=[接种AMF后番茄总生物量（M+）/未接种AMF番茄总生物量（M−）]×100% 1.3 数据处理
用Excel 2016试验数据整理，SPSS 25.0生物统计学软件对试验数据进行分析，分析比较试验结果的显著性差异（α=0.05）以及平均值和标准误的计算采用单因素方差分析法和邓肯法。绘制图表用Origin 8.5软件。
2. 结果与分析
2.1 优势AMF的筛选以及不同AMF对盐胁迫下番茄菌根侵染率影响
不同AMF对番茄的根系依赖性差异显著，其中F.m的菌根依赖性和侵染密度分别为54.8%、4.01%，R.i组为50.9%、4.02% ；D.v菌根依赖性和侵染密度分别为28.79%、0.81%， C.e组仅为27.72%、0.79%。（表1）。在盐胁迫环境下接菌对番茄根系的亲和力会显著降低，但F.m组与R.i组依赖性仍高于D.v和C.e组，说明F.m与R.i两种菌种能与番茄建立良好共生关系，由此筛选出F.m和R.i是侵染效果较好的优良菌种。
表 1 不同AMF对盐胁迫下番茄菌根依赖性及侵染密度的影响Table 1. Effects of AMF on mycorrhizal dependence and infection density of tomato plants under salt stress项目
Items处理组
TreatmentsF.m R.i C.e D.v 菌根依赖性
Mycorrhizal
dependence/%0 mmol·L−1 54.79±0.09 a 50.87±0.01 ab 29.07±0.01 c 49.05±0.02 b 100 mmol·L−1 129.06±0.11 a 128.09±0.24 a 111.37±0.15 b 127.08±0.33 ab 侵染密度
Infection
density/%0 mmol·L−1 4.01±0.24 a 4.02±0.11 ab 0.76±0.09 c 3.01±0.07 b 100 mmol·L−1 0.79±0.01 a 0.82±0.03 b 0.13±0.02 c 0.80±0.04 b 注：同项同行数据后不同字母表示差异显著（ P ＜0.05），下同。
Note: Values followed by different lowercase letters within a column indicate significant difference at 5% level, the same as below.F.m及R.i对番茄根系的侵染情况，通过精细观测和计算发现，无盐处理的F.m、R.i侵染率分别达54.6%、44.7%（图1），而高盐胁迫后则分别为26.8%、19.0%。这表明AMF可以有效保护番茄根系免受盐胁迫损伤，且F.m对番茄根系的依存度强于R.i。
![]()
图 1 不同AMF对盐胁迫下番茄菌根侵染率的影响Figure 1. Effects of AMF on mycorrhizal infection rate of tomato plants under salt stress2.2 不同AMF对盐胁迫下番茄抗氧化酶系统的影响
随着盐处理时间延长，未接菌的CK组的抗氧化酶活性皆低于接菌组，且F.m与R.i接菌组的SOD活性在第15天时呈现升高的趋势，第30天以后趋势降低；F.m与R.i处理组的POD以及CAT活性则呈不断增长的趋势（表2）；F.m无盐胁迫处理与F.m 100高盐处理下，番茄的SOD、POD和CAT活性的增长率分别高达42.3%、112.2%、41%和47.4%、32.9%、35.7%；R.i无盐胁迫处理下，番茄的SOD、POD和CAT活性的增长率分别高达23.7%、97.1%、25.3%和21.7%、29.7%、18.3%；施加2种AMF菌剂后，番茄植株的抗氧化酶活性显著提高。
表 2 盐胁迫下AMF处理后番茄抗氧化酶系统的变化Table 2. Changes on antioxidant enzymes of tomato plants under AMF-treatment against salt stress测定指标
Measured
indicators处理组
Treatments时间 Times/d 15 30 45 SOD/
（U·g−1·min−1 ）CK 0 4.76±0.24 e 5.09±0.15 d 4.74±0.19 e R.i 0 5.34±0.08 e 5.49±0.12 cd 5.55±0.08 d F.m 0 6.17±0.26 d 6.30±0.26 c 6.17±0.23 c CK 100 7.29±0.28 c 9.73±0.43 b 7.05±0.10 b R.i 100 8.37±0.16 b 10.58±0.41 b 7.41±0.40 b F.m 100 9.99±0.34 a 12.21±0.30 a 8.46±0.17 a POD/
