含ACC脱氨酶的植物促生菌对香石竹生长及瓶插特性的影响.pdf

引文格式 李文祥 郑舒媛 张天谣 等 含ACC脱氨酶的植物促生菌对香石竹生长及瓶插特性的影响 J 云南农业大学学 报 自然科学 2023 38 1 122 128 DOI 10 12101 j issn 1004 390X n 202108016 含ACC脱氨酶的植物促生菌对香石竹 生长及瓶插特性的影响 李文祥 郑舒媛 张天谣 李 洋 李新艺 曹孟会 黄海泉 黄美娟 西南林业大学 园林园艺学院 国家林业和草原局西南风景园林工程技术研究中心 云南省功能性花卉资源及 产业化技术工程研究中心 西南林业大学园林园艺花卉研发中心 云南 昆明 650224 摘要 目的 研究含ACC脱氨酶 1 aminocyclopropane 1 carboxylate deaminase 的不同植物生长促生菌对香 石竹生长及瓶插特性的影响 方法 以香石竹品种Tenie和Master为材料进行盆栽试验 研究接种不同菌 株对香石竹生长过程中株高 茎粗 叶绿素相对含量 叶片数 花径和花期以及瓶插过程中鲜质量 叶绿素 降解率和叶片凋落的影响 结果 1 栽培过程中 混合菌株对香石竹生长有一定的促进作用 可显著增加 Tenie的叶片数和Master的茎粗 分别较对照高25 0 和6 2 经SN 2菌株处理后 Master的花期较对照显 著延长34 9 2 瓶插过程中 与对照相比 所有菌株都可显著抑制Master的叶绿素降解 且效果最好的为 SN 2处理 降解率仅为对照的57 6 经XG菌株处理后 Tenie和Master的鲜质量减少率显著降低 分别 仅为对照的79 0 和43 3 经XG F和混合菌株处理后 Tenie的叶片凋落率显著降低 而仅有混合菌株 可显著抑制Master的叶片凋落 其凋落率仅为对照的54 4 结论 栽培中施用混合菌株对香石竹促生效 果最好 而在瓶插中XG菌株和混合菌株分别对Tenie和Master采后品质的保持效果最好 关键词 ACC脱氨酶 植物生长促生菌 香石竹 促生长 切花 瓶插特性 中图分类号 S681 501 文献标志码 A 文章编号 1004 390X 2023 01 0122 07 Effects of Plant Growth Promoting Bacteria Containing ACC Deaminase Inoculation on Growth and Vase Features of Carnation LI Wenxiang ZHENG Shuyuan ZHANG Tianyao LI Yang LI Xinyi CAO Menghui HUANG Haiquan HUANG Meijuan College of Landscape Architecture and Horticulture Sciences of Southwest Forestry University Southwest Research Center for Engineering Technology of Landscape Architecture of State Forestry and Grassland Administration Yun nan Engineering Research Center for Functional Flower Resources and Industrialization Research and Development Center of Landscape Plants and Horticulture Flowers of Southwest Forestry University Kunming 650224 China Abstract Purpose To study the effects of different plant growth promoting bacteria containing 云南农业大学学报 自然科学 2023 38 1 122 128 Journal of Yunnan Agricultural University Natural Science E mail ynauzkxb 收稿日期 2021 08 10 修回日期 2023 02 24 网络首发日期 2023 03 23 基金项目 国家自然科学基金项目 31760001 国家林业和草原局推广项目 2020133126 云南省自然科 学基金项目 2011FB067 云南省高校园林植物与观赏园艺科技创新团队 51700204 云南省 中青年学术和技术带头人培养项目 2015HB 046 2018HB024 作者简介 李文祥 1995 男 重庆人 