邵 雙, 崔心棟

(沈陽化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院,遼寧沈陽 110142)

光合細(xì)菌促進(jìn)黃瓜幼苗生長作用的研究

邵 雙, 崔心棟

(沈陽化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院,遼寧沈陽 110142)

采用光合細(xì)菌中的泥生綠菌 (Chlorobium lim icola)菌株Ⅰ-2和沼澤紅假單胞菌 (Rhodopseudom onas palustris)菌株Ⅳ-3,分別以 107個(gè)/mL、108個(gè)/mL及 109個(gè)/mL三種濃度菌懸液根灌處理黃瓜幼苗,考查光合細(xì)菌對黃瓜的促生效果.研究結(jié)果表明,菌株Ⅳ-3在以 108個(gè)/mL濃度處理黃瓜時(shí),可使幼苗株高增高、莖粗增粗、增加鮮質(zhì)量干質(zhì)量、提高葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量,促進(jìn)生長效果顯著,是最佳處理菌株的濃度;Ⅳ-3在以 107個(gè)/mL濃度處理黃瓜時(shí)有相同趨勢,只是促進(jìn)效果次之;Ⅰ-2以 109個(gè)/mL濃度處理黃瓜時(shí),幼苗的株高、莖粗、鮮質(zhì)量干質(zhì)量均顯著增加.

光合細(xì)菌; 黃瓜幼苗; 光合作用; 生長

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中,施用以氮、磷、鉀為主體的化學(xué)肥料對作物增產(chǎn)起了決定性作用,而長期過量施用化肥引起的土壤肥力下降、土壤板結(jié)、環(huán)境污染等問題已經(jīng)引起世界范圍內(nèi)的廣泛重視,發(fā)展生物肥料 (Bio-Fertilizer)是實(shí)現(xiàn)環(huán)保型生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要措施之一[1].近十多年以來,國內(nèi)外都在加緊開展基于各種功能微生物菌肥的研究[2].微生物肥料按其作用機(jī)理可分為根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌類肥料、解鉀菌類肥料等[3],光合細(xì)菌是一類含有細(xì)菌葉綠素和多種類胡羅卜素等光合色素而進(jìn)行光合作用的原核微生物,是固氮菌中非常重要的一類.它具有固碳、固氮、脫氮等獨(dú)特的生理特性,在自然界碳、氫、硫等元素的物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用.同時(shí),相較于其他固氮生物資源,光合細(xì)菌可利用最經(jīng)濟(jì)、最廣泛的太陽能為固氮能源,成本低廉[4].日本、美國、德國早在 20世紀(jì) 70年代就著手光合細(xì)菌的研究,近年來的研究表明,一些活性菌株還含有抗病毒物質(zhì)和生長激素,甚至菌體分泌的胞外組分對固氮根瘤細(xì)菌也有刺激作用,能顯著提高其固氮活性[5].目前,光合細(xì)菌已廣泛用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、環(huán)境保護(hù)以及醫(yī)藥工業(yè),尤其在提高農(nóng)作物和家畜的產(chǎn)量和品質(zhì)方面效果顯著[6].本研究旨在探究光合細(xì)菌對黃瓜幼苗的促生效果,以期為新型生物肥料的研制奠定基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)采用 2種光合細(xì)菌菌株,分別為泥生綠菌 (Chlorobium l im icola)Ⅰ-2和沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudom onas palustris)Ⅳ-3,由沈陽化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院分離、富集、篩選而得;黃瓜品種為天津密刺.對照葉面肥為北京曹氏天正生物技術(shù)開發(fā)中心監(jiān)制的“頂花賣瓜”黃瓜專用肥,B+Zn+Mg≥10%.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別將菌株Ⅰ-2和Ⅳ-3配制成107個(gè)/mL、108個(gè)/mL、109個(gè)/mL三種濃度的菌液,在黃瓜幼苗 2片真葉期、4片真葉期和 6片真葉期根灌,以清水和上述黃瓜葉面肥為對照,每個(gè)處理10株,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù) 3次.最后一次處理 2周后,每個(gè)處理選取 3株代表性植株分別測定其形態(tài)指標(biāo) (株高,莖粗,濕質(zhì)量,干質(zhì)量)和生理指標(biāo) (葉片葉綠素和類胡蘿卜素的含量),株高通過皮尺測量;莖粗用游標(biāo)卡尺測量;葉面積的測定是將葉片復(fù)印在標(biāo)準(zhǔn)紙上,用秤質(zhì)量法計(jì)算;取黃瓜幼苗期整株地上部分,電子天平稱鮮質(zhì)量,然后烘干稱干質(zhì)量.葉綠素和類胡蘿卜素含量的測定分別采用分光光度法[7]和色譜法[8].樣本多重比較采用 SSR法.