（U·g−1·min−1 ）CK 0 73.61±4.37 d 74.91±3.64 d 85.30±3.67 f R.i 0 83.00±2.33 dc 137.14±3.34 c 132.22±4.69 e F.m 0 84.31±1.63 c 146.53±4.69 c 148.79±3.18 d CK 100 273.11±2.73 b 422.00±3.93 b 565.50±4.13 c R.i 100 347.73±2.71 a 424.44±2.48 b 614.80±3.84 b F.m 100 355.44±3.83 a 468.63±4.00 a 649.68±5.54 a CAT/
（U·g−1·min−1 ）CK 0 33.13±1.11 d 35.17±1.06 d 37.13±1.32 e R.i 0 37.86±2.15 cd 37.79±1.69 d 43.54±1.33 d F.m 0 40.32±1.93 c 44.72±1.51 c 49.28±1.23 d CK 100 48.74±1.76 b 74.68±1.79 b 84.25±2.28 c R.i 100 54.25±1.34 b 78.19±1.47 b 93.07±2.80 b F.m 100 61.14±2.63 a 88.19±1.98 a 99.25±1.68 a 2.3 不同AMF对盐胁迫下番茄脯氨酸动态变化及MDA的影响
盐处理后的15～45 d，非盐胁迫下的F.m组的番茄脯氨酸（Pro）含量较CK 0呈下降趋势，在15 d时，盐胁迫下的F.m的番茄脯氨酸（Pro）含量较CK 100呈大幅提升且随胁迫时间的延长，分别在35 d、45 d时呈下降的趋势；在15 d、30 d时，非盐胁迫下的R.i的番茄脯氨酸（Pro）含量较CK 0呈急剧增长趋势；在35 d、45 d时，盐胁迫下的R.i的番茄脯氨酸（Pro）含量较CK 100趋势基本持平（表3）。在15 d、35 d、45 d时非盐胁迫下的F.m组的丙二醛含量呈现细微降低的趋势；盐胁迫下的F.m组的MDA含量变化呈现持续增长趋势；无胁迫处理R.i的丙二醛含量在各时间段基本保持不变；盐逆境下的R.i的丙二醛含量在各时间段内不断降低。
表 3 盐胁迫下AMF处理后脯氨酸及MDA含量的变化Table 3. Proline and MDA contents after AMF-treatment under salt stress测定指标
Measured
indicators处理组
Treatments时间 Times/d 15 30 45 丙二醛含量
MDA content/
（mmol·g−1）CK 0 3.94±0.14 d 6.81±0.13 d 7.25±0.18 d CK 100 7.28±0.23 a 10.44±0.15 a 17.68±0.38 a F.m 0 3.91±0.15 e 6.76±0.10 d 6.88±0.20 d F.m 100 4.56±0.15 c 8.96±0.19 c 12.37±0.34 c R.i 0 3.93±0.10 de 6.79±0.16 d 7.16±0.16 d R.i 100 6.02±0.17b 9.59±0.21 b 14.12±0.29 b 脯氨酸含量
Pro content/
（μg·g−1）CK 0 42.41±1.58 d 6.81±0.13 cd 7.25±0.18 bc CK 100 35.82±2.06 d 10.44±0.15 d 17.68±0.38 d F.m 0 41.00±3.55 d 6.76±01.0 d 6.88±0.20 c F.m 100 228.57±4.33 a 8.96±0.19 a 12.37±0.34 a R.i 0 118.06±4.18 c 6.79±0.16 c 7.16±0.16 d R.i 100 181.43±3.32 b 9.59±0.21 b 14.12±0.29 b 从AMF侵染后脯氨酸（Pro）含量来看，盐胁迫下F.m最大降幅达60.7%，R.i仅28%。而CK组在15 d、35 d、45 d时，MDA含量升幅高达142%，增长速率表现为CK>R.i>F.m。高盐处理45 d后CK组、R.i组与F.m组MDA含量较处理30 d时分别增高约1.7倍、1.5倍和1.4倍。
2.4 不同AMF对盐胁迫下番茄光合变化的影响