在读硕士研究生 主要从事园林植物栽培研究 E mail 972403487 通信作者 Corresponding authors 黄海泉 1974 男 江西南昌人 博士 教授 主要从事园林植物研 究 E mail haiquan 黄美娟 1972 女 江西贵溪人 博士 教授 主要从事园 林植物研究 E mail xmhhq2001 网络首发地址 ACC deaminase 1 aminocyclopropane 1 carboxylate deaminase on the growth and vase features of carnation Methods The effects of different inoculated strains on the plant height stem diameter chlorophyll relative content leaf number flower diameter and flowering period during cultivation and the fresh weight chlorophyll degradation rate and litter rate in vase process of carnation Tenie and Master were studied by pot experiment Results 1 During cultivation the mixed strains showed some effects especially increased leaf number of Tenie and stem diameter of Master signific antly with 25 0 and 6 2 higher than control respectively In addition the florescence of Master was significantly prolonged by 34 9 after treatment with SN 2 2 In the vase process all strains could significantly inhibit the chlorophyll degradation rate of Master and the SN 2 had the best per formance which was only 57 6 of the control XG strain could significantly reject the decrease of fresh weight of Tenie and Master to 79 0 and 43 3 of control respectively XG F and the mixed strains could significantly decrease the litter rate of Tenie leaves while only the mixed strains had the same effect on Master leaves which was only 54 4 of control Conclusion The mixed strains in cultivation have the best growth promotion effect on carnation while the XG strain and the mixed strains in vase process have the best maintenance effect on the vase characteristics of Tenie and Mas ter respectively Keywords ACC deaminase plant growth promoting bacteria carnation growth promotion cut flowers vase features 香石竹 Dianthus caryophyllus 是石竹科 Ca ryophyllaceae 石竹属 Dianthus 草本花卉 因花 大色艳和花瓣新奇等特点而跻身世界四大鲜切花 之列 作为云南主栽的花卉品种之一 香石竹现 已成为出口创汇的重要来源之一 1 随着香石竹 经济价值的提升 其种植业也得到了迅速发展 但在其栽培过程中往往存在盲目追求产量而不合 理施用化肥和农药等现象 易导致环境污染及土 壤微生态恶化 不但未能很好地提高香石竹产量 和品质 而且造成了资源的极大浪费 大大制约 了香石竹种植业的长远发展 2 