作者：徐博士 发布日期：2017-11-23 浏览数：2824
通过薯种切块表面接种微生物提高马铃薯产量
摘要
马铃薯种薯通常切块后种植，以降低成本，并打破种薯休眠。在使用化学农药的生产中，常使用杀菌剂对切割表面进行处理，以避免感染。在本研究中，种薯切块表面使用微生物菌剂（EM）混合竹木炭粉，并晾干数小时。接种并干燥的薯块的切割表面，激活SOD和POD抗氧化酶活性。适当的干燥会诱导渗透调节、叶片膨压升高以及增强抗病性、提升产量。接种微生物可以诱导StLTPa1的上调表达，激活几丁质酶和抗病相关蛋白β-1,3-葡聚糖酶。在土壤表面施用生物堆肥可使接种的方法更有效。The treatments with sterilized inoculum were more effective than that with the original inoculum in improving rooting.总之，接种并适当干燥薯块对提高马铃薯产量是可行的。
引言
马铃薯通常切块后种植，以降低成本，并打破薯块休眠。通常情况下，切割成块繁殖是常用的，但常会故意避免表面干燥。然而，适当对薯块表面进行干燥可以激发植物抗旱性使薯块变硬、幼苗健壮，并且能在表面形成木栓层，保护薯块免受病原物感染。实际生产中，农民常用草木灰或火山灰涂抹薯块切面使其加速干燥。表面干燥后会使马铃薯幼苗更强健，以及一些达到一些其他的抗旱表现。在化学耕种中，薯块表面使用杀菌剂以避免受侵染。相反，在我们的试验中采用自然农法耕作，使用竹炭粉混合微生物菌剂后涂抹薯块切割表面，并适当干燥后使用。β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶作为降解真菌和菌核细胞壁的关键酶，在生防控制中起重要作用。且StLTPa1 是马铃薯抗病相关基因，因此实验1设计为检测这些酶是否被激活，以及StLTPa1基因的表达水平。此外，在其他的试验中检测了植物的渗透调节、长势、光合作用、抗病性和产量来考察接种微生物和适当的表面干燥对马铃薯块茎的影响。
实验材料与方法
实验1：一个塑料花盆（50mm x 40mm x 25cm）种6个马铃薯（Solanum tuberosum L. cv. Danshaku）薯块。种前每个马铃薯切成两份，并按以下方法进行接种：1）对照，只接种竹炭粉；2）单纯接种（EM为商品名，EM实验有限公司，静冈，日本），含有乳酸菌、酵母菌，菌液稀释300倍后使用；3）对2）的稀释菌液进行120℃灭菌后使用。β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶酶活检测采用El-Katatny的方法。SOD（超氧化物岐化酶）和POD（过氧化物歧化酶），以及MDA（丙二醛）浓度检测根据Kakkar的方法进行。使用Gao G在2008年发表的方法检测StLTPa1 基因的表达量。
实验2：与实验1使用同一马铃薯品种，种植田块覆盖塑料防雨棚，并在主区田块表面进行堆肥。薯种切块后置于2 x 2 的副区的小区中进行干燥。主区分成2 x 2的拉丁方排列小区，每个小区分成两个副区，分别种植1）适当干燥的薯块；2）不干燥的薯块。每个副区小区起垄3行，每行为12m x 0.75m，每株种植间隔为0.2m。光合作用和渗透势测定依据徐会连在2011年发表的文章试验方法进行。所有的实验数据采用Tukey’s的方法，使用DPS软件进行数据统计分析。
结果
实验1:几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶被激活，植物对病原物的防御机制也被各类刺激激活。此外，在接种微生物菌剂1天后，StLTPa1基因上调表达，植物防御机制被激活的原因可能是StLTPa1蛋白在这个过程中参与了好几个生物活动的，包括抗菌防御和信号转导。与对照相比，SOD被激活但免疫防御强度并没能有效激活POD。丙二醇浓度在两种接种处理中都比较低，显示接种后能保护薯块免受病原物的侵染。蛋白和糖含量在接种处理后都比对照要高，从而促进生根发芽提高马铃薯产量。
实验2：薯块干燥处理后，叶片膨压处于饱和状态（PFT）的要比对照多，堆肥处理的田块也比不堆肥的田块要多（表2）。在初始质壁分离阶段，薯块适当干燥且土表堆肥处理的渗透压（πIP）和相对含水量（ζIP）都比对照低，表明耐脱水性比对照要强，共质体的含水量也比对照高，表明细胞水分从质外体中转移到细胞的代谢中心共质体中，并被重新被分配。细胞质浓度在膨压饱和的状态（△CFT）比对照要高，表明干燥处理的植株渗透调节能力要更强。适当干燥种薯块表面结合表面堆肥后，数据较对照都有显著变化。
表1.薯块表面干燥处理对块茎产量、 疾病的发生率和光合活动的影响（实验1）
Chit,几丁质酶活性（Unit g-1FW）；Gluc，β-1,3-葡聚糖酶活性（Unit g-1FW）；Gene，非特异性脂转移蛋白基因相对表达（StLTPa1）；SOD，超氧化物岐化酶总活性（Unit g-1FW）；POD，过氧化物歧化酶活性（Unit g-1FW）；MDA，丙二醇含量（mmol kg-1FW）；Protein，可溶性蛋白含量（g kg-1 FW）；Sugars，可溶性糖含量（mmol kg-1FW）；Emerg，出苗率（%）；Yield，块茎产量（g /pot）。大写字母和小写字母表示差异水平在p=0.05，p=0.01。
表2.薯块表面干燥处理对块茎产量、 疾病的发生率和光合活动的影响（实验2）
Tuber yield（kg m-2）；Pc，光合能力（μmol m-2 s-1)；DI，病情指数（%）；L color，叶片颜色（SPAD）；P，π，ζ和C分别表示潜在膨压（MPa），渗透调节能力（MPa），叶片相对含水量和渗透浓度（osmol m-3)；下标，FT、IP、sym分别表示处于完全膨胀状态、初始质壁分离、共质体含水量。* 和 ** 表示差异程度在p=0.05 和 p=0.01
讨论
接种EM微生物菌后，几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶被激活。几丁质是许多生物包括真菌、昆虫、甲壳类动物、线虫卵等外部结构的基本组成物质。几丁质酶可以水解甲壳素，在植物防御抗击病原物的过程中起重要作用。β-1,3-葡聚糖酶也是一种与植物发病相关，并参与抗真菌侵染的酶。非特异性蛋白转移酶在高等植物中为脂质结合蛋白，其生物功能包括抗菌信号、防御病原物。StLTPa1基因在接种了EM菌的马铃薯芽中上调表达。SOD在没有外部伤害的情况下被激活，是由于接种后MDA的含量降低造成。实验1的总体结果表明，薯块表面接种微生物可以激活植株对病原体的防疫机制。实验2目的是确定适当干燥薯块切割表面是否可以诱导植株抗旱性并激活植株防御机制。如结果分析表明，适当干燥薯块切割表面可诱导植物渗透调节和叶片膨压的升高。叶片膨压可能是由于在生长和光合作用过程中细胞缺水造成气孔打开。造成细胞水分重分配，即质外体的水分进入到代谢中心共质体中，是由于适当干燥薯块表面，渗透调节的结果。适当干燥薯块切割表面使得植株生理活动增强，因此马铃薯块茎产量增加。旱生原理在马铃薯上的应用在使用生物堆肥后效果更为明显。最后，对种薯块接种EM菌剂与竹碳粉的混合物后，植物生理活动增强、抗病性增强，最终产量得到提高。