在盐逆境下，非接菌组的番茄叶片的PSll最大光化学量子产量值（Fv/Fm）值随胁迫时间延长从15～45 d均呈降低趋势；而F.m 100和R.i 100的Fv/Fm值随胁迫时间延长在15～30 d先降低而后到第45 d时呈增高的趋势。F.m、R.i处理下番茄Fv/Fm最高增长率分别为7.5%、5.6%。盐逆境下，CK 100在15 d时番茄初始荧光(Fo)值显著升高；盐逆境下非接菌组的番茄植株的净光合速率（Pn）和气孔导度(Gs)呈现降低的趋势。经过F.m、R.i处理后，番茄最小荧光(Fo)值降幅分别高达18.3%、9.0%；Fv/Fm最高增长率为7.5%、5.6%；Pn、Gs均有提高，最大增幅分别可达49.1%和35.4%（图2）。
![]()
图 2 盐胁迫下AMF处理后对番茄叶绿素荧光参数和光合气体参数影响Figure 2. Effects of AMF-treatment on chlorophyll fluorescence and photosynthetic gas parameters of tomato plants under salt stress接菌组光合相关的酶活性均有不同水平的增加，其中无盐处理时，R.i组FBPase和RuBP羧化酶活性在第45天分别高于对照组29.5%、22.7%（图3），而F.m对两种酶活性有更好的调控作用，比CK分别高31.2%和22.5%。盐处理后两种酶活性均降低，15 d时F.m组两种酶活性较无盐组分别低6.7%、9.4%，但接菌组酶活性仍大于对照组。
![]()
图 3 盐胁迫下AMF处理后对番茄FBPase活性与RuBP酶活性的影响Figure 3. Effects of AMF-treatment on FBPase and RuBP activities of tomato plants under salt stress2.5 不同处理组番茄盐害指数的影响变化
盐胁迫组均表现出叶片黄化、萎蔫等盐害症状，接菌组的盐害指数显著低于未接菌组，F.m组最低，其中F.m和R.i组的盐害指数分别为35.63、51.23（表4），与R.i相比F.m组的盐害指数降低了30.2%。经过接菌处理下的盐害指数相较于CK，F.m与R.i组分别降低了57.9%、33.9%，接菌组F.m是R.i的1.7倍。
表 4 不同处理组番茄盐害指数的影响变化Table 4. Changes on salt injury index of tomato plants under treatments处理组
Treatments盐害指数
Salt injury indexCK 70.26±2.23 a F.m 35.63±5.15 c R.i 51.23±3.33 b 3. 讨论与结论
丛枝菌根真菌（AMF）可与多于90%的陆生植物构建共生体系[21]，在物种竞争与土壤中的微生物有益物质的循环中有主要的调控作用[22]。AMF定殖并与宿主产生共生关系之后，直接或间接地影响和促进植物生长发育、矿质营养吸收等[23]，增强其抗盐逆境能力。AMF侵染可调节番茄叶片光合特性和维持光合关键酶活性，降低盐环境对光合系统造成的伤害从而增强寄主植物的抗盐能力。菌丝入侵植物根系皮层细胞后通过菌丝体的不断分叉最终为丛枝结构[24]，菌根侵染率反映了菌根形成和共生真菌对植物的亲和力，衡量其生态适应性。冯固等[25]研究发现，虽然AMF能够提高植物的抗盐胁迫能力，但盐离子会抑制其孢子萌发和初级芽管伸长导致菌根侵染率降低，各菌剂处理效果存在差异。就侵染率与侵染密度而言，本研究的结果发现AMF各菌剂处理效果均呈降低趋势，且F.m组和R.i组仍高于D.v组和C.e组，经过100 mmol·L−1浓度的高盐处理后，D.v组均达到最大增幅，分别为R.i组的1.22倍、1.02倍，由此我们筛选出F.m、R.i是对盐环境适应力较强的优质品种，但F.m对番茄根系的侵染效果较R.i更佳。所以可以准确得出F.m和R.i对侵染番茄根系有一定优势，且F.m更适于定殖于番茄根部。
活性氧代谢调节酶如SOD、POD以及CAT在植物体细胞内的作用极为重要，主要通过分解清除过量超氧根离子和H2O2，从而提高植物体在盐胁迫的环境下对氧化应激的抵抗能力，细胞损伤程度主要通过它们在植物体内的活性变化来表现[26]。试验发现盐胁迫下番茄抗氧化酶系统总体呈上升趋势，是因为抗氧化酶系统被刺激激活产生了抵抗作用。接种F.m和R.i后番茄叶片的SOD、POD、CAT活性显著增强，这与Guo等[27]探索盐逆境下AMF对牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）抗氧化酶活性影响所得结论相似，阐明丛枝菌根真菌可以增强植株抗氧化酶活性，其中F.m组显然高于R.i组，在F.m处理下，SOD、POD、CAT的活性增长率均达到最大。可知F.m定殖于番茄更有利于植物体内免疫相关酶类的合成，增强番茄抗氧化酶防御系统。减轻氧化损伤，并改变Pro和MDA含量，缓解渗透胁迫与膜脂过氧化。两种菌剂对盐逆境下番茄生长状况均有改善的趋势，盐害指数较对照均呈下降趋势。