植物生长促生菌 plant growth promoting bacteria PGPB 是一类对 植物有益的微生物 能通过对土壤养分的富集 3 和改善植物光合作用 4 等方式促进植物生长 5 6 自KLOEPPER等 7 定义PGPB后 已从植物根 际 组织和叶际分离出大量该类微生物 其中 具有ACC脱氨酶活性的PGPB能够将乙烯前体 ACC分解成氨和 丁酮酸 使植物体内乙烯水 平保持在对其产生伤害的临界值以下 缓解乙烯 对植物生长的负面影响 8 因而具有改善并促进 植物生长的潜力 9 利用含ACC脱氨酶的PG PB对现有栽培方式进行转型升级 对实现化肥 和农药零增长具有重要的现实意义 此外 促生 菌在各类农产品如葡萄 10 番茄 11 12 和锦橙 13 等 的采后品质保持方面具有良好的应用前景 探讨 含ACC脱氨酶的PGPB对香石竹切花采后品质 的影响也具有一定的研究价值 目前 尚无含 ACC脱氨酶的PGPB应用于香石竹栽培并结合瓶 插特性的相关报道 本研究基于课题组前期分离 的具有ACC脱氨酶活性的促生菌资源 以云南 广泛栽培的香石竹品种Tenie和Master为材料 从根际施入含ACC脱氨酶的不同促生菌菌株 之后通过对香石竹生长及采后瓶插特性进行观察 和测定 筛选对香石竹具有促生作用及切花保鲜 效果良好的菌株 为其进一步的开发利用提供基 础数据及理论依据 1 材料与方法 1 1 供试材料 试验所用香石竹栽培品种Tenie和Master种 苗购自云南英茂花卉产业有限公司 4株具有 ACC脱氨酶活性的促生菌菌株由西南林业大学园 林园艺花卉研发中心实验室前期分离筛选而来 编号分别为SN 2 BG XG和F 1 2 试验方法 1 2 1 菌悬液配制 将4株经活化的促生菌分别挑取单菌落接种 于TSB液体培养基中 混匀后于28 200 r min 第 1 期李文祥 等 含ACC脱氨酶的植物促生菌对香石竹生长及瓶插特性的影响123 振荡培养24 h 再4 8 000 r min离心15 min 弃上清液 收集菌体 以无菌水重悬 并与菌体 摇匀 制成吸光度OD600值为0 45的菌悬液备用 1 2 2 香石竹定植 将多菌灵原粉按8 10 g m2的比例拌入栽培基 质 m泥炭土 m红土 m珍珠岩 m黄沙 4 3 2 1 中进行消毒杀菌 晾晒3 d后装盆备用 香石竹 种苗使用盆栽种植 口径190 mm 高170 mm 放 置于大棚内 浇透定根水 温度控制在10 25 空气相对湿度保持在约50 1 2 3 菌悬液处理 菌悬液处理分别为SN 2组 BG组 XG组 F组 混合菌悬液组 以下简称 混合组 和对照 组 CK 共计6组处理 每组处10盆 每3 株 当种苗缓苗后 长出新的1对顶芽时 将配制 好的促生菌菌悬液以灌根的方式施入盆中 每盆 50 mL 对照组则以相同方式施入无菌水50 mL 1 2 4 鲜切花瓶插 当盆栽香石竹出现花苞且花苞上色即将开放 时 对香石竹进行鲜切花采收 切花枝条长度统 一为40 cm 每个试验组采收6枝 每2枝插放 于1个培养瓶 每个培养瓶装有无菌水100 mL 瓶口用保鲜膜封住 视瓶中剩余水量进行增补 1 2 5 相关指标的测定 分别测定栽培香石竹的株高 茎粗 叶绿素 相对含量 叶片数 花径并记录花期 鲜切花的 瓶插试验记录第1 5 10 15 20和25天的叶 绿素相对含量 鲜质量以及叶片数 并以此计算 叶绿素降解率 鲜质量减少率和叶片凋落率 1 3 数据统计与分析 采用Excel和SPSS 17 0统计分析软件对数 据进行统计 标准误差分析 方差分析及多重比 较等 2 结果与分析 2 1 含ACC脱氨酶的不同PGPB菌株对香石竹 生长的影响 2 1 1 对株高的影响 由图1可知 香石竹不同品种在不同菌株处 理下的株高总体呈上升趋势 约第115天后上升 速率减缓 并趋于稳定 到第145天时 混合组 的株高均最高 Tenie和Master分别达到73 0和 65 0 cm 分别较对照高9 0 和16 1 但Tenie 和Master的株高间差异不显著 P 0 05 2 1 2 对茎粗的影响 由图2可知 香石竹Tenie的茎粗在不同菌 株处理下波动总体较为平稳 而Master茎粗的波 动在第76 108天期间较大 随后趋于稳定 在 第132天 Tenie以对照组的茎粗最大 4 40 mm 以SN 2组的茎粗最小 3 92 mm 而Master以混 合组的茎粗最大 4 64 mm 以BG组和对照组的 茎粗最小 4 37 mm 方差分析显示 不同处理 组间的茎粗具有显著性差异 P0 05 2 1 4 对农艺性状的影响 由表1可知 不同菌株处理对Tenie的叶片 数和Master的花期有显著影响 Tenie的叶片以 混合组最多 38 0片 其次为BG组 