2 結(jié)果與分析

2.1 光合細(xì)菌對黃瓜幼苗株高莖粗的影響

光合細(xì)菌對黃瓜幼苗株高莖粗的影響見表1.從表 1可以看出,灌溉 3種濃度的Ⅰ-2和Ⅳ-3的光合細(xì)菌菌液都可以顯著增加黃瓜幼苗的株高,而且除Ⅳ-3(109個(gè)/mL)處理外,均達(dá)到了極顯著水平 (P<0.01),增高的效果并未隨著菌液濃度的增大而增強(qiáng),各處理間以 Ⅳ-3(107個(gè)/ mL)和Ⅳ-3(108個(gè)/mL)增高幅度最大,極顯著的高于其他處理(P<0.01).增高幅度其次的是Ⅰ-2(107個(gè)/mL)和Ⅰ-2(109個(gè) /mL).與清水對照相比,各處理菌液均能顯著增加黃瓜幼苗的莖粗,增粗的效果顯示出隨著菌液濃度的增大而增加,其中以Ⅰ-2(108個(gè) /mL)和Ⅰ-2(109個(gè)/mL)最為有效,達(dá)到極顯著水平 (P<0.01).黃瓜幼苗的徒長現(xiàn)象很常見,即株高較高,而莖粗較細(xì),幼苗纖弱、生長勢弱,不利于后期生長和抗病.表1中的Ⅳ-3(107個(gè)/mL)和Ⅳ-3(108個(gè)/mL)處理就似乎呈現(xiàn)出徒長的態(tài)勢,株高增加幅度很大,而莖粗增加相對較小,但究竟是徒長還是菌液的作用偏重于株高,還要考察其他指標(biāo).而Ⅰ-2 (108個(gè) /mL)和Ⅰ-2(109個(gè)/mL)兩個(gè)處理的黃瓜幼苗莖粗和株高協(xié)同增加.

表 1 光合細(xì)菌對黃瓜幼苗株高莖粗的影響Table 1 Effect of photosynthetic bacteria on the plant height and stem diameter of cucumber seedlings

2.2 光合細(xì)菌對黃瓜幼苗鮮質(zhì)量干質(zhì)量的影響

光合細(xì)菌對黃瓜幼苗鮮質(zhì)量干質(zhì)量的影響見表 2.從表 2可以看出,除Ⅳ-3(109個(gè) /mL)外,其他光合細(xì)菌菌液處理均能顯著增加黃瓜幼苗的鮮質(zhì)量,其中又以Ⅰ-2(109個(gè)/mL)、Ⅳ-3 (108個(gè) /mL)和Ⅳ-3(107個(gè) /mL)處理極顯著地高于其他處理(P<0.01),這三個(gè)處理也顯著增加黃瓜幼苗的干質(zhì)量,Ⅳ-3(108個(gè)/mL)和Ⅳ-3 (107個(gè) /mL)達(dá)到極顯著水平 (P<0.01).鮮質(zhì)量和干質(zhì)量能衡量植株同化作用、物質(zhì)積累的能力,從表 2可知,Ⅳ-3(108個(gè) /mL)、Ⅳ-3(107個(gè)/ mL)和Ⅰ-2(109個(gè)/mL)三個(gè)處理效果好.Ⅰ-2 (107個(gè) /mL)和Ⅳ-3(109個(gè)/mL)處理極顯著地降低了黃瓜幼苗的干質(zhì)量(P<0.01).

表 2 光合細(xì)菌對黃瓜幼苗鮮質(zhì)量干質(zhì)量的影響Table 2 Effect of photosynthetic bacteria on the wetweight and dryweight of cucumber seedlings

2.3 光合細(xì)菌對黃瓜幼苗葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

光合細(xì)菌對黃瓜幼苗葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響見表 3.從表 3可以看出,Ⅳ-3 (108個(gè)/mL)、Ⅰ-2(107個(gè)/mL)、Ⅰ-2(108個(gè) / mL)和Ⅳ-3(107個(gè)/mL)四個(gè)處理能極顯著提高黃瓜幼苗葉片葉綠素含量 (P<0.01),而Ⅳ-3 (108個(gè)/mL)又顯著高于其他處理;Ⅳ-3(108個(gè) /mL)、Ⅰ-2(108個(gè)/mL)和Ⅳ-3(107個(gè) /mL)能極顯著提高類胡蘿卜素含量 (P<0.01).葉綠素和類胡蘿卜素是光合色素,能體現(xiàn)植株光合作用的強(qiáng)弱,色素含量高,光合作用強(qiáng).由此可說明,Ⅳ-3(108個(gè) /mL)、Ⅰ-2(108個(gè)/mL)和Ⅳ-3 (107個(gè) /mL)能明顯提高黃瓜幼苗光合作用.