丙二醛参与植物体内的物质循环，在逆境胁迫下可通过增加脯氨酸的含量来维护植物渗透调节平衡及膜结构的完整性[28]。而当胁迫程度较高时，膜脂过氧化反应使得丙二醛含量急剧增加[29]。当高盐胁迫的强度过大，会致使植物体细胞膜脂受损，导致脯氨酸的含量增加[30]。MDA含量用来评估植株体内的膜系统受伤程度以及对胁迫的抵抗性[31]。试验得出，在高盐逆境胁迫后番茄的丙二醛含量升高，接种AMF会使得植物的抗氧化酶活性不断增高，MDA含量增速明显减少，增长速率表现为CK>R.i>F.m。说明AMF能诱导酶促防御系统响应，减少丙二醛含量的过度积累，缓解氧化造成的损伤，提高宿主在植物体内的抵抗高盐胁迫的能力。这与邹晖等[32]、吴秀红等[33]发现，内生菌根可增加植物的酶活性含量，以此来减少丙二醛含量的结果相同。因此AMF对番茄体内各种物质保护能力会随着盐胁迫的延续性而变弱，且接种不同丛植根菌真菌对盐胁迫的响应程度各异，接种F.m能够更好增强番茄植株应对盐害的耐受性。
植物细胞膜脂受损，将引起体内渗透系统紊乱，脯氨酸作为调控作用物质[34]，在植物处于高盐环境下，会通过显著提高Pro含量来维护植物体分子结构的稳定性[35]。试验分析显示，经过盐胁迫处理后的植株体内Pro的含量会显著增加，而通过接种AMF后可降低植株体内Pro含量的累积，与CK组脯氨酸含量相比F.m组和R.i组最大降幅分别为60.66%、27.97%，证实AMF能高效降低盐胁迫带给番茄的危害，这与Elhindi等[36]发现AMF可降低甜罗勒（Ocimum basilicum L.）体内Pro含量并缓解盐胁迫的结果相似，说明AMF菌剂可提升抗盐应激反应中植物的抗盐能力，维持植物体内的渗透平衡。
反映植物光合系统调节状况的重要指标是叶绿素荧光参数和光合气体参数[37]，最大光化学量子效率（Fv/Fm）和初始荧光Fo与植物的光抑制程度密切相关[38]。植物光合能力强弱通过叶绿素荧光特性及叶片光合参数反映，在植物处于逆境胁迫下更能表达植物抗盐性[39]。朱先灿等[40]在对玉米的探究中发现接种菌根能改善光合特性，以此加强盐环境下宿主的光合作用能力。本研究结果也呈现类似趋势：不同AMF对番茄光合参数的影响程度各异，但各处理组的番茄Fv/Fm、Pn及Gs等参数均显著增加，说明AMF能够使气孔限制减弱，维持高水平光合速率。
RuBP羧化酶和FBPase均在光合碳循环起关键的调节作用，能直接影响光合产物的累积和光合循环效率[41]。RuBP羧化酶和FBPase活力减低是光合衰退的内在体现因素，结果表明，高盐逆境会促使植株的RuBP羧化酶和FBPase活性减弱，而AMF侵染缓解了盐胁迫对两种光合关键酶活性的阻抑，促进植物体对物质的羧化储存，有利于光合产物的积累，这与Zhang等发现AMF能调节芦笋（Asparagus officinalis L.）光合酶活性，启动光保护机制的结果类似。由此表明，AMF可通过改善光能吸收、电子传递等光合过程，减缓盐胁迫对光合关键酶活性的抑制，能够促进植物进行光合作用，增强共生体应对不利环境的抵御能力[42]。且F.m影响效果更佳。
对于AMF应对盐胁迫的危害的治理效果意见不一。张淑彬等[43]通过对植株生长效应等指标的综合分析，评定结果表明摩西斗管囊霉的综合效果高于其他AM真菌，在对沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.)接菌处理发现能够产生很好的作用。本试验分析了各接菌处理组对番茄盐胁迫的盐害指数和促生效益的数据，发现在各项指数上，F.m与番茄的共生体系对盐胁迫的抵御能力较R.i更好，F.m为与番茄建立最优共生体系的高效菌种。说明AMF接种不同的植株产生作用有异。综上，F.m对盐逆境下番茄的生理状况及光合水平均有较为显著的改善作用，由此筛选得到F.m为番茄高效AMF菌种。
综上所述，AMF真菌能够减少盐分累积，从而降低对番茄的盐害损伤。其主要通过抗氧化酶活性地不断增高，MDA含量增速明显减少、减缓盐胁迫对光合关键酶活性的抑制，促进光合作用来提高共生体对不利环境的抵御能力及植株对矿质营养吸收、介导植物理化代谢过程等增强番茄对盐胁迫逆境下的耐受能力。笔者从4种丛枝根菌真菌中筛选出F.m作为高效促生菌种，可将其应用于番茄规模化生产实践，为盐渍土改良和生态环境治理提供一种低成本、少限制且对环境友好的生物学措施。为其在浙江盐渍地区番茄设施产业的种植奠定基础，同时为进一步构建优良的作物-AMF共生耦合体系、最终运用高效的生物防治技术有力推动设施农业的健康可持续发展。
-
![]()
图 7 不同环境条件对两种剂型菌株生长的影响
＊表示两组之间差异显著（P＜0.05）
Figure 7. Effect of environmental conditions on proliferation of PGPRs in two different dosages
＊indicates significant difference (P＜0.05).