36 4片 分 别较对照多25 0 和19 7 其中 混合菌株可 显著增加Tenie的叶片数 P 0 05 经菌株SN 2 处理后Master的花期为20 50 d 较对照 15 20 d 显著延长了34 9 P 0 05 可见 含ACC脱氨 酶的不同PGPB菌株对香石竹不同品种的叶片数 和花期产生了不同的影响 2 2 含ACC脱氨酶的不同PGPB菌株对香石竹 鲜切花采后品质的影响 2 2 1 对鲜切花叶绿素降解率的影响 由图4 a可知 瓶插期间 不同菌株处理对 香石竹切花叶绿素降解率的影响差异明显 Tenie 叶绿素降解率最大的是混合组 17 7 其次是 F组 13 3 和SN 2组 12 7 三者均显著高 于对照组 P 0 05 经促生菌处理后 Master的 叶绿素降解率均显著低于对照组 P 0 05 可 见 在瓶插期间 施入含ACC脱氨酶的F SN 3 5 3 7 3 9 4 1 4 3 4 5 4 7 4 9 76 80 84 88 96 100 104 108 112 116 120 124 128 132 76 80 84 88 96 100 104 108 112 116 120 124 128 132 茎粗 mm stem diameter 3 5 3 7 3 9 4 1 4 3 4 5 4 7 4 9Tenie Master 处理后时间 d days after treatment BG XG SN 2 CK F混合 mix 图 2 含ACC脱氨酶的不同PGPB对香石竹Tenie和Master茎粗的影响 Fig 2 Effects of different PGPB containing ACC deaminase on the stem diameter of carnation Tenie and Master 0 10 20 30 40 50 60 70 80 混合 mix XG BG F SN 2 CK SP AD 0 10 20 30 40 50 60 70 80 处理 treatments 第 7 天 Day 7 第 25 天 Day 25 第 43 天 Day 43 第 61 天 Day 61 第 79 天 Day 79 第 103 天 Day 103 Tenie 混合 mix XG BG F SN 2 CK Master 图 3 含ACC脱氨酶的不同PGPB对香石竹Tenie和Master叶绿素含量的影响 Fig 3 Effects of different PGPB containing ACC deaminase on the chlorophyl content of carnation Tenie and Master 第 1 期李文祥 等 含ACC脱氨酶的植物促生菌对香石竹生长及瓶插特性的影响125 2和混合菌株均可促进Tenie切花叶绿素降解 而所有菌株都能显著抑制Master切花叶绿素降 解 其中抑制作用最好的是SN 2菌株 2 2 2 对切花鲜质量的影响 由图4 b可知 不同菌株处理对瓶插过程中 香石竹切花鲜质量的影响不同 Tenie鲜质量减 少率最高的是BG组 28 5 仅XG组 18 1 显著低于对照 P 0 05 除BG组外 各菌株处 理后的Master鲜质量减少率均显著低于对照组 P 0 05 可见 在瓶插期间 施入XG菌株能 显著抑制Tenie切花鲜质量下降 而菌株XG SN 2 F和混合菌株均能抑制Master切花鲜质量 下降 抑制效果最好的是XG菌株 2 2 3 对切花叶片凋落率的影响 由图4 c可知 经F组和混合组处理的Tenie凋 落率最小 20 0 其次为XG组 33 3 三者 均显著低于对照组 41 7 P 0 05 Master的凋 落率仅混合组 27 2 显著低于对照 50 0 P 0 05 可见 含ACC脱氨酶的 F XG和混合菌 株均能显著抑制Tenie叶片的凋落 其中抑制作 用最强的是F和混合菌株 而仅有混合菌株对 Master叶片的凋落有抑制作用 表 1 含ACC脱氨酶的不同PGPB菌株对香石竹农艺性状的影响 Tab 1 Effects of different PGPB containing ACC deaminase on the agronomic traits of carnation 处理 treatment 叶片数 leaf numbers花径 cm flower diameter花期 d florescence Tenie Master Tenie Master Tenie Master XG 30 0 2 8 bc 28 8 2 8 a 7 88 0 93 a 7 13 1 17 a 16 62 1 97 a 20 20 2 19 bc BG 36 