表 3 光合細(xì)菌對黃瓜幼苗葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響Table 3 Effect of photosynthetic bacteria on content of chlorophyll and carotin in leaves of cucumber seedlings

3 討論與結(jié)論

光合細(xì)菌是一類特殊的微生物菌群,不但具有光合作用、生物固氮、分解硫化物及各種胺類的能力,還可以增進(jìn)土壤肥力,改善植物的營養(yǎng)條件.實(shí)驗(yàn)研究表明,沼澤紅假單胞菌 (Rhodopseudom onas palustris)菌株 Ⅳ-3在以 108個(gè) /mL濃度處理黃瓜時(shí),可使幼苗株高增高、莖粗增粗、增加鮮質(zhì)量干質(zhì)量、提高葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量,促進(jìn)生長效果顯著,是最佳處理菌株和濃度;Ⅳ-3在以 107個(gè)/mL濃度處理黃瓜時(shí)有相同趨勢,只是促進(jìn)效果次之;泥生綠菌 (Chlorobi-um lim icola)Ⅰ-2在以 109個(gè) /mL濃度處理黃瓜時(shí),幼苗的形態(tài)指標(biāo)如株高、莖粗、鮮質(zhì)量干質(zhì)量均有非常明顯的增加,也可作為深入實(shí)驗(yàn)的參考.由此說明光合細(xì)菌確實(shí)具有促進(jìn)植株生長、提高光合作用的效果.

研究中還發(fā)現(xiàn),Ⅳ-3(109個(gè)/mL)處理黃瓜,除莖粗外,其他各項(xiàng)指標(biāo)很低,且有多項(xiàng)指標(biāo)顯著低于清水對照,提示光合細(xì)菌作為外源微生物,應(yīng)用在植物上時(shí)存在二者是否相宜問題,尤其在高濃度處理時(shí)更易出現(xiàn)不適應(yīng),而植物和微生物的這種互作作用[9]會因微生物種類和濃度不同而呈現(xiàn)差異,因此也說明微生物篩選和梯度濃度處理是必要的.另外,為增進(jìn)光合細(xì)菌促進(jìn)黃瓜生長的效果,可以考慮與其他固氮菌或解磷菌、解鉀菌配合使用,制作成混合菌肥,以達(dá)到減少化肥、有機(jī)肥用量的目的.

[1] 李星洪.生物復(fù)合肥的今天和明天[J].百科知識,1994(8):26-27.

[2] 汪華源.生物肥料研究進(jìn)展及其文獻(xiàn)研究[J].農(nóng)業(yè)圖書情報(bào)學(xué)刊,2003(5):17-19.

[3] 袁田,熊格生,劉志,等.微生物肥料的研究進(jìn)展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(7):44-47.

[4] 陳聲明,賀小明.光合細(xì)菌的生態(tài)意義及應(yīng)用價(jià)值[J].環(huán)境污染與防治,1994,2:11-13.

[5] 劉如林,刁虎欣,梁鳳來,等.光合細(xì)菌及其應(yīng)用[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1991:22-24.

[6] 吳小平,呂川冰,陳鋒.光合細(xì)菌在種植上的應(yīng)用研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(2):15-16.

[7] 吳志旭,張雅燕.葉綠素 a測定方法的改進(jìn)及最優(yōu)提取時(shí)間探討[J].甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測,2000,16 (2):21-23.

[8] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T5009.83-2003食品中胡蘿卜素的測定方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003:13.

[9] 吳小平,鄭耀通,曹榕彬,等.大豆田間施用光合細(xì)菌的效果[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 2003,32(1):117-119.

Effect of Photosynthetic Bacteria on the Growth of Cucumber Seedlings

SHAO Shuang, CU I Xin-dong
(Shenyang U niversity of Chem ical Technology,Shenyang110142,China)

The stim ulation effect of photosynthetic bacteria on the grow th of cucum ber seedlings was studied by w atering the root using Chlorobium l im icolaⅠ-2and Rhodopseudom onas palustrisⅣ-3.The results show ed that Chlorobium lim icola and Rhodopseudomonas palustris notably increased w et w eight and dry w eight as w ell as the plant height and stem diam eter of cucum ber seedlings at the concentration of 108cell/mL and109cell/mL,respectively.Furtherm ore,the contents of chlorophyll and carotin extracting from leaves of cucum ber seedlings w ere m arkedly increased,because the bacteria concentration w ould enhance plant photosynthesis.

photosynthetic bacteria; cucum ber seedlings; photosynthesis; grow th

Q939.96

A

1004-4639(2010)03-0215-04

2009-10-23

邵雙(1975-),女,遼寧莊河人,教授,博士,主要從事農(nóng)業(yè)微生物工程方面的研究.