![]()
图 8 不同剂型PGPR对玉米生长的影响
a：株高；b：苗干重；c：根干重；不同小写字母表示不同组别间差异显著（P＜0.05）。
Figure 8. Effect of PGPR dosage on growth of corn plants
a: plant height; b: dry weight; c: root dry weight; data with different letters indicate significant differences (P＜0.05).
![]()
图 9 不同剂型PGPR对玉米根系形态的影响
a：根长；b：根总表面积；c：根平均直径；d：根尖数；e：根体积；不同字母表示不同组别间差异显著（P＜0.05）
Figure 9. Effect of PGPR dosage on root morphology of corn plants
a: root length; b: total root surface area; c: average root diameter; d: number of root tips; e: root volume; data with different letters indicate significant differences (P＜0.05).
表 1 玉米根际土壤中筛选的具有促生特性的菌株及促生特性分析
Table 1 Strains and properties of corn growth-promoting bacteria from rhizosphere soil
菌株
Strains解磷量
Phosphate solubilizing/
(μg·mL−1)解钾量
Potassium releasing/
(μg·mL−1)固氮量
Nitrogen fixation/
(μg·mL−1)吲哚乙酸
Indoleacetic acid/
(μg·mL−1)铁载体活性
Siderophore activity/%ACC含量
ACC content/
(μg·mL−1)P1 33.50±0.37a — 1.44±0.16b 78.06±0.51a 55.72±0.67a 0.19±0.07e P2 31.49±0.51b — — 65.74±1.61b 44.19±0.94d 0.30±0.07b P3 31.34±0.58b — — — 49.12±0.35b 0.27±0.05c P4 30.85±0.59b — — — 46.47±0.27c 0.22±0.14d P5 30.12±0.03c — — 46.23±3.25d 40.48±0.44e 0.14±0.07f P6 31.13±0.04b — — — 39.65±0.38e 0.20±0.06e N1 — — 1.96±0.35a — 33.5±0.527f 0.27±0.11c N2 — — 1.27±0.21b — — 0.14±0.02f N3 — — 1.23±0.10b — — 0.22±0.03d K1 — 1.22±0.09b — 55.63±0.54c 31.52±0.39g 0.14±0.02f K2 — 1.17±0.07b — — — 0.30±0.06b K3 — 1.26±0.07b — — 29.34±0.35g 0.25±0.13cd K4 — 1.35±0.28b — — — 0.18±0.07e K5 — 2.26±0.07a — 63.43±2.9b 50.46±0.71b 0.34±0.05a 同列数据后不同字母表示差异显著（P＜0.05）；—表示无此项促生功能。
Data with different letters on same column indicate significant differences (P＜0.05); —indicate no growth-promoting function.
下载: 导出CSV
表 2 菌株P1和K5的生理生化特性
Table 2 Physiological and biochemical characteristics of P1 and K5
菌株
Strains淀粉水解
实验
Starch
hydrolysis蔗糖发酵
实验
Sucrose
fermentation乳糖发酵
实验
Lactose
fermentation葡萄糖发酵
实验
Glucose
fermentation甲基红实验
Methyl red
experiment柠檬酸盐
实验
Citrate
experiment吲哚实验
Indole
experiment革兰氏染色
实验
Gram staining
experiment触酶实验
Catalase
experiment伏-普实验
Volt-P
experiment菌株
StrainsP1 − + − + − − + + + + K5 − − + − − − + + + − +：阳性；−：阴性；
+: positive; −: negative.
下载: 导出CSV
表 3 不同质量分数SA-CaCl2配比下微胶囊的操作性和成球性
Table 3 Microencapsulation of PGPRs with varied SA-CaCl2 combinations
配比组合
Varied combination操作性
Operation成球性
Sphericity1%SA 2%CaCl2 易
Easy较好，拖尾，无粘连
Better, trailing, no sticking3%CaCl2 易
Easy较好，拖尾，少量粘连
Better, trailing, few sticks4%CaCl2 易
Easy较好，拖尾，少量粘连
Better, trailing, few sticks2%SA 2%CaCl2 易
Easy较好，拖尾，无粘连
Better, trailing, no sticking3%CaCl2 易
Easy较好，拖尾，少量粘连
Better, trailing, few sticks4%CaCl2 易
Easy较好，拖尾，少量粘连
Better, trailing, few sticks3%SA 2%CaCl2 难
Difficult较差，无拖尾，少量破碎
Bad, no tailing, few fragile3%CaCl2 难
Difficult较差，拖尾，少量粘连
Bad, trailing, few sticks4%CaCl2 难
Difficult差，拖尾，少量破碎，易粘连
Poor, trailing, few fragile, sticks
下载: 导出CSV
表 4 微胶囊菌剂颗粒的理化性质
Table 4 Physicochemical properties of microcapsules
配比组合
Varied combination直径
Diameter/mm机械强度
Mechanical Strength/g增殖前胶囊活菌数
Number of viable cells
before proliferation/
(×109 cfu·g−1)包埋率
Embedding rate/%增殖后胶囊活菌数
Number of viable cells
in after proliferation/
(×109 cfu·g−1)增殖倍数
Multiplication ratioSA1%-CaCl22% 3.14±0.13b 3.29±0.16b 1.01±0.11b 85.60±2.25b 5.68±0.37b 5.62 SA1%-CaCl23% 3.11±0.07c 3.21±0.13c 1.12±0.03c 91.27±1.05c 8.73±0.50c 7.79 SA2%-CaCl22% 3.22±0.04a 3.35±0.03a 1.20±0.03a 81.17±1.91a 6.91±0.49a 5.76 同列数据后不同字母表示差异显著（P＜0.05）
Data with different letters on same column indicate significant differences (P＜0.05).