4 3 7 ab 30 0 3 5 a 7 50 1 01 a 6 75 0 83 a 17 10 1 49 a 18 67 2 35 bc F 29 6 2 8 c 29 2 3 1 a 7 13 0 83 a 6 88 0 93 a 17 43 2 07 a 19 00 2 24 bc SN 2 33 3 3 2 abc 31 2 3 6 a 7 75 0 83 a 7 00 0 71 a 17 30 2 13 a 20 50 3 08 a 混合 mix 38 0 3 0 a 31 6 3 2 a 8 00 0 71 a 7 13 0 93 a 16 75 1 73 a 19 60 2 58 bc CK 30 4 3 7 bc 29 6 4 2 a 7 25 0 97 a 6 38 0 91 a 16 50 2 04 a 15 20 2 55 c 注 同列不同字母表示处理间差异显著 P 0 05 XG XG菌株 BG BG菌株 F F菌株 SN 2 SN 2菌株 混合 混合菌株 CK 对照 Note Different letters in the same column indicate significant difference among treatments at 0 05 level XG XG strain BG BG strain F F strain SN 2 SN 2 strain mix mix strain CK control cd d bc d b a b bc d a bcd cd 0 5 10 15 20 25 BG XG SN 2 CK F混合 mix 叶绿素降解率 chlorophyll degradation rate Tenie Master a a c bc b b b ab d b a c b 0 5 10 15 20 25 30 35 40 BG XG SN 2 CK F混合 mix fresh weight reduction rate b a d b c e e a a a b b c 0 10 20 30 40 50 60 70 80 BG XG SN 2 CK F混合 mix 凋落率 litter rate 处理 treatments c 鲜质量减少率 图 4 含ACC脱氨酶的不同PGPB对香石竹切花瓶插特性的影响 Fig 4 Effects of different PGPB containing ACC deaminase on the vase features of cut flower carnation 126云南农业大学学报第 38 卷 3 讨论 植物生长促生菌的促生机制包括生物固氮 14 15 合成激素 IAA和GA3等 16 拮抗病原菌 17 18 和 具有解磷能力 19 20 等 随着研究的深入 发现一 类含有ACC脱氨酶的植物促生菌不仅能直接促 进植物生长 而且还在植物抵御逆境胁迫的过程 中发挥重要作用 21 23 截至目前 已从玉米 小 麦和水稻等各类植物根际分离出多种能促进植物 生长的含ACC脱氨酶促生菌 24 26 本研究表明 施入含ACC脱氨酶的不同促生菌对香石竹不同 品种的生长均有促进作用 Tenie的茎粗虽然受 到一定程度的抑制 但其株高 叶绿素相对含量 以及叶片数均增加 这与ANDRADE等 27 的研究 结果相似 并且本研究也观察到了增效效应 即 混合菌株接种比单一菌株接种有更好的效果 另 外 经SN 2菌株处理的Master花期显著长于对 照 以上结果表明 含ACC脱氨酶的不同菌株 对香石竹Tenie和Master的生长均有一定的促进 作用 但综合来看 以混合菌株效果最好 虽然普遍认为切花花瓣的衰老直接或间接地 与瓶插溶液或切花表面存在的一些细菌增殖有 关 但据RATNAYAKE等 28 的报道认为高浓度 的细菌并不会影响木香和金合欢切花的瓶插寿 命 相反地 CARLSON等 29 报道了2种细菌 Pse udomonas fulva和Escherichia coli 可提高切花百 日菊的瓶插寿命 有研究表明 含ACC脱氨酶 的植物促生菌在延缓切花衰老方面具有广阔的应 用前景 30 瓶插试验中 XG SN 2和混合菌株 对香石竹切花瓶插特性的保持有较好的效果 虽 然XG菌株会抑制Tenie叶片凋落 但却显著促 进了Master叶片凋落 这表明将同一菌株用于香 石竹的切花保鲜时 其保鲜效果会因香石竹品种 的不同而出现差异 甚至会表现为相反的效果 课题组前期通过在瓶插过程中施入促生菌对香石 竹进行了实验 31 而本研究是在栽培过程中施入 菌株 在瓶插期并无菌株施入 从二者试验结果 来看 促生菌对香石竹切花瓶插特性的保持具有 一定的效果 说明含ACC脱氨酶的促生菌有可 