下载: 导出CSV
-
[1] MAHAPATRA S, YADAV R, RAMAKRISHNA W. Bacillus subtilis impact on plant growth, soil health and environment: Dr. Jekyll and Mr. Hyde [J]. Journal of Applied Microbiology, 2022, 132(5): 3543−3562. DOI: 10.1111/jam.15480
[2] KESAVAN P C, SWAMINATHAN M S. Modern technologies for sustainable food and nutrition security [J]. Current Science, 2018, 115(10): 1876. DOI: 10.18520/cs/v115/i10/1876-1883
[3] RAKLAMI A, BECHTAOUI N, TAHIRI A I, et al. Use of rhizobacteria and mycorrhizae consortium in the open field as a strategy for improving crop nutrition, productivity and soil fertility [J]. Frontiers in Microbiology, 2019, 10: 1106. DOI: 10.3389/fmicb.2019.01106
[4] WU Z S, GUO L N, QIN S H, et al. Encapsulation of R. planticola Rs-2 from alginate-starch-bentonite and its controlled release and swelling behavior under simulated soil conditions [J]. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 2012, 39(2): 317−327.
[5] 项郑昊, 周化岚, 张建国. 海藻酸钠微胶囊制备及其在微生物包埋中的应用 [J]. 工业微生物, 2021, 51(1):43−49. DOI: 10.3969/j.issn.1001-6678.2021.01.007 XIANG Z H, ZHOU H L, ZHANG J G. Preparation of alginate microcapsules and its application in industrial microbiology [J]. Industrial Microbiology, 2021, 51(1): 43−49. (in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1001-6678.2021.01.007
[6] 董羽嘉, 何艳慧, 武占省. 微胶囊化植物根际促生菌剂的研究进展 [J]. 生物加工过程, 2021, 19(4):404−412. DONG Y J, HE Y H, WU Z S. Research progress of microencapsulated plant growth promoting rhizobacteria [J]. Chinese Journal of Bioprocess Engineering, 2021, 19(4): 404−412. (in Chinese)
[7] 徐致远, 郭本恒, 陈卫. 乳酸菌微胶囊技术的研究进展 [J]. 乳业科学与技术, 2005, 28(5):198−201. DOI: 10.3969/j.issn.1671-5187.2005.05.002 XU Z Y, GUO B H, CHEN W. The development of micro-encapsulation technology applied in LAB production [J]. Journal of Dairy Science and Technology, 2005, 28(5): 198−201. (in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1671-5187.2005.05.002
[8] 陈妮娜, 朱亚燕, 阳丽媛, 等. 海藻酸钠-果胶改性复合膜的制备及表征 [J]. 中国食品添加剂, 2018, (4):154−163. DOI: 10.3969/j.issn.1006-2513.2018.04.025 CHEN N N, ZHU Y Y, YANG L Y, et al. Preparation and characterization of cross-linking composite films based on sodium alginate and pomelo pectin [J]. China Food Additives, 2018(4): 154−163. (in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1006-2513.2018.04.025
[9] 张琳, 尚校兰, 李秋玲, 等. 海藻酸钠-多聚赖氨酸复合益生菌微胶囊的构建及性能评价 [J]. 饲料博览, 2023, (2):30−35. ZHANG L, SHANG X L, LI Q L, et al. Construction and performance evaluation of sodium alginate poly-L-lysine compound probiotics microcapsule [J]. Feed Review, 2023(2): 30−35. (in Chinese)
[10] 靳海洋, 王慧, 张燕辉, 等. 基于基因组的一株土壤固氮菌分离菌株鉴定及其促生作用 [J]. 微生物学报, 2021, 61(10):3249−3263. JIN H Y, WANG H, ZHANG Y H, et al. Genome-based identification and plant growth promotion of a nitrogen-fixing strain isolated from soil [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2021, 61(10): 3249−3263. (in Chinese)
[11] 黄臣, 杨凯元, 高鹏, 等. 达乌里胡枝子根际解磷细菌的筛选、鉴定及特性研究 [J]. 草地学报, 2022, 30(9):2345−2355. HUANG C, YANG K Y, GAO P, et al. Screening, identification and characteristics of phosphate-solubilizing microorganisms in Lespedeza daurica [J]. Acta Agrestia Sinica, 2022, 30(9): 2345−2355. (in Chinese)
[12] 孟丽媛, 邱涵, 谢瑾, 等. 解磷菌、解钾菌和固氮菌的分离筛选与鉴定 [J]. 生物灾害科学, 2022, 45(2):241−246. MENG L Y, QIU H, XIE J, et al. Isolation, screening and identification of phosphorus-solubilizing bacteria, potassium-solubilizing bacteria and nitrogen-fixing bacteria [J]. Biological Disaster Science, 2022, 45(2): 241−246. (in Chinese)
[13] 陈越, 李虎林, 朱诗苗, 等. 产吲哚乙酸(IAA)促生菌的分离鉴定及对烟草种子萌发和幼苗生长发育的影响 [J]. 作物杂志, 2020, (2):176−181. CHEN Y, LI H L, ZHU S M, et al. Isolation and identification of IAA-producing rhizobacteria and its effects on seed germination and seedling growth of tobacco [J]. Crops, 2020(2): 176−181. (in Chinese)
[14] 葛淼淼, 薄永琳, 刘宸, 等. 土壤产铁载体细菌的筛选及其对铁氧化物的活化与利用 [J]. 微生物学通报, 2023, 50(3):1062−1072. GE M M, BO Y L, LIU C, et al. Screening of soil siderophore-producing bacteria and their activation and utilization of iron oxide [J]. Microbiology China, 2023, 50(3): 1062−1072. (in Chinese)
[15] 韩坤, 田曾元, 刘珂, 等. 具有ACC脱氨酶活性的海滨锦葵(Kosteletzkya pentacarpos)内生细菌对小麦耐盐性的影响 [J]. 植物生理学报, 2015, 51(2):212−220. HAN K, TIAN Z Y, LIU K, et al. Effect of endophytic bacteria with ACC deaminase activity in kostel etzkya pentacarpos on wheat salt tolera nce [J]. Plant Physiology Journal, 2015, 51(2): 212−220. (in Chinese)
[16] 东秀珠, 蔡妙英. 常见细菌系统鉴定手册[M]. 北京: 科学出版社, 2001: 364-379. [17] 韩梅, 李天华, 彭帅, 等. 微生物肥料的包埋固定化研究 [J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(4):999−1005. HAN M, LI T H, PENG S, et al. Immobilization of microbial fertilizer in small spherical particles by embedding [J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(4): 999−1005. (in Chinese)
[18] 薛伟明, 于炜婷, 刘袖洞, 等. 载细胞海藻酸钠/壳聚糖微胶囊的化学破囊方法研究 [J]. 高等学校化学学报, 2004, 25(7):1342−1346. XUE W M, YU W T, LIU X D, et al. Chemical method of breaking the cell-loaded sodium alginate/chitosan microcapsules [J]. Chemical Research In Chinese Universities, 2004, 25(7): 1342−1346. (in Chinese)
[19] 李琦, 姚拓, 阿不满, 等. 根际促生菌微胶囊剂研发及对苜蓿、燕麦促生效果评价 [J]. 草地学报, 2019, 27(5):1392−1399. LI Q, YAO T, A B M, et al. Development of plant growth promoting rhizobacteria microcapsules and evaluation of its growth promotion effects on alfalfa and oats [J]. Acta Agrestia Sinica, 2019, 27(5): 1392−1399. (in Chinese)
[20] 韩梅. 大豆复合微生物肥料功能菌系的构建及包埋固定化研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2013 HAN M. Studies on Construction and Immobilization of Functional Flora for Compound Microbial Fertilizer in Soybean[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2013. (in Chinese)
[21] 朱峰, 许春丽, 曹立冬, 等. 农药微囊剂及其制备技术研究进展 [J]. 现代农药, 2018, 17(2):12−16,33. DOI: 10.3969/j.issn.1671-5284.2018.02.003 ZHU F, XU C L, CAO L D, et al. Research advances of pesticide microcapsule and its preparative technique [J]. Modern Agrochemicals, 2018, 17(2): 12−16,33. (in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1671-5284.2018.02.003