能自根系或从组织切口进入植物体内 从而影响 其生理特性 结合本研究结果 含ACC脱氨酶 的植物促生菌确实有作为鲜切花保鲜剂的应用潜 力 特别是可应用于一些对乙烯高敏感型的花卉 如切花月季 香石竹 32 和金鱼草等 然而 促 生菌处理替代使用化学保鲜剂而延长切花观赏特 性的能力还有待探索 此外 由于菌属的不同 促生菌作为肥料的应用效果会有差异 33 因此 对于不同的植物还应探索更多不同的促生菌组 合 以达到适宜目标植物的生长 提高其产量和 品质的目的 4 结论 在香石竹根际接种含ACC脱氨酶的不同菌 株对其生长有一定的促进作用 其中混合菌株能 显著增加香石竹Master的茎粗和Tenie的叶片 数 菌株SN 2可显著延长Master的花期 瓶插 过程中 所有菌株都能显著抑制Master叶绿素降 解 混合菌株还可显著抑制其鲜质量减少和叶片 凋落 参考文献 胡瑞 包满珠 吴晓庆 等 香石竹表型多样性分析及利 用 J 华中农业大学学报 2015 34 2 16 DOI 10 13300 ki hnlkxb 2015 02 025 1 李进昆 杨富辉 熊俊芬 等 生物菌肥对香石竹生长和 开花的影响 J 江西农业学报 2018 30 7 81 DOI 10 19386 ki jxnyxb 2018 07 17 2 魏祖晨 潘兴娇 黄小兰 等 太白贝母接种促生菌对根 际土壤无机元素的影响 J 环境化学 2021 40 4 1254 DOI 10 7524 j issn 0254 6108 2020093003 3 WU Y J MA L Y LIU Q Z et al Pseudomonas fluores cens promote photosynthesis carbon fixation and cadmi um phytoremediation of hyperaccumulator Sedum al fredii J Science of the Total Environment 2020 726 138554 DOI 10 1016 j scitotenv 2020 138554 4 刘鲁峰 狄义宁 何丽莲 等 内生枯草芽孢杆菌B9促 生长效果及产吲哚乙酸 IAA 能力研究 J 云南农业大 学学报 自然科学 2020 35 2 227 DOI 10 12101 j issn 1004 390X n 201907034 5 刘拴成 张翠英 何月秋 潜在促生菌株的筛选及其在 小麦上的应用效果 J 江苏农业科学 2018 46 1 43 DOI 10 15889 j issn 1002 1302 2018 01 012 6 KLOEPPER J W SCHROTH M N Plant growth pro moting rhizobacteria and plant growth under gnotobiotic conditions J Phytopathology 1981 71 642 DOI 10 1094 Phyto 71 642 7 SARAVANAKUMAR D RAMASAMY S ACC deam inase from Pseudomonas fluorescens mediated saline re sistance in groundnut Arachis hypogea plants J Journ al of Applied Microbiology 2007 102 5 1283 DOI 10 1111 j 1365 2672 2006 03179 x 8 王琪媛 王甲辰 叶磊 等 含ACC脱氨酶的根际细菌 提高植物抗盐性的研究进展 J 生物技术通报 2021 9 第 1 期李文祥 等 含ACC脱氨酶的植物促生菌对香石竹生长及瓶插特性的影响127 37 2 174 DOI 10 13560 ki biotech bull 1985 2020 0831 杨秀兰 石其宇 彭俊森 等 葡萄籽提取物对采后猕猴 桃青霉病的抑制效果与机理 J 核农学报 2021 35 10 2319 DOI 10 11869 j issn 100 8551 2021 10 2319 10 凌丽晨 贝莱斯芽孢杆菌S3 1对樱桃番茄采后果腐病 的防治及果实保鲜的研究 D 上海 上海师范大学 2021 11 MANEL C TAKWA M SELIM J et al Activity assess ment of tomato endophytic bacteria bioactive compoun ds for the postharvest 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