[22] BASU A, PRASAD P, DAS S N, et al. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) as green bioinoculants: Recent developments, constraints, and prospects [J]. Sustainability, 2021, 13(3): 1140. DOI: 10.3390/su13031140
[23] AINI N, YAMIKA W, ULUM B. Effect of nutrient concentration, PGPR and AMF on plant growth, yield, and nutrient uptake of hydroponic lettuce [J]. International Journal of Agriculture and Biology, 2019, 21(1): 175−183
[24] GAMEZ R, CARDINALE M, MONTES M, et al. Screening, plant growth promotion and root colonization pattern of two rhizobacteria (Pseudomonas fluorescens Ps006 and Bacillus amyloliquefaciens Bs006) on banana cv. Williams (Musa acuminata Colla) [J]. Microbiological Research, 2019, 220: 12−20. DOI: 10.1016/j.micres.2018.11.006
[25] KUMARI G, KUMAR D, SINGH D, et al. Characterization of microbial inoculants and its different formulation for mass production [J]. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 2020, 9(7): 621−627. DOI: 10.20546/ijcmas.2020.907.070
[26] 车永梅, 刘广超, 郭艳苹, 等. 一种耐盐复合菌剂的制备和促生作用研究 [J]. 生物技术通报, 2023, 39(11):217−225. CHE Y M, LIU G C, GUO Y P, et al. Preparation of compound halotolerant bioinoculant and study on its growth-promoting effect [J]. Biotechnology Bulletin, 2023, 39(11): 217−225. (in Chinese)
[27] ANZUAY M S, CIANCIO M G R, LUDUEÑA L M, et al. Growth promotion of peanut (Arachis hypogaea L. ) and maize (Zea mays L. ) plants by single and mixed cultures of efficient phosphate solubilizing bacteria that are tolerant to abiotic stress and pesticides [J]. Microbiological Research, 2017, 199: 98−109. DOI: 10.1016/j.micres.2017.03.006
[28] 沙月霞, 邢敏, 李明洋, 等. 微生物菌剂拌土对玉米茎基腐病的预防和促生效果 [J]. 安徽农业科学, 2021, 49(4):141−144,154. SHA Y X, XING M, LI M Y, et al. Preventive and promoting efficacy of microbial agents mixed with soil against the maize stem basal rot in Ningxia [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2021, 49(4): 141−144,154. (in Chinese)
[29] 王礼, 杨光, 杨波, 等. 海藻酸钠微球的制备优化及其吸附模型 [J]. 食品与生物技术学报, 2023, 42(8):103−111. WANG L, YANG G, YANG B, et al. Optimization of preparation of sodium alginate microspheres and its adsorption behavior modeling [J]. Journal of Food Science and Biotechnology, 2023, 42(8): 103−111. (in Chinese)
-
期刊类型引用(9)
1. 孙文秀，邵晨阳，陈妍妍，聂明皓，李震，曹毅，刘应保. 干旱胁迫下2种内生真菌对烟草生理生化指标及NAC基因表达的影响. 华北农学报. 2024(01): 113-119 . 
百度学术
2. 周英，谢科，蔡汉，黄长兵. 盐胁迫下外源褪黑素和丛枝菌根真菌对月季幼苗生长生理特性的影响. 西北植物学报. 2024(03): 370-380 . 百度学术
3. 余泽岑，晏梅静，补春兰，沈谦，刘刚，董廷发，胥晓. 不同AMF菌肥对桑树“嘉陵30”生长和叶品质的影响. 西华师范大学学报(自然科学版). 2024(03): 246-253 . 百度学术
4. 陈婷，张国龙，李春玲，马国江，李泽山. 不同AMF对番茄幼苗响应旱盐双重胁迫的影响. 农业科技通讯. 2024(07): 27-32 . 百度学术
5. 宗建伟，黄小迪，靳永安，杨雨华. NaCl胁迫下摩西斗管囊霉对文冠果生长及叶片解剖结构和叶绿素荧光参数的影响. 植物资源与环境学报. 2023(02): 73-81 . 百度学术
6. 张思华，弥春霞，虞轶俊，刘国群，朱春权，田文昊，朱练峰，曹小闯，张均华，孔亚丽. 丛枝菌根真菌缓解水稻盐碱胁迫的生理特性研究. 中国稻米. 2023(03): 56-61 . 百度学术
7. 齐玉玺，张琇，杨国平，季鸿飞，沈婷婷，吴凯华. 耐盐碱促生菌S4的鉴定及其提高水稻耐盐碱作用研究. 山东农业科学. 2023(04): 147-154 . 百度学术
8. 王海鸥，麦格皮热提古丽·达吾提，高文礼，陈晓楠，伊力努尔·艾力，马晓东. 盐胁迫对AMF介导下两种荒漠植物生长和生理特性的影响. 草地学报. 2023(09): 2712-2721 . 百度学术
9. 周楠，穆丹，梁英辉，李青楠. 丛枝菌根真菌在湿地修复中的应用研究进展. 中国野生植物资源. 2023(10): 75-78 . 百度学术
其他类型引用(4)
计量
- 文章访问数: 278
- HTML全文浏览量: 129
- PDF下载量: 54
- 被引次数: 13
